JP2011024297A - Control unit of permanent magnet synchronous motor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a control unit that can be applicable to both of linear and rotary types and can estimate an initial magnetic pole position with high precision and a small amount of computational complexity even if disturbance, such as friction, exists. <P>SOLUTION: A phase angle command operation means 7 includes a function for controlling a current based on a prescribed current command value to set a phase angle command value to a fixed value (for example, zero) in an excitation mode for exciting a motor 3 when turning on power, a function for increasing the phase angle command value from the fixed value in accordance with a ramp function from the stop state of the motor 3 in a subsequent operation mode, a protection function for inverting the phase angle command value by 180 degrees when a travel direction of the motor 3 is inverse to an estimated direction, and a speed restriction function for reducing an increase rate of the phase angle command value when the travel speed of the motor 3 reaches or exceeds a limiting value. The phase angle command operation means 7 changes the phase angle command value until a prescribed time or an amount of angle is reached, and allows a magnetic pole position of the motor 3 to coincide with a position of an application voltage. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、電力変換器によって駆動される永久磁石同期モータの制御装置に関し、特に、電源投入時の永久磁石同期モータの初期磁極位置を高精度に検出して運転開始時の逆方向への移動や暴走を防止する機能を備えた制御装置に関するものである。   The present invention relates to a control device for a permanent magnet synchronous motor driven by a power converter, and in particular, detects the initial magnetic pole position of the permanent magnet synchronous motor when power is turned on with high accuracy and moves in the reverse direction at the start of operation. It is related with the control apparatus provided with the function which prevents a runaway.

永久磁石同期モータは、高効率、省スペース等の利点を有することから普及が進んでおり、回転モータのみならずリニアモータとしても広く利用されている。永久磁石同期モータは、永久磁石回転子の磁極位置に応じた電圧を印加しないとトルクを発生できず、モータが逆回転してしまう等の問題があるので、磁極位置を正確に把握することが重要である。
周知のように、エンコーダを用いれば、その出力信号である位置信号に基づいてモータの速度及び磁極位置を演算することが可能であるが、電源投入時は初期磁極位置が不明であるため、この初期磁極位置を正確に検出して安定に起動する手段が必要となる。 Permanent magnet synchronous motors are widely used because they have advantages such as high efficiency and space saving, and are widely used not only as rotary motors but also as linear motors. Permanent magnet synchronous motors have a problem that torque cannot be generated unless the voltage corresponding to the magnetic pole position of the permanent magnet rotor is applied and the motor rotates in reverse. is important.
As is well known, if an encoder is used, it is possible to calculate the motor speed and magnetic pole position based on the position signal that is the output signal, but the initial magnetic pole position is unknown when the power is turned on. A means for accurately detecting the initial magnetic pole position and starting it stably is required.

以上のような背景のもとで、永久磁石モータの初期磁極位置を推定する従来技術が、以下のように種々提供されている。
（１）モータの突極性を利用して初期磁極位置を推定するもの（特許文献１）：突極形ブラシレスＤＣモータに高周波電圧を印加したときの電流検出値に含まれる高周波成分の振幅から初期磁極位置を推定する。
（２）モータの磁気飽和を利用して初期磁極位置を推定するもの（特許文献２）：一定間隔で角度を変えた各出力電圧位相における電流検出値の振幅を記憶し、磁気飽和によって上記振幅が最大となる位相角に基づいて初期磁極位置を推定する。
（３）リニアモータに直流電流を流し、出力電圧位相角を変化させて初期磁極位置を検出するもの（特許文献３）：リニアモータを直流励磁した後に、出力電圧位相角を正負の所定角度に設定し、その時の移動量の中心点を初期磁極位置として検出する。
（４）磁極位置推定角±４５度の二つのモードをトルクパターンにより切り換えると共に、外乱トルクを補償しながら二つのモードにおける誤差角を演算し、この誤差角に基づいて初期磁極位置を検出するもの（特許文献４） Under the background as described above, various conventional techniques for estimating the initial magnetic pole position of a permanent magnet motor are provided as follows.
(1) Estimating the initial magnetic pole position using the saliency of the motor (Patent Document 1): Initially based on the amplitude of the high frequency component included in the current detection value when a high frequency voltage is applied to the salient pole type brushless DC motor Estimate the magnetic pole position.
(2) Estimating the initial magnetic pole position using the magnetic saturation of the motor (Patent Document 2): storing the amplitude of the detected current value at each output voltage phase with the angle changed at regular intervals, and the above amplitude by magnetic saturation The initial magnetic pole position is estimated based on the phase angle that maximizes.
(3) DC current is passed through the linear motor and the output voltage phase angle is changed to detect the initial magnetic pole position (Patent Document 3): After the linear motor is DC-excited, the output voltage phase angle is set to a predetermined positive or negative angle. The center point of the moving amount at that time is detected as the initial magnetic pole position.
(4) Switching between the two modes of the estimated magnetic pole position angle of ± 45 degrees according to the torque pattern, calculating the error angle in the two modes while compensating for the disturbance torque, and detecting the initial magnetic pole position based on this error angle (Patent Document 4)

特開２００８−２９５１１３号公報（段落［００２３］，［００２４］、図１，図３等）JP 2008-295113 A (paragraphs [0023], [0024], FIG. 1, FIG. 3, etc.) 特開２０００−３１２４９３号公報（段落［００１２］〜［００２３］、図１等）JP 2000-31493 A (paragraphs [0012] to [0023], FIG. 1 etc.) 特開２００６−１３６２００号公報（段落［００４８］、図１５等）JP 2006-136200 A (paragraph [0048], FIG. 15 etc.) 特開２００７−６５８５号公報（段落［００１１］〜［００２０］、図１，図２等）Japanese Patent Laying-Open No. 2007-6585 (paragraphs [0011] to [0020], FIG. 1, FIG. 2, etc.)

