JP2011254681A - Position sensorless controller of synchronous machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、永久磁石を界磁源とする同期機の制御装置に係り、特に多重巻線構成にした同期機の電圧や電流情報から磁極位相を推定してトルクや速度を制御する位置センサレス制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for a synchronous machine using a permanent magnet as a field source, and in particular, position sensorless control for controlling torque and speed by estimating a magnetic pole phase from voltage and current information of a synchronous machine having a multiple winding configuration. Relates to the device.
永久磁石を界磁とする同期機には、位置センサとインバータを組み合わせてトルクや速度を制御する可変速制御が適用されている。これを更に拡張して、位置センサを使用しないでトルクや速度制御を実現する手法として、同期機の電圧や電流情報から磁極位相(界磁磁極の回転位相)を推定してトルクや速度を制御する位置センサレス制御方式がある。 A variable speed control that controls torque and speed by combining a position sensor and an inverter is applied to a synchronous machine using a permanent magnet as a field magnet. As a technique to further extend this and realize torque and speed control without using a position sensor, control the torque and speed by estimating the magnetic pole phase (rotation phase of the field magnetic pole) from the voltage and current information of the synchronous machine. There is a position sensorless control method.
このセンサレス制御方式には様々なものが存在するが、代表的な方法として文献1(非特許文献1)の方式がある。この方式は、他の方式に比べて、下記のような特徴がある。 There are various types of sensorless control methods, and a typical method is the method described in Document 1 (Non-Patent Document 1). This method has the following features compared to other methods.
(1)界磁をd軸としそれに対して電気角で90°進んだ位相をq軸とする2軸理論において、d軸とq軸のインダクタンス(Ld、Lq)が異なるという磁気的な突極性(Ld≠Lq)を有する場合においても適用できる。 (1) Magnetic saliency in which the inductance (Ld, Lq) of the d-axis and the q-axis is different in the 2-axis theory where the field axis is the d-axis and the phase advanced by 90 ° in terms of electrical angle is the q-axis. The present invention can also be applied when (Ld ≠ Lq).
(2)突極性がある同期機では、Ld、Lqを個別に設定する必要があるが、文献1の方式では、過渡応答性能を要求しない場合には、モータモデルのパラメータとしてLqのみ設定しても動作できる。そのため、調整が簡単である。
(2) In a synchronous machine with saliency, Ld and Lq need to be set individually. However, in the method of
(3)同一次元磁束オブザーバなどを使用する他の方法に比べて、制御の構成が簡単であり演算量も少ない。 (3) Compared with other methods using the same-dimensional magnetic flux observer, the control configuration is simple and the amount of calculation is small.
図4は、文献1で提案する制御ブロック図を示し、このブロック図は次の要素から構成されている。
FIG. 4 shows a control block diagram proposed in
速度制御部(Velocity Controller)1は、速度指令ω* reと速度推定部10の出力である推定速度ω^reとの偏差を比例積分(PI)などの演算によりモータトルク指令に相当する電流指令i*を出力する。
The speed controller 1 (Velocity Controller) 1 calculates a current command corresponding to a motor torque command by calculating a deviation between the speed command ω * re and the estimated speed ω ^ re output from the
電流制御部(Current Controller)2は、速度制御部1の出力である電流指令i*と、インバータ4の出力電流検出器6の出力である電流検出信号iとの偏差を比例積分などの演算によりモータトルク指令に相当する電圧指令v*を出力する。
The current controller 2 (Current Controller) 2 calculates the deviation between the current command i * output from the
二相/三相交流座標変換部(γ−δ/uvw)3は、電流制御部2の出力である電圧指令を界磁の回転位相と同期した回転座標変換と二相/三相変換により三相交流の電圧指令に変換し、インバータ4に電圧指令を与える。ここで回転座標変換の基準位相には、位相推定部9の出力である推定位相θ^reを使用する。
The two-phase / three-phase AC coordinate conversion unit (γ-δ / uvw) 3 performs three-dimensional conversion by rotating coordinate conversion and two-phase / three-phase conversion in which the voltage command output from the
インバータ(Inverter)4は、パルス幅変調(PWM)制御などを利用して、電圧指令と等価な電圧に増幅してモータに供給する。
The
永久磁石同期電動機(IPMSM)とするモータ5は、インバータ4により可変速駆動される同期電動機である。なお、文献1では電動機と記載しているが、トルク指令の極性を換えるだけで発電機にも適用可能である。
A
電流検出器(i検出)6は、インバータ4からモータ5に流れる電流を検出し、電流検出信号iを出力する。
A current detector (i detection) 6 detects a current flowing from the
三相交流/二相座標変換部(γ−δ/uvw)7は、三相交流の電流検出成分を二軸成分に変換する三相/二相変換機能と界磁の回転位相と同期した電流成分に変換する回転座標変換機能を有する座標変換器である。ここで回転座標変換の基準位相には、位相推定部9の出力である推定位相θ^reを使用する。 The three-phase AC / two-phase coordinate conversion unit (γ-δ / uvw) 7 is a current synchronized with the three-phase / two-phase conversion function for converting the current detection component of the three-phase AC into a biaxial component and the rotational phase of the field. It is a coordinate converter which has the rotation coordinate conversion function converted into a component. Here, the estimated phase θ ^ re , which is the output of the phase estimation unit 9, is used as the reference phase for the rotation coordinate transformation.
