JP5788354B2 - Motor control device and work machine using the same - Google Patents
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Description
本発明は、モータ制御装置及びそれを用いた作業機械に係り、特に、永久磁石同期モータをトルク制御するに好適なモータ制御装置及びそれを用いた作業機械に関する。 The present invention relates to a motor control device and a work machine using the motor control device, and more particularly to a motor control device suitable for torque control of a permanent magnet synchronous motor and a work machine using the motor control device.
従来、トルク制御するモータ制御装置において、モータの電気定数を演算するモータ定数演算部を備え、直交する2つの軸(d軸およびq軸)のうち一方の軸上で定義される電気定数の設定値を、同一の軸上で定義される状態変数を用いた関数式で補正し、かつ他方の軸上で定義される状態変数を用いた関数式で補正するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, a motor control device that performs torque control includes a motor constant calculation unit that calculates an electric constant of a motor, and sets an electric constant defined on one of two orthogonal axes (d axis and q axis). It is known that the value is corrected by a functional equation using a state variable defined on the same axis and corrected by a functional equation using a state variable defined on the other axis (for example, Patent Document 1).
かかる方式により、永久磁石同期モータの電気定数をより簡便に設定することができる。その結果、その正確な電気定数をトルク制御に用いることにより、高トルク時においても、より高精度なトルク制御が可能となり、高応答かつ高効率にモータを駆動することができる。 With this method, the electric constant of the permanent magnet synchronous motor can be set more easily. As a result, by using the accurate electric constant for torque control, even higher torque can be controlled with higher accuracy, and the motor can be driven with high response and high efficiency.
しかしながら、特許文献1記載のものでは、モータ定数の設定誤差などについては触れられていない。モータ定数の設定誤差があると、その誤差分だけトルク制御の精度が低下することになる。
However, in the thing of
本発明の目的は、モータ定数の設定誤差も含めて補償して、高精度なトルク制御が可能なモータ制御装置及びそれを用いた作業機械を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a motor control device that can compensate for a motor constant setting error and perform highly accurate torque control, and a work machine using the motor control device.
(1)上記目的を達成するために、本発明は、永久磁石同期電動機に対するトルク指令値から求められた電流指令値が、前記永久磁石同期電動機に電力変換器を介して供給される電流に対する電流検出値に一致するように、前記永久磁石同期電動機に供給される電流を制御する制御部を有し、永久磁石同期電動機のトルク制御を行うモータ制御装置であって、前記制御部は、上位制御装置から与えられる第1のトルク指令値に前記電力変換器の電力情報から求めたトルク推定値が一致するように、第2のトルク指令値を演算し、該第2のトルク指令値に従いトルク制御を行うようにしたものである。
かかる構成により、モータ定数の設定誤差も含めて補償して、高精度なトルク制御が可能となる。
(1) In order to achieve the above object, the present invention provides a current command value obtained from a torque command value for a permanent magnet synchronous motor as a current corresponding to a current supplied to the permanent magnet synchronous motor via a power converter. A motor control device that has a control unit that controls the current supplied to the permanent magnet synchronous motor so as to match a detected value, and that performs torque control of the permanent magnet synchronous motor. A second torque command value is calculated so that the estimated torque value obtained from the power information of the power converter matches the first torque command value given from the device, and torque control is performed according to the second torque command value. Is to do.
With this configuration, it is possible to compensate for the motor constant setting error and to perform highly accurate torque control.
(2)上記(1)において、好ましくは、前記永久磁石同期電動機の磁極位置を検出する位置検出器を備え、前記制御部は、該位置検出器によって検出された磁極位置から算出された速度検出値と、前記第2のトルク指令値から求めたd軸およびq軸の電流指令値と、電流検出値と、モータ定数の設定値とに従い、d軸およびq軸の電圧指令値の演算を行い、前記電力変換器の出力電圧を制御するようにしたものである。 (2) In the above (1), preferably, a position detector that detects a magnetic pole position of the permanent magnet synchronous motor is provided, and the control unit detects a speed calculated from the magnetic pole position detected by the position detector. The d-axis and q-axis voltage command values are calculated according to the value, the d-axis and q-axis current command values obtained from the second torque command value, the current detection value, and the motor constant setting value. The output voltage of the power converter is controlled.
(3)上記(1)において、好ましくは、前記制御部は、前記第2のトルク指令値から求めたd軸およびq軸の電流指令値と、電流検出値と、速度推定値と、モータ定数の設定値とに従い、d軸およびq軸の電圧指令値の演算を行い、電力変換器の出力電圧を制御し、前記速度推定値を積分して求めた回転位相推定値と前記永久磁石同期電動機の回転位相値との偏差である位相誤差が位相誤差の指令値に一致するように前記速度推定値を演算するようにしたものである。 (3) In the above (1), preferably, the control unit is configured to determine the d-axis and q-axis current command values obtained from the second torque command value, a current detection value, a speed estimation value, and a motor constant. In accordance with the set value of the rotational axis estimated value obtained by calculating the voltage command values of the d-axis and the q-axis, controlling the output voltage of the power converter, and integrating the estimated speed value and the permanent magnet synchronous motor The estimated speed value is calculated so that a phase error, which is a deviation from the rotational phase value, coincides with the phase error command value.
(4)上記(2)若しくは(3)において、好ましくは、前記制御部は、前記トルク推定値を算出するトルク推定値演算部を備え、該トルク推定値演算部は、d軸の電圧指令値と電流検出値の乗算値とq軸の電圧指令値と電流検出値の乗算値とを加算した第1の電力信号から、d軸およびq軸の電流検出値をそれぞれ2乗した加算値に前記永久磁石同期電動機の抵抗値を乗じた第2の電力信号を減算し、該減算値を速度推定値で除算した結果に定数を乗じて前記トルク推定値を算出するようにしたものである。 (4) In the above (2) or (3), preferably, the control unit includes a torque estimated value calculation unit that calculates the torque estimated value, and the torque estimated value calculation unit includes a d-axis voltage command value. From the first power signal obtained by adding the multiplication value of the current detection value, the q-axis voltage command value, and the current detection value to the addition value obtained by squaring the d-axis and q-axis current detection values. The second power signal multiplied by the resistance value of the permanent magnet synchronous motor is subtracted, and the torque estimated value is calculated by multiplying the result obtained by dividing the subtracted value by the speed estimated value by a constant.
(5)上記(2)若しくは(3)において、好ましくは、前記制御部は、前記トルク推定値を算出するトルク推定値演算部を備え、該トルク推定値演算部は、前記電力変換器の直流電圧と直流電流を乗算した結果に定数を乗じた第1の電力信号から、3相の電流検出値を各相毎に2乗した加算値にモータの抵抗値を乗じた第2の電力信号を減算し、該減算値を速度推定値で除算した結果に定数を乗じて前記トルク推定値を算出するようにしたものである。 (5) In the above (2) or (3), preferably, the control unit includes a torque estimated value calculating unit that calculates the torque estimated value, and the torque estimated value calculating unit is a direct current of the power converter. From the first power signal obtained by multiplying the result obtained by multiplying the voltage and the direct current by a constant, the second power signal obtained by multiplying the added value obtained by squaring the current detection value of each of the three phases for each phase and the resistance value of the motor. The torque estimated value is calculated by subtracting and multiplying the result obtained by dividing the subtracted value by the speed estimated value by a constant.