前述した各従来技術には、以下のような問題がある。
（１）特許文献１に記載された従来技術では、表面に一様に永久磁石を有する非突極形のモータの場合には適用することができない。
（２）特許文献２に記載された従来技術は、基本的に回転モータを対象としており、リニアモータのように電機子と永久磁石との間のギャップ長が大きい場合には、特性上、磁気飽和しにくいため、リニアモータへの適用は難しい。
（３）特許文献３に記載された従来技術はリニアモータに適用可能であるが、モータの摩擦が大きい時には移動量の中心点がずれる場合があり、検出精度が低下する恐れがある。
（４）特許文献４に記載された従来技術は、回転モータ、リニアモータの双方に適用可能であり、また、モータの摩擦が大きい場合でも外乱として補償するので検出精度は比較的高い。しかし、全体的に初期磁極位置の推定処理が複雑になり、制御装置の演算量も多い。 Each of the above-described conventional techniques has the following problems.
(1) The prior art described in Patent Document 1 cannot be applied to a non-salient pole type motor having a permanent magnet uniformly on the surface.
(2) The prior art described in Patent Document 2 is basically intended for a rotary motor. When the gap length between an armature and a permanent magnet is large as in a linear motor, magnetic properties are required. Because it is difficult to saturate, it is difficult to apply to linear motors.
(3) Although the prior art described in Patent Document 3 can be applied to a linear motor, the center point of the moving amount may be shifted when the motor friction is large, and the detection accuracy may be lowered.
(4) The prior art described in Patent Document 4 can be applied to both a rotary motor and a linear motor, and even if the motor friction is large, it is compensated as a disturbance, so the detection accuracy is relatively high. However, the estimation process of the initial magnetic pole position is complicated overall, and the amount of calculation of the control device is large.

そこで、本発明の解決課題は、上記（１）〜（４）の問題点を克服し、回転モータ、リニアモータを問わず適用可能であって、摩擦等の外乱があっても初期磁極位置を高精度かつ少ない演算量で推定できると共に、構成の簡略化を可能にした制御装置を提供することにある。   Therefore, the problem to be solved by the present invention is to overcome the problems (1) to (4) above and can be applied to both rotary motors and linear motors. It is an object of the present invention to provide a control device that can be estimated with high accuracy and a small amount of calculation and that can simplify the configuration.

上記課題を解決するため、請求項１に係る制御装置は、永久磁石同期モータと、このモータに取り付けられたエンコーダと、このエンコーダから出力される複数相の位置検出パルスからモータの速度及び位置を演算する速度・位置演算手段と、モータの印加電圧の位相角指令値を演算する位相角指令演算手段と、を備えた永久磁石同期モータの制御装置において、
前記位相角指令演算手段は、
電源投入時に、所定の電流指令値に基づき電流制御を行ってモータを励磁する励磁モードにおいて前記位相角指令値を一定値とする機能と、この励磁モードに続く動作モードにおいてモータが停止した状態から前記位相角指令値を前記一定値からランプ関数的に増加させる機能と、モータの移動方向が想定方向とは逆である場合に前記位相角指令値を１８０度反転させる保護機能と、モータの移動速度が制限値以上になった場合に前記位相角指令値の増加割合を低減させる速度制限機能とを有し、
所定の時間または所定の角度量に達するまで前記位相角指令値を変化させてモータの磁極位置を前記印加電圧の位置に一致させるものである。 In order to solve the above-described problem, a control device according to claim 1 is configured to determine a motor speed and position from a permanent magnet synchronous motor, an encoder attached to the motor, and a plurality of position detection pulses output from the encoder. In a control device for a permanent magnet synchronous motor comprising speed / position calculation means for calculating, and phase angle command calculation means for calculating a phase angle command value of the applied voltage of the motor,
The phase angle command calculation means is
When the power is turned on, the phase angle command value is set to a constant value in the excitation mode in which the motor is excited based on a predetermined current command value to excite the motor, and the motor is stopped in the operation mode following the excitation mode. A function of increasing the phase angle command value from the constant value in a ramp function, a protection function of reversing the phase angle command value by 180 degrees when the moving direction of the motor is opposite to the assumed direction, and movement of the motor Having a speed limiting function for reducing the increase rate of the phase angle command value when the speed exceeds a limit value;
The phase angle command value is changed until a predetermined time or a predetermined angle amount is reached, so that the magnetic pole position of the motor matches the position of the applied voltage.