外乱オブザーバ(Disturbance observer)8は、モータ5の拡張誘起電圧e^を推定する。図5は外乱オブザーバ8の演算ブロック図を示し、波線枠内が実際のモータ部であり、外乱オブザーバ8はモータに入力する電圧vと流れ込む電流iの検出成分を入力とし、モータの回路定数(R、Ld、Lq)と推定角速度ω^reおよび低域通過フィルタ(Filter)により拡張誘起電圧e^を推定する。この拡張誘起電圧は、永久磁石の発生磁束による無負荷誘起起電力成分に対して、振幅成分は異なるが、同じ負荷角を有するという特徴がある。
A
位相推定部(Position Estimation)9は、モータ5の拡張誘起電圧e^から、モータ5のロータ位相を推定する。
A phase estimation unit (Position Estimation) 9 estimates the rotor phase of the
図6は位相推定部9の演算ブロック図を示す。図6の入力部には外乱オブザーバ8で推定した拡張誘起電圧e^という二軸次成分から位相θreを抽出する機能の記載が省略されているが、実際にはこの位相演算を使用する。そして、この拡張誘起電圧e^の位相θreと三相交流/二相座標変換部7の座標変換に使用した位相情報θ^reとの誤差位相Δθreを計算し、それをさらにP(s)の1次遅れ関数とK(s)の2次の関数を経て、新たな推定位相θ^reを出力するようなフィードバック構成になっている。
FIG. 6 shows a calculation block diagram of the phase estimation unit 9. Although the description of the function of extracting the phase θ re from the biaxial component of the extended induced voltage e ^ estimated by the
速度推定部(Velocity Estimation)10は、位相推定部9の位相推定結果などを時間微分して、推定速度ω^reを出力する。 A velocity estimation unit (Velocity Estimation) 10 time-differentiates the phase estimation result of the phase estimation unit 9 and outputs an estimated velocity ω ^ re .
上記の位相推定部9や速度推定部10については様々な方法が報告されており、ここでは一例として文献1の例を記載している。
Various methods have been reported for the phase estimator 9 and the
図4の制御ブロック図は位相推定部や速度推定部が複雑であるので、これを簡略化したものが図7である。これは、位相と速度の推定部分を変更したものであり、名称や表記は異なるが1〜9に関しては図4と同一の機能である。以下に、図4と比較して差異のある部分だけ説明する。
In the control block diagram of FIG. 4, the phase estimator and the speed estimator are complicated, and FIG. This is a modified version of the phase and velocity estimation parts, and although the names and notations are different, the
tan-1関数演算部11は、拡張誘起電圧の推定e^の位相を計算し、これを回転方向に対して90°遅れた位相を推定磁束軸とみなし、この位相を位相角Δφ^e0として出力する。これは、図4における位相差(θre−θ^re)と同じ意味を有している。
The tan −1
速度推定部12は、位相角Δφ^e0は実速度と推定速度の誤差により発生したものと考え、この位相角を比例積分制御することにより推定速度ω^reを修正する。
The
位置積分部13は、修正された推定速度ω^reを積分して回転座標変換の基準位相θ^(図4ではθre)を生成する。この基準位相θ^が実機の界磁位相と一致した場合には位相角Δφ^e0は零に収束する。
The
なお、電流指令変換部14は、電流制御系に回転座標変換を適用するため、速度制御部1からのトルク指令T*と、界磁指令φ*(または角周波数ω)からdq軸の電流指令i*(id *、iq *)に変換する。
Note that the current
近年では、永久磁石用の磁性材料の高性能化や、大きな寸法の磁石を製造する技術が発達したため、大容量の同期機においても永久磁石形を界磁源とする機器の製作が可能になった。しかし、大容量の同期機をインバータで可変速駆動する場合、インバータ単機の出力電流定格には制限があるため、同期機の巻線を分割した多相巻線(3相×多重巻線)構成としておき、各三相巻線を複数台のインバータで駆動する構成を採用することがある。 In recent years, the performance of magnetic materials for permanent magnets and the technology to manufacture large-sized magnets have been developed, making it possible to manufacture devices with permanent magnets as field sources even in large-capacity synchronous machines. It was. However, when a large-capacity synchronous machine is driven at a variable speed by an inverter, the output current rating of the single inverter is limited, so a multi-phase winding (3-phase x multiple winding) configuration with the synchronous machine winding divided In some cases, each three-phase winding is driven by a plurality of inverters.
この多重巻線の同期機を複数台のインバータで巻線別に個々に駆動するシステムにおいて、界磁磁極の回転位相を検出する位置センサを不要とした位置センサレス制御を実現するには、複数台のインバータの電圧や電流情報から磁極位相をそれぞれ推定するが、磁極位相が一致しないときがある。そのままでは、それぞれが異なる位相を推定することになる。しかし、実機の回転子は1個であり実回転位相は一つのみである。そこで、複数台のインバータにおいて個々の電圧と電流情報から演算で推定した位置情報を、どのようにして一つに統合するかが課題となる。 To achieve position sensorless control that eliminates the need for position sensors that detect the rotational phase of field magnetic poles in a system in which multiple winding synchronous machines are driven individually by multiple inverters for each winding, The magnetic pole phase is estimated from the voltage and current information of the inverter, but the magnetic pole phase may not match. As it is, each will estimate a different phase. However, the actual machine has one rotor and only one actual rotational phase. Therefore, how to integrate the position information estimated by calculation from individual voltage and current information in a plurality of inverters into one becomes a problem.
この電圧や電流のアンバランスの要因としては、鉄心の加工や組み立て誤差および回転子の軸が偏心した場合などの機械的なアンバランス要因や、電流検出センサの調整誤差などの電気的なアンバランス要因などが考えられる。これらは製造上避けることの出来ない要因であるため、この対策として、ある程度の差が生じても対応できるように、各インバータの位相推定情報を1つに統合する機能が必要になる。 The voltage and current imbalance factors include mechanical unbalance factors such as machining and assembly errors of the iron core and the eccentricity of the rotor shaft, and electrical imbalances such as adjustment errors of the current detection sensor. Factors are considered. Since these are factors that cannot be avoided in manufacturing, a function for integrating the phase estimation information of each inverter into one is necessary as a countermeasure to cope with even a certain difference.