(6)上記(2)若しくは(3)において、好ましくは、前記制御部は、前記トルク推定値を算出するトルク推定値演算部を備え、該トルク推定値演算部は、前記電力変換器の直流電圧と直流電流を乗算した結果に定数を乗じた第1の電力信号から、d軸およびq軸の電流検出値をそれぞれ2乗し、それらを加算した値に、前記永久磁石同期電動機の抵抗値を乗じた第2の電力信号を減算し、該減算値を速度推定値で除算した結果に、定数を乗じて前記トルク推定値を算出するようにしたものである。 (6) In the above (2) or (3), preferably, the control unit includes a torque estimated value calculating unit that calculates the torque estimated value, and the torque estimated value calculating unit is a direct current of the power converter. From the first power signal obtained by multiplying the result obtained by multiplying the voltage and the direct current by a constant, the d-axis and q-axis current detection values are squared, and the sum is added to the resistance value of the permanent magnet synchronous motor. The second power signal multiplied by is subtracted, and the torque estimated value is calculated by multiplying the result obtained by dividing the subtracted value by the speed estimated value by a constant.
(7)上記(1)において、好ましくは、前記上位制御装置から与えられる前記第1のトルク指令値とトルク出力値の偏差は、永久磁石同期電動機の電流値の2乗に比例し、電動機速度に反比例するものである。 (7) In the above (1), preferably, the deviation between the first torque command value and the torque output value given from the host controller is proportional to the square of the current value of the permanent magnet synchronous motor, and the motor speed Is inversely proportional to
(8)また、上記目的を達成するために、本発明は、永久磁石同期電動機と、 直流を3相交流に変換し、前記永久磁石同期電動機に供給して、前記永久磁石同期電動機の出力トルクを可変する電力変換器と、前記永久磁石同期電動機に対するトルク指令値から求められた電流指令値が、前記永久磁石同期電動機に前記電力変換器を介して供給される電流に対する電流検出値に一致するように、前記永久磁石同期電動機に供給される電流を制御する制御部を有する作業機械であって、前記制御部は、上位制御装置から与えられる第1のトルク指令値に前記電力変換器の電力情報から求めたトルク推定値が一致するように、第2のトルク指令値を演算し、該第2のトルク指令値に従いトルク制御を行うようにしたものである。
かかる構成により、モータ定数の設定誤差も含めて補償して、高精度なトルク制御が可能となる。
(8) Moreover, in order to achieve the said objective, this invention converts a direct current into a three-phase alternating current to a permanent magnet synchronous motor, and supplies it to the said permanent magnet synchronous motor, The output torque of the said permanent magnet synchronous motor And a current command value obtained from a torque command value for the permanent magnet synchronous motor coincides with a current detection value for a current supplied to the permanent magnet synchronous motor via the power converter. As described above, the working machine has a control unit that controls a current supplied to the permanent magnet synchronous motor, and the control unit supplies the power of the power converter to a first torque command value provided from a host control device. The second torque command value is calculated so that the estimated torque values obtained from the information match, and torque control is performed according to the second torque command value.
With this configuration, it is possible to compensate for the motor constant setting error and to perform highly accurate torque control.
(9)上記(8)において、好ましくは、前記作業機械は、ホイルローダであり、該ホイルローダは、前記永久磁石同期電動機として、車輪を駆動する走行駆動用モータと、エンジンをアシストするアシストモータとを備え、前記走行駆動用モータを制御するモータ制御装置は、請求項2記載の制御部を備え、前記アシストモータを制御するモータ制御装置は、請求項3記載の制御部を備えるようにしたものである。
(9) In the above (8), preferably, the work machine is a wheel loader, and the wheel loader includes a driving motor for driving wheels and an assist motor for assisting the engine as the permanent magnet synchronous motor. And a motor control device that controls the travel drive motor includes the control unit according to
(10)上記(8)において、好ましくは、前記作業機械は、ホイルローダであり、該ホイルローダは、前記永久磁石同期電動機として、車輪を駆動する走行駆動用モータと、エンジンをアシストするアシストモータとを備え、前記走行駆動用モータを制御するモータ制御装置及び前記アシストモータを制御するモータ制御装置は、請求項2記載の制御部を備えるようにしたものである。
(10) In the above (8), preferably, the work machine is a wheel loader, and the wheel loader includes, as the permanent magnet synchronous motor, a driving motor for driving wheels and an assist motor for assisting the engine. A motor control device that controls the travel drive motor and a motor control device that controls the assist motor include the control unit according to
(11)上記(8)において、好ましくは、前記作業機械は、油圧ショベルであり、該油圧ショベルは、前記永久磁石同期電動機として、下部走行体に対して上部旋回体を旋回させる旋回モータと、エンジンをアシストするアシストモータとを備え、前記旋回モータを制御するモータ制御装置は、請求項2記載の制御部を備え、前記アシストモータを制御するモータ制御装置は、請求項3記載の制御部を備えるようにしたものである。
(11) In the above (8), preferably, the work machine is a hydraulic excavator, and the hydraulic excavator, as the permanent magnet synchronous motor, rotates a revolving motor with respect to a lower traveling body; And an assist motor for assisting the engine, wherein the motor control device that controls the turning motor includes the control unit according to
(12)上記(8)において、好ましくは、前記作業機械は、油圧ショベルであり、該油圧ショベルは、前記永久磁石同期電動機として、下部走行体に対して上部旋回体を旋回させる旋回モータと、エンジンをアシストするアシストモータとを備え、前記旋回モータを制御するモータ制御装置及び前記アシストモータを制御するモータ制御装置は、請求項2記載の制御部を備えるようにしたものである。
(12) In the above (8), preferably, the work machine is a hydraulic excavator, and the hydraulic excavator, as the permanent magnet synchronous motor, rotates the upper swing body with respect to the lower traveling body; The motor control device that controls the turning motor and the motor control device that controls the assist motor include the control unit according to
本発明によれば、モータ定数の設定誤差も含めて補償して、高精度なトルク制御が可能となる。
According to the present invention, it is possible to compensate for the motor constant setting error and perform highly accurate torque control.
以下、図1〜図10を用いて、本発明の第1の実施形態によるモータ制御装置の構成及び動作について説明する。
最初に、図1を用いて、本実施形態によるモータ制御装置を用いたモータ駆動システムの構成について説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態によるモータ制御装置を用いたモータ駆動システムの構成について説明する。
本実施形態によるモータ駆動システムは、モータ制御装置100と、電力変換器INVと、永久磁石同期モータ(PMモータ;交流モータ)MOTと、位置検出器PDと、トルク指令設定部TSとから構成されている。
Hereinafter, the configuration and operation of the motor control device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
First, the configuration of a motor drive system using the motor control device according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 1 illustrates the configuration of a motor drive system using a motor control device according to a first embodiment of the present invention.