請求項２に係る制御装置は、請求項１に記載した永久磁石同期モータの制御装置において、
一定の速度指令値を積分して得た位相角指令値の変化分に応じてモータを動作させた時の、速度指令値と速度演算値との偏差からモータに与えるトルクまたは推力または電流の指令値を演算する速度制御手段と、
この速度制御手段の出力である指令値を制限値により制限する手段と、を備え、
前記制限値を、前記動作モードにおいてモータの移動開始時から設定可能最大値までランプ関数的に変化させ、前記位相角指令値を変化させてモータの磁極位置を前記印加電圧の位置に一致させるものである。 The control device according to claim 2 is the control device for the permanent magnet synchronous motor according to claim 1,
Torque, thrust, or current command given to the motor from the deviation between the speed command value and the speed calculation value when the motor is operated according to the change in the phase angle command value obtained by integrating the constant speed command value Speed control means for calculating a value;
Means for limiting the command value, which is the output of the speed control means, by a limit value,
The limit value is changed in a ramp function from the start of motor movement to the maximum settable value in the operation mode, and the phase angle command value is changed to match the magnetic pole position of the motor with the position of the applied voltage. It is.

請求項３に係る制御装置は、請求項１または２に記載した永久磁石同期モータの制御装置において、
前記エンコーダは、モータの磁極の基準位置信号を出力可能であると共に、
前記基準位置信号が検出されたときの磁極位置オフセット量を記憶する記憶手段を設け、
前記励磁モードまたは前記動作モード中に前記基準位置信号が検出されたときに、前記記憶手段内の前記磁極位置オフセット量を前記位相角指令値にセットして当該モードを終了させるものである。 A control device according to claim 3 is the control device for a permanent magnet synchronous motor according to claim 1 or 2,
The encoder can output a reference position signal of the magnetic pole of the motor,
A storage means is provided for storing a magnetic pole position offset amount when the reference position signal is detected,
When the reference position signal is detected during the excitation mode or the operation mode, the magnetic pole position offset amount in the storage means is set to the phase angle command value and the mode is terminated.

本発明によれば、位相角指令値を一定値からランプ関数的に移動させ、そのときの電流や速度を制御しながらモータの磁極位置が位相角指令値（電圧位相角）に一致するように引き込むことにより、摩擦が大きいリニアサーボモータ等の永久磁石同期モータに対しても、容易かつ高い信頼性で初期磁極位置を推定し、モータをスムーズに始動することができる。
また、複雑な演算処理も不要であり、制御装置の演算負荷の低減、回路構成の簡略化が可能である。 According to the present invention, the phase angle command value is moved in a ramp function from a constant value, and the magnetic pole position of the motor coincides with the phase angle command value (voltage phase angle) while controlling the current and speed at that time. By pulling in, it is possible to estimate the initial magnetic pole position easily and with high reliability even for a permanent magnet synchronous motor such as a linear servo motor with high friction, and to start the motor smoothly.
In addition, complicated arithmetic processing is not required, and it is possible to reduce the arithmetic load of the control device and simplify the circuit configuration.

本発明の実施例１を示すブロック図である。It is a block diagram which shows Example 1 of this invention. 実施例１における位相角指令演算手段の動作を示すタイミングチャートである。3 is a timing chart showing the operation of the phase angle command calculation means in the first embodiment. 本発明の実施例２を示すブロック図である。It is a block diagram which shows Example 2 of this invention. 実施例２における制限値演算手段の動作を示すタイミングチャートである。10 is a timing chart illustrating an operation of a limit value calculation unit according to the second embodiment. 本発明の実施例３を示すブロック図である。It is a block diagram which shows Example 3 of this invention.

以下、本発明の実施の形態を説明する。この実施の形態は、本発明を回転モータに適用した場合のものであるが、本発明はリニアモータにも勿論、適用可能である。
以下では、実施の形態を具体化した実施例１〜実施例３について図面を参照しつつ説明する。 Embodiments of the present invention will be described below. In this embodiment, the present invention is applied to a rotary motor, but the present invention can of course be applied to a linear motor.
Hereinafter, Examples 1 to 3 in which the embodiment is embodied will be described with reference to the drawings.

この実施例１の特徴は、電流制御により指令値通りの電流を永久磁石同期モータに供給しつつ、位相角指令値を一定値（例えばゼロ）からランプ関数的に変化させることで、モータの磁極位置を位相角指令値に一致するように引き込む点にある。   The feature of the first embodiment is that the current according to the command value is supplied to the permanent magnet synchronous motor by current control, and the phase angle command value is changed in a ramp function from a constant value (for example, zero), so that the magnetic pole of the motor The point is to pull the position so as to match the phase angle command value.

まず、図１は請求項１に対応する本発明の実施例１の構成を示している。
図１において、三相交流電源１にはインバータやサーボアンプ等の電力変換器２が接続されており、その出力側に回転モータとしての永久磁石同期モータ３が接続されている。電力変換器２は、その出力電圧の振幅及び周波数を制御してモータ３に供給する。
モータ３の出力軸にはエンコーダ４が接続されており、モータ３の１回転当たり所定のパルス数で９０度位相が異なるＡ相パルス、Ｂ相パルスが出力されるようになっている。なお、５は負荷を示す。 First, FIG. 1 shows a configuration of a first embodiment of the present invention corresponding to claim 1.
In FIG. 1, a power converter 2 such as an inverter or a servo amplifier is connected to a three-phase AC power source 1, and a permanent magnet synchronous motor 3 as a rotary motor is connected to the output side thereof. The power converter 2 controls the amplitude and frequency of the output voltage and supplies it to the motor 3.
An encoder 4 is connected to the output shaft of the motor 3 so that an A-phase pulse and a B-phase pulse having a phase difference of 90 degrees are output at a predetermined number of pulses per rotation of the motor 3. Note that 5 indicates a load.