本発明の目的は、多重巻線構成にした同期機を複数台のインバータで駆動し、オブザーバで磁極位相を推定する位置センサレス制御において、多重巻線からの電圧や電流情報にアンバランスが存在する場合にも各インバータの位相推定情報を1つに統合処理することができ、この統合処理に制御要素の共通化と制御情報の通信を簡略化できる位置センサレス制御装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide unbalanced voltage and current information from multiple windings in position sensorless control in which a synchronous machine having a multiple winding configuration is driven by a plurality of inverters and a magnetic pole phase is estimated by an observer. Even in this case, the phase estimation information of each inverter can be integrated into one, and a position sensorless control device that can simplify control element commonization and control information communication in this integration processing is provided.
本発明は、前記の課題を解決するため、多重巻線構成にした同期機の1つの巻線をマスターインバータで駆動し、残りの巻線を各スレーブインバータでそれぞれ駆動し、各インバータは回転座標上の電圧指令と電流検出信号およびモータの回路定数と推定速度から「界磁磁束によって発生する速度起電力の位相情報を含む電圧成分など」の推定位相角Δφ^eを演算する手段を備え、これらの推定位相角の平均値から推定速度ω^reを演算する構成、または推定速度の平均値から時間積分した推定位相を演算する構成、さらには推定速度を時間積分した推定位相の平均値から基準位相θ^を演算する構成とし、これら平均値演算と基準位相演算にはマスターインバータとスレーブインバータ間で推定速度、または推定位相の伝送と基準位相を伝送する構成とするもので、以下の装置を特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention drives one winding of a synchronous machine having a multi-winding configuration by a master inverter, and drives the remaining windings by respective slave inverters. A means for calculating an estimated phase angle Δφ ^ e of “a voltage component including phase information of a speed electromotive force generated by a field magnetic flux” from the above voltage command, current detection signal, motor circuit constant and estimated speed, A configuration that calculates the estimated speed ω ^ re from the average value of these estimated phase angles, a configuration that calculates an estimated phase that is time-integrated from the average value of the estimated speed, and an average value of the estimated phase that is time-integrated from the estimated speed It is configured to calculate the reference phase θ ^, and the average speed and reference phase calculation are transmitted between the master inverter and slave inverter with estimated speed or estimated phase and reference phase. The following apparatus is characterized.
(1)マスターインバータは界磁の回転位相と同期した電圧指令を多相交流に逆回転座標変換および電力増幅して多重巻線構成の同期機の1つの巻線に駆動電流を供給する構成とし、各スレーブインバータも同様に界磁の回転位相と同期した電圧指令を多相交流に逆回転座標変換および電力増幅して多重巻線構成の同期機の他の巻線にそれぞれ駆動電流を供給する構成とし、
前記マスターインバータと各スレーブインバータは、電圧指令を交流に変換した逆回転座標変換と逆位相の回転座標変換を適用して界磁の回転位相と同期した電流成分に変換する手段と、回転座標上の電圧指令と各巻線の電流検出信号および同期機の回路定数と推定速度から「界磁磁束によって発生する速度起電力の位相情報を含む電圧成分など」の推定位相角を演算する手段を備え、
前記推定位相角を基にして求める推定基準位相θ^を前記回転位相として使用する位相推定手段を備えた同期機の位置センサレス制御装置において、
マスターインバータが演算した推定位相角Δφ^e1と、スレーブインバータが演算した推定位相角Δφ^e2とを平均する平均演算手段と、この平均した推定位相角から推定速度ω^reを求める推定速度演算手段と、この推定速度を積分して前記基準推定位相θ^を求める積分演算手段と、これをマスターインバータとスレーブインバータの共通した界磁の回転位相とする手段とを備えたことを特徴とする。
(1) The master inverter is configured to supply a driving current to one winding of a synchronous machine having a multi-winding configuration by converting a voltage command synchronized with the rotational phase of the field into a multi-phase alternating current and converting the power to a multi-phase alternating current. Similarly, each slave inverter also supplies a drive current to the other windings of the synchronous machine of the multi-winding configuration by reversely converting the voltage command synchronized with the rotational phase of the field into multi-phase alternating current and power amplification. With configuration,
Each of the master inverter and each slave inverter includes means for applying a reverse rotation coordinate conversion obtained by converting a voltage command into an alternating current and a reverse phase rotation coordinate conversion to convert the current component in synchronization with the rotation phase of the field, Means for calculating an estimated phase angle of `` a voltage component including phase information of a speed electromotive force generated by a field magnetic flux '' from a voltage command of each winding, a current detection signal of each winding, a circuit constant of the synchronous machine, and an estimated speed,
In a position sensorless control device for a synchronous machine provided with phase estimation means that uses an estimated reference phase θ ^ obtained based on the estimated phase angle as the rotational phase,
And the estimated phase angle [Delta] [phi ^ e1 master inverter is calculated, and the average computing means for slave inverter to average the estimated phase angle [Delta] [phi ^ e2 computed, estimated speed operation for obtaining an estimated velocity omega ^ re from the averaged estimated phase angle Means for integrating the estimated speed to obtain the reference estimated phase θ ^, and means for making this a rotational phase of the field common to the master inverter and the slave inverter. .