The motor drive system according to this embodiment includes a
永久磁石同期モータ(PMモータ;交流モータ)MOTは、永久磁石及び界磁巻線を備えた回転子と、電機子巻線を備えた固定子とから構成される。永久磁石同期モータMOTは、永久磁石の磁束によるトルク成分と、電機子巻線のインダクタンスによるトルク成分を合成したトルクを出力する。永久磁石同期モータMOTは、図15を用いて後述するように、作業機械に用いられるモータである。本実施形態のモータ制御装置100は、かかるモータMOTを制御するために用いられる。
A permanent magnet synchronous motor (PM motor; AC motor) MOT includes a rotor having a permanent magnet and a field winding, and a stator having an armature winding. The permanent magnet synchronous motor MOT outputs a torque obtained by combining the torque component due to the magnetic flux of the permanent magnet and the torque component due to the inductance of the armature winding. The permanent magnet synchronous motor MOT is a motor used in a work machine, as will be described later with reference to FIG. The
電力変換器INVは、3相交流の電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*に基づいて、直流電源Bから供給される直流電圧を3相交流電圧に変換し、永久磁石同期モータMOTに供給し、永久磁石同期モータMOTの出力トルクを可変する。 The power converter INV converts the DC voltage supplied from the DC power source B into a three-phase AC voltage based on the three-phase AC voltage command values Vu *, Vv *, and Vw *, and supplies it to the permanent magnet synchronous motor MOT. Then, the output torque of the permanent magnet synchronous motor MOT is varied.
電流検出器SIは、永久磁石同期モータMOTの3相の交流電流Iu、Iv、Iwを検出する。 The current detector SI detects three-phase AC currents Iu, Iv, and Iw of the permanent magnet synchronous motor MOT.
位相検出器PDは、モータの位置θを検出できるレゾルバやエンコーダであり、位置検出値θdcを出力する
トルク指令設定部TSは、モータ制御装置100に対して、永久磁石同期モータMOTが出力するトルクの指令値であるトルク指令値τ*を出力する。トルク指令値τ*は、「零」を含む「正負極性」の値である。トルク指令設定部TSは、モータ制御装置100に対する上位の制御装置の内部に備えられる。
The phase detector PD is a resolver or encoder that can detect the position θ of the motor, and outputs a position detection value θdc. The torque command setting unit TS outputs the torque output from the permanent magnet synchronous motor MOT to the
モータ制御装置100は、座標変換部10と、速度演算部15と、トルク推定演算部20と、トルク修正演算部25と、d軸電流指令設定部40と、電流指令変換演算部45と、d軸電流制御演算部50と、q軸電流制御演算部55と、電圧ベクトル演算部60と、座標変換部65と、差演算部DF1,DF2,DF3,DF4とを備えている。
The
座標変換部10は、永久磁石同期モータMOTに供給される3相の交流電流Iu,Iv,Iwの電流検出器SIによる検出値である電流検出値Iuc,Ivc,Iwcと、位相演算部35によって推定された回転位相の推定値θdcとから、d軸およびq軸の電流検出値Idc,Iqcを出力する。
The coordinate
速度演算部15は、位置検出器PDによって検出された位置検出値θdcが入力され、PMモータ1の速度検出値ωを出力する。
The
トルク推定演算部20は、電圧ベクトル演算部60が出力する電圧指令値Vdc*,Vqc*と、速度推定演算部30によって推定された速度推定値ω^と、座標変換部10が出力する電流検出値Idc,Iqcとを用いて、出力トルクの推定演算を行い、トルク推定値τ^を出力する。
The torque
差演算部DF1は、トルク指令設定部TSが出力するトルク指令値τ*と、トルク推定演算部20が算出したトルク推定値τ^との偏差(τ*−τ^)を算出する。
The difference calculation unit DF1 calculates a deviation (τ * −τ ^) between the torque command value τ * output from the torque command setting unit TS and the estimated torque value τ ^ calculated by the torque
トルク修正演算部25は、差演算部DF1の出力である偏差(τ*−τ^)を比例・積分演算し、トルク指令の修正値Δτ*を出力する。
The torque
加算部AD1は、トルク指令設定部TSが出力するトルク指令値τ*と、トルク修正演算部25が出力するトルク指令の修正値Δτ*を加算する。
The adding unit AD1 adds the torque command value τ * output from the torque command setting unit TS and the correction value Δτ * of the torque command output from the torque
d軸電流指令設定部40は、「零」あるいは「負極性」の値であるd軸の電流指令値Id*を出力する。
The d-axis current
電流指令変換演算部45は、トルク指令設定部TSからのトルク指令値τ*と、d軸電流指令設定部40が出力するd軸の電流指令値Id*と、永久磁石同期モータMOTの電気定数(Ld,Lq,Ke)を用いて、q軸の電流指令値Iq*を算出する。ここで、電気定数(Ld,Lq,Ke)は、電流指令変換演算部45の内部に設定値として保持されている。電気定数(Ld,Lq,Ke)の値としては、本実施形態のモータ制御装置100によって駆動制御される永久磁石同期モータMOTの設計値を設定保持している。
The current command
差演算部DF2は、d軸電流指令設定部40が出力する第1のd軸の電流指令値Id*と、座標変換部10が出力する電流検出値Idcとの偏差(Id*−Idc)を算出する。
The difference calculation unit DF2 calculates a deviation (Id * −Idc) between the first d-axis current command value Id * output from the d-axis current
d軸電流制御演算部50は、差演算部DF2が算出した偏差(Id*−Idc)から、第2のd軸の電流指令値Id**を出力する。
The d-axis current
差演算部DF3は、電流指令変換演算部45が出力する第1のq軸の電流指令値Iq*と、座標変換部10が出力する電流検出値Iqcとの偏差(Iq*−Iqc)を算出する。
The difference calculation unit DF3 calculates a deviation (Iq * −Iqc) between the first q-axis current command value Iq * output from the current command
q軸電流制御演算部55は、差演算部DF3が算出した偏差(Iq*−Iqc)から、第2のq軸の電流指令値Iq**を出力する。
The q-axis current
電圧ベクトル演算部60は、d軸電流制御演算部50が出力する第2のd軸の電流指令値Id**と、q軸電流制御演算部55が出力する第2のq軸の電流指令値Iq**と、速度推定値ω^と、予め設定されている永久磁石同期モータMOTの電気定数(R,Ld,Lq,Ke)とに基づいて、d軸およびq軸の電圧指令値Vdc*,Vqc*をそれぞれ出力する。
The voltage
座標変換部65は、電圧ベクトル演算部60が出力する電圧指令値Vdc*,Vqc*と、位相演算部35が推定した回転位相の推定値θdcとから、3相交流の電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*をそれぞれ出力する。
The coordinate
すなわち、本実施形態では、モータに対するトルク指令値τ*から求められたq軸電流指令値Iq*及び設定されているd軸電流指令値Id*が、モータに電力変換器を介して供給される電流Iu,Iv,Iwに対するd軸及びq軸電流検出値dc,Iqcに一致するように、モータに供給される電流を制御している。以上のフィードバック制御により、モータのトルクがトルク指令値に一致するようにモータに供給される電流が制御される。但し、モータ定数に誤差があると、実際にモータから出力されるトルク値は、トルク指令値とは異なることになる。 That is, in this embodiment, the q-axis current command value Iq * obtained from the torque command value τ * for the motor and the set d-axis current command value Id * are supplied to the motor via the power converter. The current supplied to the motor is controlled so as to coincide with the d-axis and q-axis current detection values dc and Iqc with respect to the currents Iu, Iv and Iw. With the above feedback control, the current supplied to the motor is controlled so that the torque of the motor matches the torque command value. However, if there is an error in the motor constant, the torque value actually output from the motor will be different from the torque command value.
