JP4127957B2 - 電動機の制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機を高精度に制御する電動機の制御装置に関するものである。
【０００２】
従来の技術の一例として、永久磁石型同期電動機のトルクを制御する電動機制御装置のブロック線図を図３に示し、この図に基づいて説明する。電力変換器４は、永久磁石型同期電動機１に電力を供給する。電流検出器３は永久磁石型同期電動機１の一次電流を検出し、一次電流に任意の座標変換係数を乗じて静止座標上での電流ベクトルに変換し、その電流ベクトル成分ｉａ，ｉｂを出力する。位置検出器２は、永久磁石型同期電動機１の回転子の永久磁石の方向を検知する。
【０００３】
トルク制御器８は、トルク指令Ｔｒと電流ベクトル成分ｉａ、ｉｂと永久磁石の方向とを入力して永久磁石型同期電動機１の出力トルクがトルク指令Ｔｒに追従するような信号を電力変換器４に出力する。トルク制御器８は、ｄ軸電流指令生成器７とｑ軸電流指令生成器６と電流制御器５とで構成される。ｄ軸電流指令生成器７は、一次電流の永久磁石の方向と平行な電流成分であるｄ軸電流ｉｄの指令となるｄ軸電流指令ｉｄｒを出力する。
【０００４】
ｑ軸電流指令生成器６は、一次電流の永久磁石の方向と垂直な電流成分であるｑ軸電流ｉｑの指令となるｑ軸電流指令ｉｑｒを、トルク指令Ｔｒとｄ軸電流指令ｉｄｒより
【０００５】
の計算式で演算して出力する。ここで、φは永久磁石型同期電動機１の永久磁石の磁束量であり、Ｌｄはｄ軸のインダクタンスであり、Ｌｑはｑ軸のインダクタンスである。
【０００７】
電流制御器５は、電流ベクトル成分ｉａ、ｉｂを永久磁石の方向に基づいて回転座標変換してｉｄ、ｉｑを演算し、ｉｄ、ｉｑをそれぞれそれらの指令値のｉｄｒ、ｉｑｒに追従させるような信号を出力する。以上の制御構成により、永久磁石型同期電動機１の出力トルクはトルク指令Ｔｒに制御されることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、永久磁石型同期電動機１の出力トルクがトルク指令Ｔｒに制御されるためには（１）式が正確に演算される必要がある。よって永久磁石型同期電動機１の永久磁石の磁束量φやｄ軸のインダクタンスＬｄやｑ軸のインダクタンスＬｑが実際の値と一致しておく必要がある。
しかし、φは永久磁石の温度によって変動したり、ＬｄやＬｑは磁気飽和により電流の大きさによって変化するので、（１）式で用いるφやＬｄやＬｑを永久磁石型同期電動機１の実際値に一致させることは困難である。従って、永久磁石型同期電動機１の出力トルクはトルク指令Ｔｒ通りに制御できなくなる。
本発明は上述した点に鑑みて創案されたもので、その目的とするところは、永久磁石型同期電動機の制御装置にトルク制御器を補正する機能を設けることで上記問題点を解決し、運転中に変化する電動機の定数に依存することがない電動機の制御装置を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
つまり、その目的を達成するための手段は、請求項１において、トルク指令を入力して電動機の電流指令を生成する電流指令生成器と、
前記電流指令と前記電動機の一次電流とを入力して前記電流指令と前記一次電流とが一致するような信号を出力する電流制御器と_から構成されるトルク制御器で前記電動機の出力トルクを前記トルク指令に追従させる永久磁石型同期電動機の制御装置において、
前記電動機の一次電流を検出して静止座標系の一次電流ベクトルに変換して出力する電流検出器と、
前記電動機の一次電圧を検出または推定して静止座標系の一次電圧ベクトルに変換して出力する電圧検出器と、
前記一次電圧ベクトルと前記一次電流ベクトルとを入力し前記電動機の一次巻線抵抗Ｒを用いて前記電動機の一次鎖交磁束ベクトルを演算する磁束演算器と、
前記一次鎖交磁束ベクトルと前記一次電流ベクトルとから前記電動機の出力トルクを演算するトルク演算器と、
該トルク演算器の出力の演算トルクと前記トルク指令との差を比例積分増幅し、該比例積分増幅したものと前記トルク指令との和を補正後トルク指令として前記トルク指令の変わりにトルク制御器に出力するものとから構成されるトルク指令調整器とを具備することを特徴とする永久磁石型同期電動機の制御装置。
【００１１】
従来の技術で説明した場合と同様に、永久磁石型同期電動機の出力トルクをトルク指令に追従させる電動機制御装置の一実施例について説明する。図１は、本発明の請求項１記載の一実施例を示すブロック線図であり、この図に基づいて説明するが、従来の技術と同一部分は説明を省略する。電圧検出器９は、永久磁石型同期電動機１の一次電圧を検出または推定し、その一次電圧に任意の座標変換係数を乗じて静止座標上での電圧ベクトルに変換し、その電圧ベクトル成分ｖａ、ｖｂを出力する。磁束演算器１０は、電流ベクトル成分ｉａ、ｉｂと電圧ベクトル成分ｖａ、ｖｂとを入力して、永久磁石型同期電動機１の一次巻線抵抗Ｒを用いて永久磁石型同期電動機１の一次鎖交磁束ベクトルの成分φａ、φｂを次式により演算する。