(2)マスターインバータは界磁の回転位相と同期した電圧指令を多相交流に逆回転座標変換および電力増幅して多重巻線構成の同期機の1つの巻線に駆動電流を供給する構成とし、各スレーブインバータも同様に界磁の回転位相と同期した電圧指令を多相交流に逆回転座標変換および電力増幅して多重巻線構成の同期機の他の巻線にそれぞれ駆動電流を供給する構成とし、
前記マスターインバータと各スレーブインバータは、電圧指令を交流に変換した逆回転座標変換と逆位相の回転座標変換を適用して界磁の回転位相と同期した電流成分に変換する手段と、回転座標上の電圧指令と各巻線の電流検出信号および同期機の回路定数と推定速度から「界磁磁束によって発生する速度起電力の位相情報を含む電圧成分など」の推定位相角を演算する手段を備え、
前記推定位相角を基にして求める推定基準位相θ^を前記回転位相として使用する位相推定手段を備えた同期機の位置センサレス制御装置において、
マスターインバータが演算した推定位相角Δφ^e1から推定速度ω^1を求める推定速度演算手段と、スレーブインバータが演算した推定位相角Δφ^e2から推定速度ω^2を求める推定速度演算手段と、前記推定速度ω^1と推定速度ω^2を平均する平均演算手段と、この平均した推定速度ω^reを積分して前記基準推定位相θ^を求める積分演算手段と、これをマスターインバータとスレーブインバータの共通した界磁の回転位相とする手段を備えたことを特徴とする。
(2) The master inverter is configured to supply a drive current to one winding of a synchronous machine having a multi-winding configuration by performing reverse rotation coordinate conversion and power amplification of a voltage command synchronized with the rotation phase of the field into multi-phase AC. Similarly, each slave inverter also supplies a drive current to the other windings of the synchronous machine of the multi-winding configuration by reversely converting the voltage command synchronized with the rotational phase of the field into multi-phase alternating current and power amplification. With configuration,
Each of the master inverter and each slave inverter includes means for applying a reverse rotation coordinate conversion obtained by converting a voltage command into an alternating current and a reverse phase rotation coordinate conversion to convert the current component in synchronization with the rotation phase of the field, Means for calculating an estimated phase angle of `` a voltage component including phase information of a speed electromotive force generated by a field magnetic flux '' from a voltage command of each winding, a current detection signal of each winding, a circuit constant of the synchronous machine, and an estimated speed,
In a position sensorless control device for a synchronous machine provided with phase estimation means that uses an estimated reference phase θ ^ obtained based on the estimated phase angle as the rotational phase,
An estimated speed calculating means for obtaining an estimated speed ω ^ 1 from the estimated phase angle Δφ ^ e1 calculated by the master inverter; an estimated speed calculating means for determining an estimated speed ω ^ 2 from the estimated phase angle Δφ ^ e2 calculated by the slave inverter; Average calculating means for averaging the estimated speed ω ^ 1 and estimated speed ω ^ 2 , integrating calculating means for integrating the average estimated speed ω ^ re to obtain the reference estimated phase θ ^, Means is provided for setting the rotation phase of the field common to the slave inverters.
(3)マスターインバータは界磁の回転位相と同期した電圧指令を多相交流に逆回転座標変換および電力増幅して多重巻線構成の同期機の1つの巻線に駆動電流を供給する構成とし、各スレーブインバータも同様に界磁の回転位相と同期した電圧指令を多相交流に逆回転座標変換および電力増幅して多重巻線構成の同期機の他の巻線にそれぞれ駆動電流を供給する構成とし、
前記マスターインバータと各スレーブインバータは、電圧指令を交流に変換した逆回転座標変換と逆位相の回転座標変換を適用して界磁の回転位相と同期した電流成分に変換する手段と、回転座標上の電圧指令と各巻線の電流検出信号および同期機の回路定数と推定速度から「界磁磁束によって発生する速度起電力の位相情報を含む電圧成分など」の推定位相角を演算する手段を備え、
前記推定位相角を基にして求める推定基準位相θ^を前記回転位相として使用する位相推定手段を備えた同期機の位置センサレス制御装置において、
マスターインバータが演算した推定位相角Δφ^e1から推定速度ω^re1を求める推定速度演算手段と、この推定速度ω^re1を積分して推定位相θ^1を求める積分演算手段と、スレーブインバータが演算した推定位相角Δφ^e2から推定速度ω^re2を求める推定速度演算手段と、この推定速度ω^re2を積分して推定位相θ^2を求める積分演算手段と、前記推定位相θ^1と推定位相θ^2を平均して前記基準推定位相θ^を求める平均演算手段を備えたことを特徴とする。
(3) The master inverter is configured to supply a drive current to one winding of a synchronous machine having a multi-winding configuration by converting a voltage command synchronized with the rotational phase of the field into a multi-phase alternating current and reversely rotating coordinate conversion and power amplification. Similarly, each slave inverter also supplies a drive current to the other windings of the synchronous machine of the multi-winding configuration by reversely converting the voltage command synchronized with the rotational phase of the field into multi-phase alternating current and power amplification. With configuration,
Each of the master inverter and each slave inverter includes means for applying a reverse rotation coordinate conversion obtained by converting a voltage command into an alternating current and a reverse phase rotation coordinate conversion to convert the current component in synchronization with the rotation phase of the field, Means for calculating an estimated phase angle of `` a voltage component including phase information of a speed electromotive force generated by a field magnetic flux '' from a voltage command of each winding, a current detection signal of each winding, a circuit constant of the synchronous machine, and an estimated speed,
In a position sensorless control device for a synchronous machine provided with phase estimation means that uses an estimated reference phase θ ^ obtained based on the estimated phase angle as the rotational phase,
Estimated speed calculating means for obtaining an estimated velocity omega ^ re1 from the estimated phase angle [Delta] [phi ^ e1 master inverter is calculated, and the integral calculation means for obtaining an estimated phase theta ^ 1 by integrating the estimated speed omega ^ re1, the slave inverter estimated speed calculating means for obtaining an estimated velocity omega ^ re2 from the calculated estimated phase angle [Delta] [phi ^ e2, and integral calculation means for obtaining an estimated phase theta ^ 2 by integrating the estimated speed omega ^ re2, the estimated phase theta ^ 1 And an average calculating means for obtaining the reference estimated phase θ ^ by averaging the estimated phases θ ^ 2 .
(4)前記位相推定手段はマスターインバータに設け、スレーブインバータは演算した前記推定位相角または推定速度もしくは推定位相をマスターインバータに対して伝送する手段を設け、マスターインバータは演算した推定基準位相を共通データとして各スレーブインバータに伝送する手段を設けたことを特徴とする。 (4) The phase estimation means is provided in the master inverter, the slave inverter is provided with means for transmitting the calculated estimated phase angle or estimated speed or estimated phase to the master inverter, and the master inverter shares the calculated estimated reference phase. Means is provided for transmitting each slave inverter as data.