次に、本実施形態のモータ制御装置100の動作について説明するが、最初に、本実施形態の特徴である「トルク推定演算部20」及び「トルク修正演算部25」を用いない場合の制御方式の基本動作について説明する。
Next, the operation of the
電流指令変換演算部45において、トルク指令τ*とd軸の電流指令Id*およびPMモータMOTの電気定数を用いて、式(1)によりトルク指令τ*に見合ったq軸の電流指令Iq*を演算する。
In the current command
d軸の電流制御演算部50には、d軸の電流指令値Id*と電流検出値Idcが入力され、q軸の電流制御演算部55にはd軸の電流指令値Iq*と電流検出値Iqcが入力される。
The d-axis current
ここでは、d軸の電流制御演算部50及びq軸の電流制御演算部55は、式(2)に従い、電流指令値Id*,q*に、各成分の電流検出値Idc,Iqcが追従するよう、比例・積分演算を行い、第2のd軸およびq軸の電流指令値Id**,q**を出力する。
Here, the d-axis current
ここで、Kpd:d軸の電流制御の比例ゲイン、Kid:d軸の電流制御の積分ゲイン、Kpq:q軸の電流制御の比例ゲイン、Kiq:q軸の電流制御の積分ゲインである。 Here, Kpd: d-axis current control proportional gain, Kid: d-axis current control integral gain, Kpq: q-axis current control proportional gain, and Kiq: q-axis current control integral gain.
さらに、電圧ベクトル演算部60において、得られた第2の電流指令値Id**,Iq**とモータ定数(R,Ld,Lq,Ke)および速度検出値ωを用いて、式(3)に示す電圧指令値Vdc**、Vqc**を演算し、3相のPWMインバータの出力を制御する。
Further, in the voltage
ここで、モータ定数(R,Ld,Lq,Ke)は、電圧ベクトル演算部60の内部に設定値として保持されている。モータ定数(R,Ld,Lq,Ke)の値としては、本実施形態のモータ制御装置100によって駆動制御される永久磁石同期モータMOTの設計値を設定保持している。なお、実際に用いられる個々の永久磁石同期モータMOTのモータ定数(R,Ld,Lq,Ke)の値は、永久磁石同期モータMOTのモータ定数(R,Ld,Lq,Ke)の設計値とは異なるものであるが、両者の誤差、及び個々の永久磁石同期モータMOTのモータ定数(R,Ld,Lq,Ke)が経時変化することにより生じる設定値との誤差は、後述するトルク推定演算部20及び位相誤差指令演算部25を用いることにより、補償されるものである。
Here, the motor constants (R, Ld, Lq, Ke) are held as set values in the voltage
一方、レゾルバ,エンコーダ,磁極位置検出器などの位置検出器PDでは、モータの位置θを検出し、位置検出値θdcを得る。 On the other hand, a position detector PD such as a resolver, encoder, or magnetic pole position detector detects the motor position θ and obtains a position detection value θdc.
座標変換部10,65では、この位置検出値θdcを用いて、式(4)や式(5)に示す座標変換を行っている。
The coordinate
以上が、トルク推定演算部20、トルク修正演算部25を用いない場合の、トルク制御の基本動作である。
The above is the basic operation of torque control when the torque
次に、トルク推定演算部20、トルク修正演算部25を設けない場合の、制御特性について説明する。
Next, control characteristics when the torque
最初に、図2〜図5を用いて、「電流指令変換演算部45」と「電圧ベクトル演算部60」に設定するモータ定数の誤差がトルク制御特性におよぼす影響について説明する。
First, with reference to FIG. 2 to FIG. 5, an explanation will be given of the influence of the error of the motor constants set in the “current command
図2及び図4は、モータ定数の設定値に誤差がない場合の出力トルクの変動の説明図である。図3及び図5は、モータ定数の設定値に誤差がある場合の出力トルクの変動の説明図である。 2 and 4 are explanatory diagrams of fluctuations in the output torque when there is no error in the set values of the motor constants. 3 and 5 are explanatory diagrams of fluctuations in the output torque when there is an error in the set value of the motor constant.
各図(A)は、トルク指令τ*を100%ステップ変化させた場合の出力トルクτを示し、各図(B)は交流のモータ電流Iuを示す。 Each figure (A) shows the output torque τ when the torque command τ * is changed by 100% step, and each figure (B) shows the AC motor current Iu.
[1]Id*=0設定の場合
図1の制御装置において、d軸の電流指令Id*=0設定で、トルク指令τ*を100%ステップ変化させる動作を行う。
[1] When Id * = 0 is set In the control device of FIG. 1, the operation of changing the torque command τ * by 100% step is performed with the d-axis current command Id * = 0.
モータ定数の設定値に誤差がない場合は、図2に示すように、誤差がない理想の状態では、図2(B)に示すように、100%のu相の交流電流Iuを発生させているため、図2(B)に示すように、トルク指令τ*通り100%の出力トルクτを得ることができている。 When there is no error in the set value of the motor constant, as shown in FIG. 2, in an ideal state with no error, a 100% u-phase AC current Iu is generated as shown in FIG. Therefore, as shown in FIG. 2 (B), 100% output torque τ can be obtained according to the torque command τ *.
モータ定数の設定値に誤差がある場合は、ここでは、Lq*>Lq、Ke*>Keの関係で誤差を与えている。 If there is an error in the set value of the motor constant, here, the error is given by the relationship of Lq *> Lq and Ke *> Ke.
図3(A)に示すように、トルク指令τ*を100%与えているが、出力トルクτは83%になっている。これは「電流指令変換演算部45」において、式(6)を演算する際、q軸の電流指令値Iq*が減少しているためである。その結果、図3(B)に示すように、u相の交流電流Iuが83%になっている。
As shown in FIG. 3A, the torque command τ * is given 100%, but the output torque τ is 83%. This is because the q-axis current command value Iq * is decreased when the equation (6) is calculated in the “current command
これは、式(6)の分母成分にKe*が含まれているため、Ke*に設定誤差が存在するとトルクに見合った電流を流すことができなくなる。 This is because Ke * is included in the denominator component of Equation (6), and if there is a setting error in Ke *, it becomes impossible to flow a current commensurate with the torque.
[2]最大トルク制御Id*<0設定の場合
次に、図1の制御装置において、d軸の電流指令Id*<0設定で、トルク指令τ*を100%ステップ変化させる動作を行う。
[2] Case of Maximum Torque Control Id * <0 Setting Next, in the control device of FIG. 1, an operation of changing the torque command τ * by 100% step is performed with the d-axis current command Id * <0 setting.
PMモータMOTの出力トルクτは式(7)である。 The output torque τ of the PM motor MOT is expressed by Equation (7).
この式(7)を展開すると、式(8)を得る。 When this equation (7) is expanded, equation (8) is obtained.