制御装置内では、一般的なｄ軸（回転子の磁極方向の軸）、ｑ軸（前記ｄ軸に直交する方向の軸）という直交二軸の座標系を使用し、電流検出手段８により検出した三相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを、位相角指令値θ＊が入力された座標変換手段９によりｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑに変換して電流を制御する。
一方、ｄ軸電流指令手段１０は、後述する速度演算値に基づいてｄ軸電流指令値ｉｄ ＊を生成し、減算手段１１においてｄ軸電流指令値ｉｄ ＊とｄ軸電流検出値ｉｄとの偏差が算出される。ｄ軸電流制御手段１２は、上記偏差をゼロにするように動作してｄ軸電圧指令値ｖｄ ＊を生成し、出力する。
また、ｑ軸電流指令値ｉｑ ＊はゼロに設定されており、減算手段１３によりｑ軸電流指令値ｉｑ ＊とｑ軸電流検出値ｉｑとの偏差が算出される。ｑ軸電流制御手段１２は、ｑ軸電流をゼロにするように動作してｑ軸電圧指令値ｖｑ ＊を生成し、出力する。 In the control device, an orthogonal biaxial coordinate system of a general d axis (axis in the direction of the magnetic pole of the rotor) and q axis (axis in the direction orthogonal to the d axis) is used and detected by the current detection means 8. The three-phase currents i u , i v , and i w are converted into the d-axis current i d and the q-axis current i q by the coordinate conversion means 9 to which the phase angle command value θ * is input to control the current.
On the other hand, the d-axis current command means 10 generates a d-axis current command value i d * based on a speed calculation value to be described later, and the subtraction means 11 uses the d-axis current command value i d * and the d-axis current detection value i d. The deviation from is calculated. The d-axis current control means 12 operates so as to make the deviation zero, and generates and outputs a d-axis voltage command value v d * .
The q-axis current command value i q * is set to zero, and the subtraction means 13 calculates the deviation between the q-axis current command value i q * and the q-axis current detection value i q . The q-axis current control unit 12 operates so as to make the q-axis current zero, and generates and outputs a q-axis voltage command value v q * .

ｄ軸電圧指令値ｖｄ ＊及びｑ軸電圧指令値ｖｑ ＊は、座標変換手段１５により位相角指令値θ＊に従って座標変換され、三相電圧指令値ｖｕ ＊，ｖｖ ＊，ｖｗ ＊として出力される。
これらの三相電圧指令値ｖｕ ＊，ｖｖ ＊，ｖｗ ＊はＰＷＭ発生手段１６に入力されており、三角波キャリアとの比較、または瞬時空間ベクトルを用いて電力変換器２のスイッチング素子に対するＰＷＭ信号（オン・オフ信号）が生成される。 The d-axis voltage command value v d * and the q-axis voltage command value v q * are coordinate-converted by the coordinate conversion means 15 according to the phase angle command value θ * , and the three-phase voltage command values v u * , v v * , v w * Is output.
These three-phase voltage command values v u * , v v * , and v w * are input to the PWM generator 16 and are compared with the triangular wave carrier or used for the switching element of the power converter 2 using an instantaneous space vector. A PWM signal (ON / OFF signal) is generated.

前記エンコーダ４からのＡ相パルス、Ｂ相パルスは速度・位置演算手段６に入力されており、Ａ相パルス、Ｂ相パルスの間隔をタイマにて測定することにより速度演算値（回転移動量を含む）を演算する。同時に、Ａ相パルス、Ｂ相パルスの発生順序に基づいて回転方向を演算し、逆転監視信号を生成する。なお、この実施例ではＡ相パルス、Ｂ相パルスの位相差が９０度の場合について説明するが、上記位相差は勿論、限定的なものではない。   The A-phase pulse and B-phase pulse from the encoder 4 are input to the speed / position calculating means 6, and the speed calculation value (rotational movement amount is calculated by measuring the interval between the A-phase pulse and B-phase pulse with a timer. Including). At the same time, the rotation direction is calculated based on the generation order of the A-phase pulse and the B-phase pulse, and a reverse rotation monitoring signal is generated. In this embodiment, the case where the phase difference between the A-phase pulse and the B-phase pulse is 90 degrees will be described, but the phase difference is of course not limited.