以上のとおり、本発明によれば、多重巻線構成にした同期機の1つの巻線をマスターインバータで駆動し、残りの巻線を各スレーブインバータでそれぞれ駆動し、各インバータは回転座標上の電圧指令と電流検出信号およびモータの回路定数と推定速度から「界磁磁束によって発生する速度起電力の位相情報を含む電圧成分など」の推定位相角Δφ^eを演算する手段を備え、これらの推定位相角の平均値から推定速度ω^reを演算する構成、または推定速度の平均値から時間積分した推定位相を演算する構成、さらには推定速度を時間積分した推定位相の平均値から基準位相θ^を演算する構成とし、これら平均値演算と基準位相演算にはマスターインバータとスレーブインバータ間で推定速度、または推定位相の伝送と基準位相を伝送する構成とするため、多重巻線からの電圧や電流情報にアンバランスが存在する場合にも各インバータの位相推定情報を1つに統合処理することができ、この統合処理に制御要素の共通化と制御情報の通信を簡略化できる。 As described above, according to the present invention, one winding of a synchronous machine having a multiple winding configuration is driven by a master inverter, and the remaining windings are respectively driven by slave inverters. Means for calculating an estimated phase angle Δφ ^ e of “voltage component including phase information of speed electromotive force generated by field magnetic flux” from voltage command, current detection signal, motor circuit constant and estimated speed, and A configuration that calculates the estimated speed ω ^ re from the average value of the estimated phase angle, a configuration that calculates an estimated phase that is time-integrated from the average value of the estimated speed, and a reference phase from the average value of the estimated phase that is time-integrated of the estimated speed It is configured to calculate θ ^, and these average value calculation and reference phase calculation are structures in which the estimated speed or estimated phase transmission and reference phase are transmitted between the master inverter and the slave inverter. Therefore, even when there is imbalance in the voltage and current information from the multiple windings, the phase estimation information of each inverter can be integrated into one, and the control elements can be shared with this integration process. Communication of control information can be simplified.
具体的には、マスターインバータおよびスレーブインバータには既存の制御系を流用でき、単機のインバータで駆動する場合と、複数台のインバータで駆動する場合を比較すると、同じ制御演算ソフトウェアや制御ゲインが利用でき、多くの部分が共通化できる。 Specifically, the existing control system can be used for the master inverter and slave inverter, and the same control calculation software and control gain are used when compared with the case of driving with a single inverter and the case of driving with multiple inverters. Yes, many parts can be shared.
また、インバータ間の伝送データは、スレーブインバータからのΔφ^e2と、マスターインバータからの推定基準位相θ^の2個で済み、電流や電圧成分などのような2軸成分または3相成分で表されるものを伝送する場合に比べて、これらの位相データはスカラー値であるので電圧や電流を伝送するよりも通信データ量も大幅に少なくできる。 In addition, the transmission data between the inverters is only Δφ ^ e2 from the slave inverter and the estimated reference phase θ ^ from the master inverter, and is expressed by two-axis components or three-phase components such as current and voltage components. Compared with the case of transmitting what is to be transmitted, since these phase data are scalar values, the amount of communication data can be greatly reduced compared to the transmission of voltage or current.
(実施形態1)
図1は、本実施形態における同期機の位置センサレス制御装置の制御ブロック図であり、二重巻線の同期機5を2台のインバータ4,4aで巻線別に個々に駆動する場合である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a control block diagram of a position sensorless control device for a synchronous machine according to the present embodiment, in which a double-winding
図1中の回路要素1〜8および11〜14は図7と同等のものであり、図7に相当する部分を説明すると、速度制御系と回転座標変換を適用した電流制御系により、界磁の回転位相と同期した座標の電圧指令v1 *を出力し、この電圧指令を推定基準位相θ^に基づいて多相交流に逆回転座標変換した電圧指令v* uvw1を得、さらにPWM変調制御などによりインバータ4で電力増幅して同期機5の1つの巻線の電流を制御する。そして、同期機5の巻線に流れる交流電流成分を電流検出器6で検出し、この電流成分を逆回転座標変換とは逆位相の回転座標変換をして界磁の回転位相と同期した電流成分i1に変換する。
一方、外乱オブザーバ8とtan-1関数演算部11などにより、インバータの回転座標上の電圧指令v1 *と電流検出信号i1および同期機の回路定数と推定速度ω^reから「界磁磁束によって発生する速度起電力の位相情報を含む電圧成分など」の位相角Δφ^e1を求め、この位相角を用いて推定速度ω^reを修正し、この修正された推定速度を位置積分部13によって時間積分して推定基準位相θ^を生成することで、位置センサレス制御を可能にする。
On the other hand, the
ここで、本実施形態では、二重巻線の同期機5を2台のインバータで巻線別に個々に駆動する装置構成に拡張して、図1中の回路要素1〜8および11〜14による構成をマスターインバータとし、このマスターインバータの回路要素2〜4、6〜8、11に対応する回路要素2a〜4a、6a〜8a、11aによる構成を追加してスレーブインバータとする。このスレーブインバータではマスターインバータと共通の電流指令i*として同期機5の他方の巻線の電流制御を行うと共に、外乱オブザーバ8aによる拡張誘起電圧推定と、tan-1関数演算部11aによる拡張誘起電圧位相角Δφ^e2を求める。
Here, in this embodiment, the double-winding
さらに、スレーブインバータで演算した推定位相角Δφ^e2をマスターインバータに対して伝送、逆に、マスターインバータで求めた推定位相θ^をスレーブインバータに共通データとして伝送する。 Further, the estimated phase angle Δφ ^ e2 calculated by the slave inverter is transmitted to the master inverter, and conversely, the estimated phase θ ^ determined by the master inverter is transmitted to the slave inverter as common data.