右辺の第1項は「磁石トルク成分」、第2項が「リラクタンストルク成分」である。d軸の電流指令Id*を数式(9)により発生させることで、リラクタンストルク成分を活用し、同一トルクにおいてモータ電流の最小化を行うことができる。 The first term on the right side is the “magnet torque component”, and the second term is the “reluctance torque component”. By generating the d-axis current command Id * according to Equation (9), the reluctance torque component can be utilized and the motor current can be minimized at the same torque.
モータ定数の設定値に誤差がない場合は、図4(A)に示すように、誤差がない理想の状態では、トルク指令τ*通り100%の出力トルクτを得ることができており、図4(B)に示すように、u相の交流電流Iuは88%になっている。すなわち、図2より少ない電流で同一トルクを出力することができている。 When there is no error in the set value of the motor constant, as shown in FIG. 4A, in an ideal state with no error, 100% output torque τ can be obtained according to the torque command τ *. As shown in FIG. 4B, the u-phase alternating current Iu is 88%. That is, the same torque can be output with less current than in FIG.
モータ定数の設定値に誤差がある場合は、Lq*>Lq、Ke*>Keの関係で誤差を与えている。この場合、図5(A)に示すように、トルク指令τ*を100%与えているが、出力トルクτは81%になっており、図3に比べて2%トルクが減少している。図5(B)に示すように、u相の交流電流Iuも74%に減少している。 If there is an error in the set value of the motor constant, the error is given by the relationship of Lq *> Lq and Ke *> Ke. In this case, as shown in FIG. 5A, the torque command τ * is given 100%, but the output torque τ is 81%, which is 2% less than that in FIG. As shown in FIG. 5B, the u-phase alternating current Iu is also reduced to 74%.
これは「電流指令変換演算部45」において、式(1)と式(9)を演算する際、分母成分にKe*とLq*が含まれているため、その設定誤差によりトルク指令τ*に見合ったd軸およびq軸の電流指令値を発生させることができていないためである。
This is because when the “current command
そこで本発明では、「トルク推定演算部20」、「トルク修正演算部25」を導入することで、トルク指令τ*通りの出力トルクτが得られる高精度なトルク制御を実現する。
Therefore, in the present invention, by introducing the “torque
次に、図6及び図7を用いて、本発明の第1の実施形態によるモータ制御装置において、「トルク推定演算部20」、「トルク修正演算部25」を用いた場合の、動作原理について説明する。
図6は、本発明の第1の実施形態によるモータ制御装置に用いるトルク推定演算部の動作説明図である。図7は、本発明の第1の実施形態によるモータ制御装置に用いるトルク修正演算部の動作説明図である。
Next, with reference to FIGS. 6 and 7, the operation principle when the “torque
FIG. 6 is an operation explanatory diagram of a torque estimation calculation unit used in the motor control device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 7 is an operation explanatory diagram of the torque correction calculation unit used in the motor control device according to the first embodiment of the present invention.
モータの磁束軸から観た有効電力Pは式(10)となる。 The effective power P viewed from the magnetic flux axis of the motor is expressed by Equation (10).
また、制御の基準軸(dc−qc)上で演算する推定値P^は式(10)となる。 Further, the estimated value P ^ calculated on the control reference axis (dc-qc) is expressed by Equation (10).
図6に示す「トルク推定演算部20」では、この有効電力の推定値P^を用いて、 出力トルクτの推定演算を行う。
The “torque
ここで、「モータの磁束軸から観測する有効電力P」と「基準軸(dc−qc)上で演算する推定値P^」は一致することを利用して、トルク推定演算部20は、式(11)から、PMモータMOTの銅損成分であるR×(Idc2+Iqc2)を減算し、その演算値を速度検出値ωで除算した後、定数((3/2)×Pm)を乗じる式(12)の演算を行うことで、式(7)の出力トルクτを高精度に推定することができる。 Here, using the fact that “the effective power P observed from the magnetic flux axis of the motor” and “the estimated value P ^ calculated on the reference axis (dc−qc)” coincide, From (11), R × (Idc2 + Iqc2), which is a copper loss component of the PM motor MOT, is subtracted, and the calculated value is divided by the speed detection value ω, and then multiplied by a constant ((3/2) × Pm) ( By performing the calculation of 12), the output torque τ of Expression (7) can be estimated with high accuracy.
また、図7に示す「トルク指令修正部25」においては、トルク指令τ*に出力トルク推定値τ^が追従するように、τ*とτ^の偏差に積分ゲインAを乗じて積分演算(あるいは比例+積分演算でも良い)を行い、トルク指令の修正値Δτ*を作成する。
In addition, in the “torque
この修正値Δτ*を上位から与えられる第1のトルク指令値τ*に加算して、新しい第2のトルク指令値τ**を演算し、電流指令変換演算部45において、式(1)によりq軸の電流指令値Iq*の演算を行う。
The correction value Δτ * is added to the first torque command value τ * given from the upper level to calculate a new second torque command value τ **. In the current command
このようなフィードバック・ループを組むことで、高精度なトルク制御を実現することができる。 By constructing such a feedback loop, highly accurate torque control can be realized.
ここで、図8及び図9を用いて、本実施形態における出力トルクの変動について説明する。
図8及び図9は、本発明の第1の実施形態によるモータ制御装置を用いたモータ駆動システムにおける出力トルクの変動の説明図である。
Here, the fluctuation | variation of the output torque in this embodiment is demonstrated using FIG.8 and FIG.9.
8 and 9 are explanatory diagrams of fluctuations in output torque in the motor drive system using the motor control device according to the first embodiment of the present invention.
各図(A)は、トルク指令τ*を100%ステップ変化させた場合の出力トルクτを示し、各図(B)は交流のモータ電流Iuを示す。 Each figure (A) shows the output torque τ when the torque command τ * is changed by 100% step, and each figure (B) shows the AC motor current Iu.
本発明を用いた場合のトルク制御特性について説明する。 The torque control characteristics when the present invention is used will be described.
図1の制御装置において、「電流指令変換演算部45」と「電圧ベクトル演算部60」に設定するモータ定数の設定値(Lq*,Ke*)に、Lq*>Lq、Ke*>Keの関係で誤差を与えている(図2、図3と同条件)。
In the control device of FIG. 1, the set values of the motor constants (Lq *, Ke *) set in the “current command
[1]Id*=0設定の場合
図8には、トルク指令τ*を100%ステップ変化させた場合の出力トルクτとu相の交流電流Iuの関係を示す。時刻t1において、トルク指令修正の制御動作を実行している。図2の場合と同様に、図8(A)に示すように、τ*を100%与えている。時刻t1から「破線」で示す第2のトルク指令値τ**は定常的に120%発生しており、トルク指令値の大きさを修正することで、トルク指令τ*通りの出力トルク100%を実現できている。
[1] When Id * = 0 is set FIG. 8 shows the relationship between the output torque τ and the u-phase AC current Iu when the torque command τ * is changed by 100% step. At time t1, a torque command correction control operation is executed. Similar to the case of FIG. 2, 100% of τ * is given as shown in FIG. The second torque command value τ ** indicated by the “broken line” from time t1 is constantly generated by 120%, and by correcting the magnitude of the torque command value, the output torque is 100% according to the torque command τ *. Has been realized.