速度・位置演算手段６から出力される速度演算値及び逆転監視信号は、位相角指令演算手段７に入力されており、この演算手段７により位相角指令値θ＊が生成されて前記座標変換手段９，１５に送られている。
ここで、本実施例の主要部である位相角指令演算手段７の動作と、初期磁極位置の検出方法について、図２のタイミングチャートを用いて説明する。 The speed calculation value and the reverse rotation monitoring signal output from the speed / position calculation means 6 are input to the phase angle command calculation means 7, and a phase angle command value θ * is generated by the calculation means 7 so that the coordinate conversion means. 9 and 15.
Here, the operation of the phase angle command calculation means 7 which is the main part of the present embodiment and the method of detecting the initial magnetic pole position will be described with reference to the timing chart of FIG.

（１）まず、ｄ軸電流指令値ｉｄ ＊を所定値に設定し、ｑ軸電流指令値ｉｑ ＊を前述の如くゼロとする。起動後の一定期間は位相角指令値θ＊を一定値(例えばゼロ)にして運転を開始し、モータ３が一度動いて停止するまで続ける。仮に、このとき初めからモータ３が全く動かない場合は、位相角指令値θ＊を９０度ずらして再度実施する。このモードを、励磁モードとする。 (1) First, the d-axis current command value i d * is set to a predetermined value, and the q-axis current command value i q * is set to zero as described above. For a certain period after startup, the phase angle command value θ * is set to a constant value (for example, zero) to start operation, and continue until the motor 3 moves once and stops. If the motor 3 does not move at all from the beginning at this time, the phase angle command value θ * is shifted by 90 degrees and the process is performed again. This mode is referred to as an excitation mode.

（２）次に、励磁モードを実施している間に時刻ｔ１においてモータ３の停止を確認したら、位相角指令値θ＊を前記一定値からランプ関数的に増加させていく。このランプ関数の傾きは、急峻な動作にならないように、モータ３の速度が定格速度よりも充分に低い値になるように設定する。このとき、モータ３の定格速度に応じた速度制限値を設定しておき、モータ３の実際の速度が速度制限値を超えた場合は、位相角指令値θ＊の傾きを緩やかに変更する（図２の時刻ｔ３を参照）。モータ３が初めから全く動かない場合は、摩擦の影響が大きいためと判断し、ｄ軸電流指令値ｉｄ ＊を増加させて再度実施する。このモードを、動作モードとする。 (2) Next, when it is confirmed that the motor 3 is stopped at time t 1 while the excitation mode is being executed, the phase angle command value θ * is increased from the constant value in a ramp function. The slope of the ramp function is set so that the speed of the motor 3 is sufficiently lower than the rated speed so as not to cause a steep operation. At this time, a speed limit value corresponding to the rated speed of the motor 3 is set, and when the actual speed of the motor 3 exceeds the speed limit value, the slope of the phase angle command value θ * is gently changed ( referring to the time t 3 of FIG. 2). If the motor 3 does not move at all from the beginning, it is determined that the influence of friction is large, and the d-axis current command value i d * is increased and the process is performed again. This mode is referred to as an operation mode.

（３）上述した（１）または（２）のモードにおいて、モータ３の磁極位置と位相角指令値θ＊とが±９０度以上ずれている場合には、運転を開始したときに、想定した移動方向と逆方向に移動する可能性がある。特にリニアモータでは、逆方向へ移動すると、移動端に衝突する等、装置損傷の恐れがある。従って、図１の速度・位置演算手段６により逆方向への移動を検出して逆転監視信号が出力された場合は、図２の時刻ｔ２に示すように、位相角指令値θ＊を１８０度移動させて、再度増加させていくような保護機能を設ける。 (3) In the above-described mode (1) or (2), when the magnetic pole position of the motor 3 and the phase angle command value θ * are shifted by ± 90 degrees or more, it is assumed when the operation is started. There is a possibility of moving in the direction opposite to the moving direction. In particular, in the case of a linear motor, there is a risk of damage to the device, such as collision with the moving end when moving in the reverse direction. Therefore, when the reverse direction monitoring signal is output by detecting the movement in the reverse direction by the speed / position calculation means 6 in FIG. 1, the phase angle command value θ * is set to 180 as shown at time t 2 in FIG. A protective function is provided so that it is moved again and increased again.

（４）更に、動作モードにおいて、モータ３の動作が一定時間経過したのを確認し、あるいは、位相角指令値θ＊の変化が設定周回経過したのを確認したら、モータ３の磁極位置は位相角指令値θ＊に一致していると判断し、モータ３の動作を停止する。それ以後は、モータ３が停止したときの位相角指令値θ＊を初期磁極位置として通常の運転を開始する。 (4) Further, in the operation mode, when it is confirmed that the operation of the motor 3 has passed for a certain period of time or when it has been confirmed that the change of the phase angle command value θ * has passed the set number of revolutions, It is determined that the angle command value θ * matches, and the operation of the motor 3 is stopped. Thereafter, normal operation is started with the phase angle command value θ * when the motor 3 is stopped as the initial magnetic pole position.

以上の処理により、モータの摩擦が大きい場合でも安定して初期磁極位置を検出することができ、回転形やリニア形等、モータの種類や特徴に関わらず、簡単な方法で初期磁極位置を検出することが可能である。   Through the above processing, the initial magnetic pole position can be detected stably even when the motor friction is large, and the initial magnetic pole position can be detected with a simple method regardless of the type and characteristics of the motor, such as a rotary type or linear type. Is possible.