そして、マスターインバータでは、スレーブインバータから伝送された推定位相角Δφ^e2と自分が演算した推定位相角Δφ^e1を位相角平均演算部20で平均演算し、この平均位相情報を用いて速度推定部12が速度推定を行い、この推定速度を両インバータの共通の推定角速度ω^reとすると共に、位置積分部13が積分して両インバータの共通の推定基準位相θ^とする。この推定基準位相θ^は、マスターインバータでは内部で次段に転送し、スレーブインバータには伝送により同様に次段処理を行う。
In the master inverter, the estimated phase angle Δφ ^ e2 transmitted from the slave inverter and the estimated phase angle Δφ ^ e1 calculated by itself are averaged by the phase angle
したがって、マスターインバータとスレーブインバータは、多重巻線からの異なる電圧や電流検出情報から推定する拡張誘起電圧の位相角に差が発生するが、両インバータの位相推定情報の平均化によって1つに統合処理することができ、この統合処理した推定基準位相θ^による回転座標変換に適用することにより、速度推定以降はあたかも1台のインバータのように動作させ、多重巻線の同期機5の位置センサレス制御ができる。
Therefore, there is a difference in the phase angle of the expansion induced voltage estimated from the different voltage and current detection information from the multiple windings, but the master inverter and the slave inverter are integrated into one by averaging the phase estimation information of both inverters. By applying it to the rotational coordinate transformation by the integrated estimated reference phase θ ^ that has been processed, it is possible to operate as if it were one inverter after the speed estimation, and position sensorless of the
しかも、統合処理において、制御要素の共通化と制御情報の通信を簡略化できる。すなわち、位置センサレス制御装置としては、既存の制御系を流用でき、単機のインバータで駆動する場合と、複数台のインバータで駆動する場合を比較すると、同じ制御演算ソフトウェアや制御ゲインが利用でき、多くの部分が共通化できる。また、インバータ間の伝送データは、位相角Δφ^e2と基準位相θ^の2個で済み、これらのデータはスカラー値であるため、一般に電流や電圧成分については2軸成分または3相成分で表されてその伝送をするよりも通信データ量を大幅に少なくできる。 In addition, in the integration process, common control elements and communication of control information can be simplified. In other words, as a position sensorless control device, the existing control system can be diverted, and the same control calculation software and control gain can be used when compared with the case of driving with a single inverter and the case of driving with multiple inverters. Can be shared. In addition, the transmission data between the inverters is only two pieces of phase angle Δφ ^ e2 and reference phase θ ^, and these data are scalar values. Therefore, generally, the current and voltage components are two-axis components or three-phase components. The amount of communication data can be greatly reduced as compared with the case where the data is transmitted.
なお、図1では二重巻線の同期機の例を示したが、更に多重数の大きな同期機に対しても平均化する位相数を増やせば容易に拡張することができる。 Although FIG. 1 shows an example of a double-winding synchronous machine, it can be easily expanded by increasing the number of phases to be averaged even for a synchronous machine having a large multiplex number.
(実施形態2)
図2は、本実施形態における同期機の位置センサレス制御装置の制御ブロック図であり、実施形態1に対して、2台のインバータから取得する推定位相角Δφ^e1と推定位相角Δφ^e2に代えて、推定速度ω^1、ω^2に変更したものである。
(Embodiment 2)
FIG. 2 is a control block diagram of the position sensorless control device for the synchronous machine in the present embodiment. Compared to the first embodiment, the estimated phase angle Δφ ^ e1 and the estimated phase angle Δφ ^ e2 acquired from two inverters are shown in FIG. Instead, the estimated speeds ω ^ 1 and ω ^ 2 are changed.
図2において、マスターインバータおよびスレーブインバータには、推定位相角Δφ^e1と推定位相角Δφ^e2の変化からそれぞれ速度を推定する速度推定部12および12aを設け、さらに速度平均演算部21は速度推定部12,12aからの“推定速度ω^1、ω^2”を平均化し、その平均推定速度を両インバータの共通の推定角速度ω^reとすると共に、位置積分部13が積分して両インバータの共通の推定基準位相θ^とする。この推定基準位相θ^は、マスターインバータでは内部で転送し、スレーブインバータには伝送する。
In FIG. 2, the master inverter and the slave inverter are provided with
したがって、本実施形態では、実施形態1と同様に、マスターインバータとスレーブインバータは、多重巻線からの異なる電圧や電流情報から推定する拡張誘起電圧の位相角に差が発生するが、両インバータの位相推定情報の平均化によって1つに統合処理することができ、この統合処理した推定基準位相θ^による回転座標変換を適用することにより、速度推定以降はあたかも1台のインバータのように動作させ、多重巻線の同期機5の位置センサレス制御ができる。また、統合処理に制御要素の共通化と制御情報の通信を簡略化できる。
Therefore, in the present embodiment, as in the first embodiment, the master inverter and the slave inverter have a difference in the phase angle of the extended induced voltage estimated from different voltages and current information from the multiple windings. By integrating the phase estimation information, it can be integrated into one, and by applying the rotation coordinate transformation by this integrated processing estimated reference phase θ ^, after the speed estimation, it is operated as if it were one inverter. Position sensorless control of the
なお、図2において、速度推定部12および12aは、位相角Δφ^e1と位相角Δφ^e2をそれぞれ比例積分制御することにより推定速度ω^reを得るため、異なる入力からの積分によって、時間経過により積分値が徐々に大きな差になる可能性があるように思われる。しかしながら、実際にはこの推定速度を図5のように磁束オブザーバの拡張誘起電圧の演算に使用しているので、これを経由したフィードバックが掛かるため、実際には2台のインバータ間では、推定速度はある程度の差に抑制され異常な速度差になることはない。
In FIG. 2, the
また、図2では二重巻線の同期機の例を示したが、更に多重数の大きな同期機に対しても平均化する位相数を増やせば容易に拡張することができる。 Although FIG. 2 shows an example of a double-winding synchronous machine, it can be easily expanded by increasing the number of phases to be averaged even for a synchronous machine having a large multiplex number.