[2]最大トルク制御Id*<0設定の場合
図9には、トルク指令τ*を100%ステップ変化させた場合の出力トルクτとu相の交流電流Iuの関係を示す。
[2] When Maximum Torque Control Id * <0 Setting FIG. 9 shows the relationship between the output torque τ and the u-phase AC current Iu when the torque command τ * is changed by 100% step.
図5の場合と同様に、τ*を100%与えている。時刻t1から「破線」で示す第2のトルク指令値τ**は定常的に123%発生しており、トルク指令値の大きさを修正することで、トルク指令τ*通りの出力トルク100%を実現できている。 As in the case of FIG. 5, τ * is given 100%. The second torque command value τ ** indicated by the “broken line” from time t1 is constantly generated by 123%, and by correcting the magnitude of the torque command value, the output torque is 100% according to the torque command τ *. Has been realized.
つまり、PMモータMOTのモータ定数の設定誤差に対してロバスト化することができている。 In other words, the motor constant setting error of the PM motor MOT can be made robust.
次に、図10を用いて、本実施形態によるモータ制御装置に用いるトルク推定演算部の他の構成について説明する。
図10は、本発明の第1の実施形態によるモータ制御装置に用いるトルク推定演算部の他の構成の説明図である。
Next, another configuration of the torque estimation calculation unit used in the motor control device according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 10 is an explanatory diagram of another configuration of the torque estimation calculation unit used in the motor control device according to the first embodiment of the present invention.
図6に示したでは、トルク推定演算部20は、d軸およびq軸の電圧指令値と電流検出値を用いて推定演算を行ったが、その代わりに、図10に示す構成にしてもよいものである。すなわち、トルク推定演算部20aでは、3相の電圧指令値(Vu*,Vv*,Vw*)と3相の電流検出値(Iuc,Ivc,Iwc)を用いて、出力トルクτの推定演算を行う。
In FIG. 6, the torque
式(13)の演算を行うことでも式(12)と同等に出力トルクτを高精度に推定することができる。 By calculating the equation (13), the output torque τ can be estimated with high accuracy as in the equation (12).
以上説明したように、本実施形態によれば、有効電力値から演算したトルク推定値が、上位から与えられるトルク指令値に一致するように、新しい第2のトルク指令値を演算することで、オンライン的に補償を行いトルク指令値通りの出力トルクを実現できるものとなる。このように、モータ定数の設定誤差も含めて補償して、高精度なトルク制御が可能となる。 As described above, according to the present embodiment, by calculating the new second torque command value so that the estimated torque value calculated from the active power value matches the torque command value given from the upper level, Compensation can be performed online, and output torque can be achieved according to the torque command value. In this way, it is possible to compensate for the motor constant setting error and perform highly accurate torque control.
次に、図11及び図12を用いて、本発明の第2の実施形態によるモータ制御装置の構成及び動作について説明する。
図11は、本発明の第2の実施形態によるモータ制御装置を用いたモータ駆動システムの構成について説明する。図12は、本発明の第2の実施形態によるモータ制御装置に用いるトルク推定演算部の動作説明図である。
Next, the configuration and operation of the motor control device according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 11 and 12.
FIG. 11 illustrates the configuration of a motor drive system using a motor control device according to the second embodiment of the present invention. FIG. 12 is an operation explanatory diagram of the torque estimation calculation unit used in the motor control device according to the second embodiment of the present invention.
本実施形態のモータ制御装置100aが、図1に示したモータ制御装置100と相違する点は、図1のモータ制御装置100におけるトルク推定演算部20に代えて、トルク推定演算部20bを備えるようにした点である。
The
直流電源Bは、電力変換器INVに直流電圧を供給し、直流電圧EDCと直流電流IDCをトルク推定演算部20bに出力する。
The DC power supply B supplies a DC voltage to the power converter INV, and outputs a DC voltage EDC and a DC current IDC to the torque
トルク推定演算部20bは、電力変換器の情報(EDC,IDC)と、d軸およびq軸の電流検出値(Idc,Iqc)と、速度推定値τ^を用いて、出力トルクτ^の推定演算を行う。
The torque
式(14)の演算を行うことで、式(12)と同等に式(7)の出力トルクτを高精度に推定することができる。 By performing the calculation of the equation (14), the output torque τ of the equation (7) can be estimated with high accuracy in the same manner as the equation (12).
本実施形態によっても、高精度なトルク制御が可能となる。 Also according to the present embodiment, highly accurate torque control is possible.
次に、図13〜図14を用いて、本発明の第3の実施形態によるモータ制御装置の構成及び動作について説明する。
図13は、本発明の第3の実施形態によるモータ制御装置を用いたモータ駆動システムの構成について説明する。図14は、本発明の第3の実施形態によるモータ制御装置の動作説明図である。
Next, the configuration and operation of the motor control device according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 13 illustrates the configuration of a motor drive system using a motor control device according to the third embodiment of the present invention. FIG. 14 is an explanatory diagram of the operation of the motor control device according to the third embodiment of the present invention.
本実施形態のモータ制御装置100bが、図1に示したモータ制御装置100と相違する点は、図1のモータ制御装置100における位置検出器PDを用いないセンサレス方式であり、図1のモータ制御装置100における位置検出器PD,速度演算部15に代えて、位相誤差推定演算部17,速度推定演算部30,位相演算部35を備えるようにした点である。
The motor control device 100b of this embodiment is different from the
位相誤差推定演算部17は、電圧指令値Vdc*、Vqc*と電流検出値Idc、Iqcと速度検出値ωおよびモータ定数に基づいて、位置推定値θdc^とPMモータMOTの位置θの偏差である位相誤差Δθ(=θdc^−θ)の推定演算を行う。 Based on the voltage command values Vdc *, Vqc *, the current detection values Idc, Iqc, the speed detection value ω, and the motor constant, the phase error estimation calculation unit 17 calculates the deviation between the position estimation value θdc ^ and the position θ of the PM motor MOT. An estimation calculation of a certain phase error Δθ (= θdc ^ −θ) is performed.
電圧指令値Vdc*、Vqc*と電流検出値Idc、Iqcと速度検出値ωおよびモータ定数に基づいて、位置推定値とモータの位置の偏差である位相誤差Δθcを式(15)により演算する。 Based on the voltage command values Vdc *, Vqc *, the current detection values Idc, Iqc, the speed detection value ω, and the motor constant, a phase error Δθc, which is a deviation between the position estimation value and the motor position, is calculated by Equation (15).
速度推定演算部30は、位相誤差の推定値Δθcを「ゼロ」にするように、速度推定値ω^の推定演算を行う。
The speed
位相演算35は、速度推定値ω^を積分し、位置推定値θdc^の推定演算を行う。このような位置センサレス制御方式でも前記実施例と同様に動作する。
The
図1の制御装置において、「電流指令変換演算部45」と「電圧ベクトル演算部60」に設定するモータ定数の設定値(Lq*、Ke*)に、Lq*>Lq、Ke*>Keの関係で誤差を与えている(図9と同条件)。
In the control device of FIG. 1, the set values of the motor constants (Lq *, Ke *) set in the “current command
図14は、最大トルク制御(Id*< 0設定)において、トルク指令τ*を100%ステップ変化させた場合の出力トルクτとu相の交流電流Iuの関係を示している。 FIG. 14 shows the relationship between the output torque τ and the u-phase AC current Iu when the torque command τ * is changed by 100% step in the maximum torque control (Id * <0 setting).