次に、請求項２に対応する本発明の実施例２について、図３，図４を参照しつつ説明する。
この実施例２が実施例１と異なるのは、図３に示すように速度制御手段１９を設けてｑ軸電流指令値ｉｑ ＊の大きさを自動的に調節することにより、モータ３の磁極位置を位相角指令値θ＊に引き込む時間を短縮した点にある。ここで、速度制御手段１９の出力は、ランプ関数的に変化する制限値により制限されるようになっている。 Next, a second embodiment of the present invention corresponding to claim 2 will be described with reference to FIGS.
The second embodiment is different from the first embodiment in that the speed control means 19 is provided as shown in FIG. 3 to automatically adjust the magnitude of the q-axis current command value i q * to thereby adjust the magnetic pole of the motor 3. The time for pulling the position into the phase angle command value θ * is shortened. Here, the output of the speed control means 19 is limited by a limit value that changes in a ramp function.

図３は、実施例２の構成を示すブロック図であり、図１と同一の構成要素には同一の符号を付してある。
図３において、速度指令手段１７から出力される速度指令値ωｒ ＊と速度演算値ωｒとの偏差が減算手段１８により算出され、この偏差をゼロにするような速度制御手段１９の動作によってｑ軸電流指令値ｉｑ ＊が生成される。このｑ軸電流指令値ｉｑ ＊は、実施例１と同様に減算手段１３に入力されている。また、ｑ軸電流指令値ｉｑ ＊は、制限値演算手段２０が演算する制限値によって制限されるものである。
以下、この実施例２における初期磁極位置の検出方法について説明する。なお、図４は制限値演算手段２０の動作を示すタイミングチャートである。 FIG. 3 is a block diagram illustrating the configuration of the second embodiment, and the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
In FIG. 3, the deviation between the speed command value ω r * output from the speed command means 17 and the speed calculation value ω r is calculated by the subtraction means 18, and the operation of the speed control means 19 makes this deviation zero. A q-axis current command value i q * is generated. The q-axis current command value i q * is input to the subtracting means 13 as in the first embodiment. Further, the q-axis current command value i q * is limited by the limit value calculated by the limit value calculation means 20.
Hereinafter, a method for detecting the initial magnetic pole position in the second embodiment will be described. FIG. 4 is a timing chart showing the operation of the limit value calculation means 20.

（１）まず、励磁モードの動作は実施例１と同様である。
（２）動作モードでは、ｄ軸電流指令値ｉｄ ＊をゼロにすると共に、速度指令値ωｒ ＊をモータ３の定格速度よりも充分小さい値に設定し、この速度指令値ωｒ ＊と速度演算値ωｒとの偏差に応じて速度制御手段１９によりｑ軸電流指令値ｉｑ ＊を調整する。なお、速度制御手段１９の出力は回転モータの場合にはトルクとしたり、リニアモータの場合には推力としても良いが、この実施例では説明を容易にするためにｑ軸電流指令値ｉｑ ＊としてある。
この間、位相角指令値θ＊は、図３の位相角指令演算手段７により、一定の速度指令値ωｒ ＊を制御サンプル周期にわたり積分した増加分で増加させる。 (1) First, the operation in the excitation mode is the same as that in the first embodiment.
(2) In the operation mode, the d-axis current command value i d * is set to zero, the speed command value ω r * is set to a value sufficiently smaller than the rated speed of the motor 3, and the speed command value ω r * and the speed control unit 19 in accordance with a deviation between the speed calculation value omega r adjusts the q-axis current command value i q *. The output of the speed control means 19 may be a torque in the case of a rotary motor or a thrust in the case of a linear motor, but in this embodiment, the q-axis current command value i q * is used for ease of explanation . It is as.
During this time, the phase angle command value θ * is increased by an increase obtained by integrating the constant speed command value ω r * over the control sample period by the phase angle command calculation means 7 of FIG.

（３）動作モードでは、モータ３に急峻な電流が流れて電力変換器２が損傷するのを防止するため、速度制御手段１９から出力されるｑ軸電流指令値ｉｑ ＊を制限値演算手段２０の制限値によって制限する。すなわち、図４の時刻ｔ１１以降では、制限値をランプ関数的に増加させていくことで、簡単な構成によって始動時の急峻な電流変化を防止し、時刻ｔ１２以降の定常時には、設定可能最大値により制限された最適な大きさの電流を継続的に流す。この設定可能最大値は電流定格値に応じて予め設定しておけば良く、また、動作モード初期における制限値のランプ関数の傾きも、例えば速度指令値ωｒ ＊の傾きに対応させて位相角指令値θ＊が一周するまでに設定可能最大値に達するように設定しておけばよい。
（４）モータ３の逆転時の処理、及び、動作モードの終了方法は、実施例１と同様であるため説明を省略する。 (3) In the operation mode, the q-axis current command value i q * output from the speed control means 19 is used as the limit value calculating means in order to prevent a steep current from flowing through the motor 3 and damaging the power converter 2. Limit by 20 limit values. That is, in the time t 11 onward in FIG. 4, to go limits ramp to increase to prevent a steep current change at the start with a simple configuration, at the time of time t 12 after the steady, configurable An optimum current limited by the maximum value is continuously supplied. The maximum value that can be set may be set in advance according to the rated current value, and the slope of the ramp function of the limit value at the initial stage of the operation mode is set to the phase angle corresponding to the slope of the speed command value ω r * , for example. The command value θ * may be set so that it reaches the maximum value that can be set by one round.
(4) Since the processing at the time of reverse rotation of the motor 3 and the method for ending the operation mode are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted.