(実施形態3)
図3は、本実施形態における同期機の位置センサレス制御装置の制御ブロック図であり、実施形態2に対して、2台のインバータから取得する推定速度ω^reに代えて、推定位相θ^1、θ^2に変更したものである。
(Embodiment 3)
FIG. 3 is a control block diagram of the position sensorless control apparatus for a synchronous machine in the present embodiment. In contrast to the second embodiment, the estimated phase θ ^ 1 instead of the estimated speed ω ^ re obtained from two inverters. , Θ ^ 2 is changed.
図3において、マスターインバータおよびスレーブインバータには、速度推定部12および12aからの推定速度の積分演算でそれぞれ基準位相(基準位置)を推定する位置積分部13および13aを設け、さらに位相平均演算部22は位置積分部13および13aからの推定位相θ^1、θ^2を平均化し、その平均推定位相を両インバータの共通の平均推定基準位相θ^とする。微分演算部23は平均推定基準位相θ^を微分することで、推定速度ω^re 'を求める。これら推定角速度ω^re’および推定基準位相θ^は、マスターインバータでは内部で転送し、推定基準位相θ^はスレーブインバータに伝送する。
In FIG. 3, the master inverter and the slave inverter are provided with
したがって、本実施形態では、実施形態1や2と同様に、マスターインバータとスレーブインバータは、多重巻線からの異なる電圧や電流情報から推定する拡張誘起電圧の位相角に差が発生するが、両インバータの位相推定情報の平均化によって1つに統合処理することができ、この統合処理した推定基準位相θ^による回転座標変換を適用することにより、位相推定以降はあたかも1台のインバータのように動作させ、多重巻線の同期機5の位置センサレス制御ができる。また、統合処理に制御要素の共通化と制御情報の通信を簡略化できる。
Therefore, in this embodiment, as in the first and second embodiments, the master inverter and the slave inverter have a difference in the phase angle of the extended induced voltage estimated from different voltages and current information from the multiple windings. By integrating the phase estimation information of the inverters, they can be integrated into one, and by applying the rotation coordinate transformation based on the estimated estimation reference phase θ ^ that has been integrated, the phase estimation is as if it were one inverter. The position sensorless control of the multiple winding
なお、図3において、速度推定部12および12aでの速度推定のための積分項と、位置積分部13および13aでの位相推定のための積分項が存在するため、これら積分器の値が時間経過により徐々に差が生じる可能性があるように思われる。しかしながら、実際には両インバータの回転座標変換部に適用する基準位相は共通であるため、両インバータ間に推定位相の偏差が発生した場合でも、回転座標変換された拡張誘起起電力の位相に差が現れて、各推定位相の偏差が拡大することを抑制するようなフィードバックが掛かる。そのため、本実施形態でも実施形態2と同様に、速度推定や位相推定が異常な偏差にまで発散することはない。
In FIG. 3, since there are an integral term for speed estimation in the
また、図2では二重巻線の同期機の例を示したが、更に多重数の大きな同期機に対しても平均化する位相数を増やせば容易に拡張することができる。 Although FIG. 2 shows an example of a double-winding synchronous machine, it can be easily expanded by increasing the number of phases to be averaged even for a synchronous machine having a large multiplex number.
3、3a、7,7a 座標変換部
4,4a インバータ
5 モータ
8,8a 外乱オブザーバ
10、12、12a 速度推定部
11、11a tan−1関数演算部
13,13a 位置積分部
20 位相角平均演算部
21 速度平均演算部
22 位相平均演算部
23 微分演算部
3, 3a, 7, 7a Coordinate
Claims (4)
前記マスターインバータと各スレーブインバータは、電圧指令を交流に変換した逆回転座標変換と逆位相の回転座標変換を適用して界磁の回転位相と同期した電流成分に変換する手段と、回転座標上の電圧指令と各巻線の電流検出信号および同期機の回路定数と推定速度から「界磁磁束によって発生する速度起電力の位相情報を含む電圧成分など」の推定位相角を演算する手段を備え、
前記推定位相角を基にして求める推定基準位相θ^を前記回転位相として使用する位相推定手段を備えた同期機の位置センサレス制御装置において、
マスターインバータが演算した推定位相角Δφ^e1と、スレーブインバータが演算した推定位相角Δφ^e2とを平均する平均演算手段と、この平均した推定位相角から推定速度ω^reを求める推定速度演算手段と、この推定速度を積分して前記基準推定位相θ^を求める積分演算手段と、これをマスターインバータとスレーブインバータの共通した界磁の回転位相とする手段とを備えたことを特徴とする同期機の位置センサレス制御装置。 The master inverter is configured to supply a drive current to one winding of a multi-winding synchronous machine by performing reverse rotation coordinate conversion and power amplification of a voltage command synchronized with the rotational phase of the field to multiphase AC. Similarly, the inverter is configured to supply a driving current to each of the other windings of the synchronous machine of the multi-winding configuration by performing reverse rotation coordinate conversion and power amplification of the voltage command synchronized with the rotational phase of the field to multiphase AC,
Each of the master inverter and each slave inverter includes means for applying a reverse rotation coordinate conversion obtained by converting a voltage command into an alternating current and a reverse phase rotation coordinate conversion to convert the current component in synchronization with the rotation phase of the field, Means for calculating an estimated phase angle of `` a voltage component including phase information of a speed electromotive force generated by a field magnetic flux '' from a voltage command of each winding, a current detection signal of each winding, a circuit constant of the synchronous machine, and an estimated speed,
In a position sensorless control device for a synchronous machine provided with phase estimation means that uses an estimated reference phase θ ^ obtained based on the estimated phase angle as the rotational phase,
And the estimated phase angle [Delta] [phi ^ e1 master inverter is calculated, and the average computing means for slave inverter to average the estimated phase angle [Delta] [phi ^ e2 computed, estimated speed operation for obtaining an estimated velocity omega ^ re from the averaged estimated phase angle Means for integrating the estimated speed to obtain the reference estimated phase θ ^, and means for making this a rotational phase of the field common to the master inverter and the slave inverter. Position sensorless control device for synchronous machine.