時刻t1から「破線」で示す第2のトルク指令値τ**は定常的に125%発生しており、トルク指令値の大きさを修正することで、位置センサレス制御時でもトルク指令τ*通りの出力トルク100%を達成することができている。 The second torque command value τ ** indicated by the “broken line” from time t1 is constantly generated by 125%. By correcting the magnitude of the torque command value, the torque command value τ * can be obtained even during position sensorless control. The output torque of 100% can be achieved.
以上説明したように、センサレスの場合には、本実施形態によっても、高精度なトルク制御が可能となる。 As described above, in the case of sensorless, highly accurate torque control is possible also by this embodiment.
なお、以上の各実施形態では、第1のトルク指令τ*とトルク指令の修正値Δτ*を加算して第2のトルク指令τ**を作成したが、第1のトルク指令τ*を加算せずトルク指令の修正値Δτ*を直接第2のトルク指令τ**としても良い。 In each of the above embodiments, the first torque command τ * and the correction value Δτ * of the torque command are added to create the second torque command τ **. However, the first torque command τ * is added. Instead, the correction value Δτ * of the torque command may be directly used as the second torque command τ **.
また、各実施形態では、第1の電流指令値Id*、Iq*と電流検出値Idc、Iqcから第2の電流指令値Id**、Iq**を作成して、この電流指令値を用いてベクトル制御演算を行った。 In each embodiment, the second current command values Id ** and Iq ** are generated from the first current command values Id * and Iq * and the current detection values Idc and Iqc, and the current command values are used. The vector control operation was performed.
それに対して、第1の電流指令値Id*、Iq*と電流検出値Idc、Iqcの偏差を比例+積分演算して、電圧補正値ΔVd*、ΔVq*を作成し、この電圧補正値ΔVd*、ΔVq*と、第1の電流指令値Id*、Iq*、速度検出値ω、PMモータMOTのモータ定数を用いて、式(16)に従い電圧指令値Vdc*、Vqc*を演算するベクトル制御演算方式を適用することもできる。 On the other hand, the voltage correction values ΔVd * and ΔVq * are generated by performing a proportional + integral calculation on the deviation between the first current command values Id * and Iq * and the current detection values Idc and Iqc, and this voltage correction value ΔVd *. , ΔVq *, first current command values Id *, Iq *, speed detection value ω, and motor constants of PM motor MOT, vector control for calculating voltage command values Vdc *, Vqc * according to equation (16) An arithmetic method can also be applied.
また、第1のd軸の電流指令Id*=0およびq軸の電流検出値Iqcの一次遅れ信号Iqctdおよび速度指令値ω*、モータMOTのモータ定数を用いて、式(17)に従い電圧指令値Vdc*、Vqc*を演算するベクトル制御演算方式にも適用することはできる。 Further, the voltage command according to the equation (17) using the first d-axis current command Id * = 0, the first-order lag signal Iqctd of the q-axis current detection value Iqc, the speed command value ω *, and the motor constant of the motor MOT. The present invention can also be applied to a vector control calculation method for calculating values Vdc * and Vqc *.
また、各実施形態では、高価な電流検出器PDで検出した3相の交流電流Iu〜Iwを検出する方式であったが、電力変換器INVの過電流検出用に取り付けているワンシャント抵抗に流れる直流電流IDCから、3相のモータ電流Iu^、Iv^、Iw^を再現し、この再現電流値を用いる「低コストな電動車輌システム」にも対応することができる。 In each embodiment, the three-phase alternating currents Iu to Iw detected by the expensive current detector PD are detected. However, the one-shunt resistor attached for detecting the overcurrent of the power converter INV is used. The three-phase motor currents Iu ^, Iv ^, Iw ^ are reproduced from the flowing direct current IDC, and the "low-cost electric vehicle system" using this reproduced current value can be dealt with.
次に、図15及び図16を用いて、本発明の各実施形態によるモータ制御装置を適用する作業機械の構成について説明する。
図15及び図16は、本発明の各実施形態によるモータ制御装置を適用する作業機械の構成図である。
Next, the configuration of a work machine to which the motor control device according to each embodiment of the present invention is applied will be described with reference to FIGS. 15 and 16.
15 and 16 are configuration diagrams of a work machine to which the motor control device according to each embodiment of the present invention is applied.
図15は、作業機械の一例として、ホイルローダの構成を示している。 FIG. 15 shows a configuration of a wheel loader as an example of a work machine.
本例のホイールローダ201は、車両の中心あたりで中折れしてステアリングをきるアーティキュレートタイプの車両であり、プロペラシャフトの中折れする部分にセンタージョイント(CJ)15が組み込まれていると共に、このセンタージョイント15より前側のフロントフレーム50と後側のリアフレーム60とを有している(図13参照)。そして、センタージョイント(CJ)15を挟んで前後のプロペラシャフトのそれぞれに、走行用電動機として第1の電動機(M1)と、第2の電動機(M2)が配置されている。走行用電動機が回転すると、その動力はプロペラシャフトへと伝達され、ディファレンシャルギヤ(Dif)およびギヤ(G)を介して車輪13が回転駆動するのである。
The
また、エンジンを駆動すると油圧ポンプが作動し、この油圧ポンプから圧油が油圧作業装置(作業装置)5へと供給される。油圧作業装置5に供給された圧油は、制御弁C/Vを介してバケット、リフト、ステアリングへと供給されており、図示しない運転室からオペレータが操作レバー等を操作することにより、バケット、リフト、ステアリングは所定の動作を行うことができるようになっている。
Further, when the engine is driven, a hydraulic pump is operated, and pressure oil is supplied from this hydraulic pump to a hydraulic working device (working device) 5. The pressure oil supplied to the
モータ制御装置により制御される永久磁石同期モータMOTは、車輪を駆動する走行駆動用モータと、エンジンをアシストするアシストモータである。走行駆動用モータは、レゾルバ等の位置検出器PDを用いている。そのため、走行駆動用モータを制御するモータ制御装置としては、図1に示したモータ制御装置100や図11に示したモータ制御装置100aが用いられる。アシストモータは、位置検出器PDを用いていないものである。そのため、アシストモータを制御するモータ制御装置としては、図13に示したモータ制御装置100bが用いられる。
The permanent magnet synchronous motor MOT controlled by the motor control device is a travel drive motor that drives wheels and an assist motor that assists the engine. The travel drive motor uses a position detector PD such as a resolver. Therefore, the
また、別の例として、走行駆動用モータを制御するモータ制御装置や、アシストモータを制御するモータ制御装置としては、それぞれ、図1に示したモータ制御装置100や図11に示したモータ制御装置100aを用いることもできる。
As another example, as a motor control device that controls a motor for driving and a motor control device that controls an assist motor, the
図16は、作業機械の他の例として、油圧ショベル301の構成を示している。
FIG. 16 shows a configuration of a
建設機械としてのクローラ式の油圧ショベル301は、自走可能な下部走行体302と、該下部走行体302上に旋回可能に搭載され、該下部走行体302と共に車体を構成する上部旋回体303と、該上部旋回体303の前側に俯仰動可能に設けられ、土砂の掘削作業等を行なう作業装置304とにより大略構成されている。上部旋回体303の旋回フレーム305は、支持構造体からなる車体フレームとして構成されている。
A crawler type
モータ制御装置により制御される永久磁石同期モータMOTは、下部走行体302に対して上部旋回体303を旋回させるための旋回モータと、エンジンをアシストするアシストモータである。旋回モータは、レゾルバ等の位置検出器PDを用いている。そのため、旋回モータを制御するモータ制御装置としては、図1に示したモータ制御装置100や図11に示したモータ制御装置100aが用いられる。アシストモータは、位置検出器PDを用いていないものである。そのため、アシストモータを制御するモータ制御装置としては、図13に示したモータ制御装置100bが用いられる。