以上のように、この実施例２によれば、速度制御手段１９及び制限値演算手段２０を設けることで、モータ３の電流を自動的に調節して初期磁極位置を位相角指令値に一致させることができるため、動作モードとして設定する時間を短縮し、短時間で初期磁極位置を検出することができる。   As described above, according to the second embodiment, by providing the speed control means 19 and the limit value calculation means 20, the current of the motor 3 is automatically adjusted so that the initial magnetic pole position matches the phase angle command value. Therefore, the time for setting the operation mode can be shortened, and the initial magnetic pole position can be detected in a short time.

次いで、請求項３に対応する本発明の実施例３について、図５を参照しつつ説明する。図５は実施例３の構成を示すブロック図である。
この実施例は、エンコーダ４が基準位置信号を出力可能である場合に、その基準位置信号を利用して磁極位置検出時間の短縮とモータ移動量の減少を図ったものである。
エンコーダには、Ａ相，Ｂ相パルスの他に、１回転あたり１個発生するＺ相パルスや、機械角６０度ごとに信号が変化するＵ，Ｖ，Ｗ相パルス等の磁極絶対位置に対応した基準位置信号を出力するタイプがある。本実施例では、エンコーダからの基準位置信号として、Ｚ相パルスまたはＵ，Ｖ，Ｗ相パルスのどちらが出力される場合でも対応可能であるが、以下の説明では、エンコーダ４からＺ相パルスが出力され、このＺ相パルスを利用するものとする。 Next, a third embodiment of the present invention corresponding to claim 3 will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the third embodiment.
In this embodiment, when the encoder 4 can output a reference position signal, the reference position signal is used to shorten the magnetic pole position detection time and reduce the motor movement amount.
In addition to A-phase and B-phase pulses, the encoder supports magnetic pole absolute positions such as one Z-phase pulse generated per rotation and U, V, and W-phase pulses whose signal changes every 60 degrees. There is a type that outputs a reference position signal. In this embodiment, it is possible to cope with any of the Z-phase pulse or the U, V, and W-phase pulses output as the reference position signal from the encoder. However, in the following description, the encoder 4 outputs the Z-phase pulse. It is assumed that this Z-phase pulse is used.

図５において、エンコーダ４から出力されたＺ相パルスを速度・位置演算手段６が検出すると、Ｚ相パルス検出信号が出力され、このＺ相パルス検出信号は、メモリ２１に送出される。このメモリ２１には、Ｚ相パルス検出信号が発生したときの位相角が予め測定されて磁極位置オフセット量として記憶されており、前述した励磁モード及び動作モードの最中にＺ相パルス検出信号が発生したら、メモリ２１の値を直ちに位相角指令値θ＊にセットし、磁極位置検出動作を終了する。また、Ｚ相パルス検出信号はｄ軸電流指令手段１０にも入力されており、磁極位置検出動作の終了と同時にｄ軸電流指令値ｉｄ ＊をゼロにして、モータ３を停止させる。 In FIG. 5, when the speed / position calculating means 6 detects the Z-phase pulse output from the encoder 4, a Z-phase pulse detection signal is output, and this Z-phase pulse detection signal is sent to the memory 21. In this memory 21, the phase angle when the Z-phase pulse detection signal is generated is measured in advance and stored as the magnetic pole position offset amount. The Z-phase pulse detection signal is stored during the excitation mode and the operation mode described above. If it occurs, the value in the memory 21 is immediately set to the phase angle command value θ * , and the magnetic pole position detection operation is terminated. The Z-phase pulse detection signal is also input to the d-axis current command means 10, and simultaneously with the end of the magnetic pole position detection operation, the d-axis current command value i d * is set to zero and the motor 3 is stopped.

図５では、実施例１を基本として図１の構成にＺ相パルス、Ｚ相パルス検出信号、メモリ２１等を追加しているが、本実施例は、実施例２にも適用可能であり、図３の構成にＺ相パルス、Ｚ相パルス検出信号、メモリ２１等を追加しても良い。
なお、Ｚ相パルスが検出されない場合は、検出されるまで動作モードを継続しても良いし、実施例１または実施例２のように一定時間後に動作モードを一旦終了し、その後の通常動作モードに入ってからＺ相パルスを検出したときに位相角指令値θ＊を補正しても良い。 In FIG. 5, the Z-phase pulse, the Z-phase pulse detection signal, the memory 21 and the like are added to the configuration of FIG. 1 based on the first embodiment, but this embodiment is also applicable to the second embodiment. A Z-phase pulse, a Z-phase pulse detection signal, a memory 21 and the like may be added to the configuration of FIG.
If the Z-phase pulse is not detected, the operation mode may be continued until it is detected, or the operation mode is temporarily ended after a certain period of time as in the first or second embodiment, and the normal operation mode thereafter. The phase angle command value θ * may be corrected when the Z-phase pulse is detected after entering.