前記マスターインバータと各スレーブインバータは、電圧指令を交流に変換した逆回転座標変換と逆位相の回転座標変換を適用して界磁の回転位相と同期した電流成分に変換する手段と、回転座標上の電圧指令と各巻線の電流検出信号および同期機の回路定数と推定速度から「界磁磁束によって発生する速度起電力の位相情報を含む電圧成分など」の推定位相角を演算する手段を備え、
前記推定位相角を基にして求める推定基準位相θ^を前記回転位相として使用する位相推定手段を備えた同期機の位置センサレス制御装置において、
マスターインバータが演算した推定位相角Δφ^e1から推定速度ω^1を求める推定速度演算手段と、スレーブインバータが演算した推定位相角Δφ^e2から推定速度ω^2を求める推定速度演算手段と、前記推定速度ω^1と推定速度ω^2を平均する平均演算手段と、この平均した推定速度ω^reを積分して前記基準推定位相θ^を求める積分演算手段と、これをマスターインバータとスレーブインバータの共通した界磁の回転位相とする手段とを備えたことを特徴とする同期機の位置センサレス制御装置。 The master inverter is configured to supply a drive current to one winding of a multi-winding synchronous machine by performing reverse rotation coordinate conversion and power amplification of a voltage command synchronized with the rotational phase of the field to multiphase AC. Similarly, the inverter is configured to supply a driving current to each of the other windings of the synchronous machine of the multi-winding configuration by performing reverse rotation coordinate conversion and power amplification of the voltage command synchronized with the rotational phase of the field to multiphase AC,
Each of the master inverter and each slave inverter includes means for applying a reverse rotation coordinate conversion obtained by converting a voltage command into an alternating current and a reverse phase rotation coordinate conversion to convert the current component in synchronization with the rotation phase of the field, Means for calculating an estimated phase angle of `` a voltage component including phase information of a speed electromotive force generated by a field magnetic flux '' from a voltage command of each winding, a current detection signal of each winding, a circuit constant of the synchronous machine, and an estimated speed,
In a position sensorless control device for a synchronous machine provided with phase estimation means that uses an estimated reference phase θ ^ obtained based on the estimated phase angle as the rotational phase,
An estimated speed calculating means for obtaining an estimated speed ω ^ 1 from the estimated phase angle Δφ ^ e1 calculated by the master inverter; an estimated speed calculating means for determining an estimated speed ω ^ 2 from the estimated phase angle Δφ ^ e2 calculated by the slave inverter; Average calculating means for averaging the estimated speed ω ^ 1 and estimated speed ω ^ 2 , integrating calculating means for integrating the average estimated speed ω ^ re to obtain the reference estimated phase θ ^, A position sensorless control device for a synchronous machine, comprising means for setting a rotational phase of a field common to slave inverters.
前記マスターインバータと各スレーブインバータは、電圧指令を交流に変換した逆回転座標変換と逆位相の回転座標変換を適用して界磁の回転位相と同期した電流成分に変換する手段と、回転座標上の電圧指令と各巻線の電流検出信号および同期機の回路定数と推定速度から「界磁磁束によって発生する速度起電力の位相情報を含む電圧成分など」の推定位相角を演算する手段を備え、
前記推定位相角を基にして求める推定基準位相θ^を前記回転位相として使用する位相推定手段を備えた同期機の位置センサレス制御装置において、
マスターインバータが演算した推定位相角Δφ^e1から推定速度ω^re1を求める推定速度演算手段と、この推定速度ω^re1を積分して推定位相θ^1を求める積分演算手段と、スレーブインバータが演算した推定位相角Δφ^e2から推定速度ω^re2を求める推定速度演算手段と、この推定速度ω^re2を積分して推定位相θ^2を求める積分演算手段と、前記推定位相θ^1と推定位相θ^2を平均して前記基準推定位相θ^を求める平均演算手段を備えたことを特徴とする同期機の位置センサレス制御装置。 The master inverter is configured to supply a drive current to one winding of a multi-winding synchronous machine by performing reverse rotation coordinate conversion and power amplification of a voltage command synchronized with the rotational phase of the field to multiphase AC. Similarly, the inverter is configured to supply a driving current to each of the other windings of the synchronous machine of the multi-winding configuration by performing reverse rotation coordinate conversion and power amplification of the voltage command synchronized with the rotational phase of the field to multiphase AC,
Each of the master inverter and each slave inverter includes means for applying a reverse rotation coordinate conversion obtained by converting a voltage command into an alternating current and a reverse phase rotation coordinate conversion to convert the current component in synchronization with the rotation phase of the field, Means for calculating an estimated phase angle of `` a voltage component including phase information of a speed electromotive force generated by a field magnetic flux '' from a voltage command of each winding, a current detection signal of each winding, a circuit constant of the synchronous machine, and an estimated speed,
In a position sensorless control device for a synchronous machine provided with phase estimation means that uses an estimated reference phase θ ^ obtained based on the estimated phase angle as the rotational phase,
Estimated speed calculating means for obtaining an estimated velocity omega ^ re1 from the estimated phase angle [Delta] [phi ^ e1 master inverter is calculated, and the integral calculation means for obtaining an estimated phase theta ^ 1 by integrating the estimated speed omega ^ re1, the slave inverter estimated speed calculating means for obtaining an estimated velocity omega ^ re2 from the calculated estimated phase angle [Delta] [phi ^ e2, and integral calculation means for obtaining an estimated phase theta ^ 2 by integrating the estimated speed omega ^ re2, the estimated phase theta ^ 1 A position sensorless control device for a synchronous machine, further comprising an average calculating means for obtaining the reference estimated phase θ ^ by averaging the estimated phase θ ^ 2 .
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