【００１２】
トルク演算器１１は、一次鎖交磁束ベクトルの成分φａ、φｂと電流ベクトル成分ｉａ、ｉｂとを入力して、次式により永久磁石型同期電動機１の出力するトルクＴｃを演算する。
【００１４】
（４）式で求められる演算トルクＴｃは、φやＬｄやＬｑを用いずに演算しているため、永久磁石型同期電動機１が実際に出力しているトルクと等しくなる。
トルク指令調整器１２は、トルク指令Ｔｒとトルク演算器１１の出力である演算トルクＴｃとを入力し、トルク指令Ｔｒと演算トルクＴｃとが等しくなるように補正した補正後トルク指令Ｔｒ’を出力する。補正後トルク指令Ｔｒ’をトルク制御器８に入力することで、永久磁石型同期電動機１の出力トルクはトルク指令Ｔｒに正確に追従することになる。
【００１６】
トルク指令調整器１２は、減算器１３と比例積分増幅器１４と加算器１５とで構成されている。減算器１３は、トルク指令Ｔｒと演算トルクＴｃとの差を出力する。減算器１３の出力するトルク誤差が０となるように、トルク誤差を比例積分増幅器１４に通し、加算器１５で比例積分増幅器１４の出力とトルク指令Ｔｒとの和を補正後トルク指令Ｔｒ’として出力する。
【００１７】
図２は、本発明の請求項１記載の一実施例を図１とは別構成で実現するブロック線図であり、この図に基づいて説明するが、従来の技術と図１で説明した同一部分は説明を省略する。電流指令調整器１６は、トルク指令Ｔｒと演算トルクＴｃとｑ軸電流指令ｉｑとを入力し、トルク指令Ｔｒと演算トルクＴｃとが等しくなるように補正した補正後ｑ軸電流指令ｉｑｒ’を出力する。補正後ｑ軸電流指令ｉｑｒ’を電流制御器５に入力することで、永久磁石型同期電動機１の出力トルクはトルク指令Ｔｒと正確に追従することになる。
【００１８】
電流指令調整器１６は、減算器１７と比例積分調整器１８と加算器１９とで構成されている。減算器１７は、トルク指令Ｔｒと演算トルクＴｃとの差を出力する。減算器１７の出力するトルク誤差が０となるように、トルク誤差を比例積分増幅器１８に通し、加算器１９で比例積分増幅器１８の出力とｑ軸電流指令ｉｑｒとの和を補正後ｑ軸電流指令ｉｑｒ’として出力する。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、運転中に変化する電動機の定数に依存することなく電動機の出力トルクを正確にトルク指令通りに追従させることが出来ることから、電動機の速度やトルクの制御精度を向上させることができ、実用上、極めて有用性の高いものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の請求項１記載の実施例を永久磁石型同期電動機に適用したブロック線図である。
【図２】本発明の請求項１記載の実施例を永久磁石型同期電動機に適用したブロック線図である。
【図３】従来の技術の実施例を永久磁石型同期電動機のトルク制御構成で表したブロック線図である。
【符号の説明】
１ 永久磁石型同期電動機
２ 位置検出器
３ 電流検出器
４ 電力変換器
５ 電流制御器
６ ｑ軸電流指令生成器
７ ｄ軸電流指令生成器
８ トルク制御器
９ 電圧検出器
１０ 磁束演算器
１１ トルク演算器
１２ トルク指令調整器
１３、１７ 減算器
１４、１８ 比例積分増幅器
１５、１９ 加算器
１６ 電流指令調整器
Claims (1)
- トルク指令を入力して電動機の電流指令を生成する電流指令生成器と、
前記電流指令と前記電動機の一次電流とを入力して前記電流指令と前記一次電流とが一致するような信号を出力する電流制御器と_から構成されるトルク制御器で前記電動機の出力トルクを前記トルク指令に追従させる永久磁石型同期電動機の制御装置において、
前記電動機の一次電流を検出して静止座標系の一次電流ベクトルに変換して出力する電流検出器と、
前記電動機の一次電圧を検出または推定して静止座標系の一次電圧ベクトルに変換して出力する電圧検出器と、
前記一次電圧ベクトルと前記一次電流ベクトルとを入力し前記電動機の一次巻線抵抗Ｒを用いて前記電動機の一次鎖交磁束ベクトルを演算する磁束演算器と、
前記一次鎖交磁束ベクトルと前記一次電流ベクトルとから前記電動機の出力トルクを演算するトルク演算器と、
該トルク演算器の出力の演算トルクと前記トルク指令との差を比例積分増幅し、該比例積分増幅したものと前記トルク指令との和を補正後トルク指令として前記トルク指令の変わりにトルク制御器に出力するものとから構成されるトルク指令調整器とを具備することを特徴とする永久磁石型同期電動機の制御装置。
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