１：三相交流電源
２：電力変換器
３：永久磁石同期モータ
４：エンコーダ
５：負荷
６：速度・位置演算手段
７：位相角指令演算手段
８：電流検出手段
９，１５：座標変換手段
１０：ｄ軸電流指令手段
１１，１３，１８：減算手段
１２：ｄ軸電流制御手段
１４：ｑ軸電流制御手段
１６：ＰＷＭ発生手段
１７：速度指令手段
１９：速度制御手段
２０：制限値演算手段
２１：メモリ 1: Three-phase AC power supply 2: Power converter 3: Permanent magnet synchronous motor 4: Encoder 5: Load 6: Speed / position calculating means 7: Phase angle command calculating means 8: Current detecting means 9, 15: Coordinate converting means 10 : D-axis current command means 11, 13, 18: subtraction means 12: d-axis current control means 14: q-axis current control means 16: PWM generating means 17: speed command means 19: speed control means 20: limit value calculating means 21 :memory

Claims (3)

永久磁石同期モータと、このモータに取り付けられたエンコーダと、このエンコーダから出力される複数相の位置検出パルスからモータの速度及び位置を演算する速度・位置演算手段と、モータの印加電圧の位相角指令値を演算する位相角指令演算手段と、を備えた永久磁石同期モータの制御装置において、
前記位相角指令演算手段は、
電源投入時に、所定の電流指令値に基づき電流制御を行ってモータを励磁する励磁モードにおいて前記位相角指令値を一定値とする機能と、この励磁モードに続く動作モードにおいてモータが停止した状態から前記位相角指令値を前記一定値からランプ関数的に増加させる機能と、モータの移動方向が想定方向とは逆である場合に前記位相角指令値を１８０度反転させる保護機能と、モータの移動速度が制限値以上になった場合に前記位相角指令値の増加割合を低減させる速度制限機能とを有し、
所定の時間または所定の角度量に達するまで前記位相角指令値を変化させてモータの磁極位置を前記印加電圧の位置に一致させることを特徴とする永久磁石同期モータの制御装置。 Permanent magnet synchronous motor, encoder attached to the motor, speed / position calculating means for calculating the speed and position of the motor from a plurality of position detection pulses output from the encoder, and phase angle of the applied voltage of the motor In a control device for a permanent magnet synchronous motor comprising a phase angle command calculation means for calculating a command value,
The phase angle command calculation means is
When the power is turned on, the phase angle command value is set to a constant value in the excitation mode in which the motor is excited based on a predetermined current command value to excite the motor, and the motor is stopped in the operation mode following the excitation mode. A function of increasing the phase angle command value from the constant value in a ramp function, a protection function of reversing the phase angle command value by 180 degrees when the moving direction of the motor is opposite to the assumed direction, and movement of the motor Having a speed limiting function for reducing the increase rate of the phase angle command value when the speed exceeds a limit value;
A control apparatus for a permanent magnet synchronous motor, wherein the phase angle command value is changed until a predetermined time or a predetermined angle amount is reached, so that the magnetic pole position of the motor coincides with the position of the applied voltage. 請求項１に記載した永久磁石同期モータの制御装置において、
一定の速度指令値を積分して得た位相角指令値の変化分に応じてモータを動作させた時の、速度指令値と速度演算値との偏差からモータに与えるトルクまたは推力または電流の指令値を演算する速度制御手段と、
この速度制御手段の出力である指令値を制限値により制限する手段と、
を備え、
前記制限値を、前記動作モードにおいてモータの移動開始時から設定可能最大値までランプ関数的に変化させ、前記位相角指令値を変化させてモータの磁極位置を前記印加電圧の位置に一致させることを特徴とする永久磁石同期モータの制御装置。 In the control device for the permanent magnet synchronous motor according to claim 1,
Torque, thrust, or current command given to the motor from the deviation between the speed command value and the speed calculation value when the motor is operated according to the change in the phase angle command value obtained by integrating the constant speed command value Speed control means for calculating a value;
Means for limiting the command value output from the speed control means by a limit value;
With
The limit value is changed in a ramp function from the start of movement of the motor in the operation mode to the maximum settable value, and the phase angle command value is changed to match the magnetic pole position of the motor with the position of the applied voltage. A permanent magnet synchronous motor control device. 請求項１または２に記載した永久磁石同期モータの制御装置において、
前記エンコーダは、モータの磁極の基準位置信号を出力可能であると共に、
前記基準位置信号が検出されたときの磁極位置オフセット量を記憶する記憶手段を設け、
前記励磁モードまたは前記動作モード中に前記基準位置信号が検出されたときに、前記記憶手段内の前記磁極位置オフセット量を前記位相角指令値にセットして当該モードを終了させることを特徴とする永久磁石同期モータの制御装置。
In the control device for a permanent magnet synchronous motor according to claim 1 or 2,
The encoder can output a reference position signal of the magnetic pole of the motor,
A storage means is provided for storing a magnetic pole position offset amount when the reference position signal is detected,
When the reference position signal is detected during the excitation mode or the operation mode, the magnetic pole position offset amount in the storage means is set to the phase angle command value to end the mode. Control device for permanent magnet synchronous motor.
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