The permanent magnet synchronous motor MOT controlled by the motor control device is a turning motor for turning the
また、別の例として、旋回モータを制御するモータ制御装置や、アシストモータを制御するモータ制御装置としては、それぞれ、図1に示したモータ制御装置100や図11に示したモータ制御装置100aを用いることができる。
As another example, as a motor control device for controlling a turning motor and a motor control device for controlling an assist motor, the
10,65…座標変換部
15…速度演算部
17…位相誤差推定演算部
20、20a、20b…トルク推定演算部
25…トルク修正演算部
30…速度推定演算部
35…位相演算部
40…d軸電流指令設定部
45…電流指令変換演算部
50…d軸電流制御演算部
55…q軸電流制御演算部
60…電圧ベクトル演算部
100,100a,100b…モータ制御装置
B…直流電源
INV…電力変換器
MOT…永久磁石同期電動機
PD…位置検出器
SI…電流検出器
TS…トルク指令設定部
DESCRIPTION OF
Claims (12)
永久磁石同期電動機のトルク制御を行うモータ制御装置であって、
前記制御部は、上位制御装置から与えられる第1のトルク指令値に前記電力変換器の電力情報から求めたトルク推定値が一致するように、第2のトルク指令値を演算し、
該第2のトルク指令値に従いトルク制御を行うことを特徴とするモータ制御装置。 The current command value obtained from the torque command value for the permanent magnet synchronous motor is supplied to the permanent magnet synchronous motor so that it matches the current detection value for the current supplied to the permanent magnet synchronous motor via a power converter. A control unit for controlling the current to be generated,
A motor control device that performs torque control of a permanent magnet synchronous motor,
The control unit calculates a second torque command value so that a torque estimation value obtained from power information of the power converter matches a first torque command value given from a host controller,
A motor control device that performs torque control according to the second torque command value.
前記永久磁石同期電動機の磁極位置を検出する位置検出器を備え、
前記制御部は、該位置検出器によって検出された磁極位置から算出された速度検出値と、前記第2のトルク指令値から求めたd軸およびq軸の電流指令値と、電流検出値と、モータ定数の設定値とに従い、d軸およびq軸の電圧指令値の演算を行い、前記電力変換器の出力電圧を制御することを特徴とするモータ制御装置。 The motor control device according to claim 1,
A position detector for detecting the magnetic pole position of the permanent magnet synchronous motor;
The control unit includes a speed detection value calculated from the magnetic pole position detected by the position detector, d-axis and q-axis current command values obtained from the second torque command value, a current detection value, A motor control device characterized in that a d-axis and q-axis voltage command value is calculated according to a set value of a motor constant to control an output voltage of the power converter.
前記制御部は、前記第2のトルク指令値から求めたd軸およびq軸の電流指令値と、電流検出値と、速度推定値と、モータ定数の設定値とに従い、d軸およびq軸の電圧指令値の演算を行い、電力変換器の出力電圧を制御し、
前記速度推定値を積分して求めた回転位相推定値と前記永久磁石同期電動機の回転位相値との偏差である位相誤差が位相誤差の指令値に一致するように前記速度推定値を演算することを特徴とするモータ制御装置。 The motor control device according to claim 1,
The control unit determines the d-axis and q-axis current commands in accordance with the d-axis and q-axis current command values obtained from the second torque command value, the detected current value, the estimated speed value, and the set value of the motor constant. Calculate the voltage command value, control the output voltage of the power converter,
Calculating the estimated speed value so that a phase error, which is a deviation between a rotational phase estimated value obtained by integrating the estimated speed value and a rotational phase value of the permanent magnet synchronous motor, coincides with a phase error command value; A motor control device.
前記制御部は、前記トルク推定値を算出するトルク推定値演算部を備え、
該トルク推定値演算部は、
d軸の電圧指令値と電流検出値の乗算値とq軸の電圧指令値と電流検出値の乗算値とを加算した第1の電力信号から、d軸およびq軸の電流検出値をそれぞれ2乗した加算値に前記永久磁石同期電動機の抵抗値を乗じた第2の電力信号を減算し、
該減算値を速度推定値で除算した結果に定数を乗じて前記トルク推定値を算出することを特徴とするモータ制御装置。 In the motor control device according to claim 2 or claim 3,
The control unit includes a torque estimated value calculation unit that calculates the torque estimated value,
The estimated torque calculation unit
From the first power signal obtained by adding the multiplication value of the d-axis voltage command value and the current detection value, and the multiplication value of the q-axis voltage command value and the current detection value, the d-axis and q-axis current detection values are each 2 Subtracting a second power signal obtained by multiplying the added value multiplied by the resistance value of the permanent magnet synchronous motor;
A motor control apparatus, wherein the torque estimated value is calculated by multiplying a result obtained by dividing the subtracted value by a speed estimated value by a constant.
前記制御部は、前記トルク推定値を算出するトルク推定値演算部を備え、
該トルク推定値演算部は、
前記電力変換器の直流電圧と直流電流を乗算した結果に定数を乗じた第1の電力信号から、3相の電流検出値を各相毎に2乗した加算値にモータの抵抗値を乗じた第2の電力信号を減算し、
該減算値を速度推定値で除算した結果に定数を乗じて前記トルク推定値を算出することを特徴とするモータ制御装置。 In the motor control device according to claim 2 or claim 3,
The control unit includes a torque estimated value calculation unit that calculates the torque estimated value,
The estimated torque calculation unit
From the first power signal obtained by multiplying the result obtained by multiplying the direct current voltage and direct current of the power converter by a constant, the resistance value of the motor is multiplied by the addition value obtained by squaring the three-phase current detection value for each phase. Subtract the second power signal;
A motor control apparatus, wherein the torque estimated value is calculated by multiplying a result obtained by dividing the subtracted value by a speed estimated value by a constant.
前記制御部は、前記トルク推定値を算出するトルク推定値演算部を備え、
該トルク推定値演算部は、
前記電力変換器の直流電圧と直流電流を乗算した結果に定数を乗じた第1の電力信号から、d軸およびq軸の電流検出値をそれぞれ2乗し、
それらを加算した値に、前記永久磁石同期電動機の抵抗値を乗じた第2の電力信号を減算し、
該減算値を速度推定値で除算した結果に、定数を乗じて前記トルク推定値を算出することを特徴とするモータ制御装置。 In the motor control device according to claim 2 or claim 3,
The control unit includes a torque estimated value calculation unit that calculates the torque estimated value,
The estimated torque calculation unit
From the first power signal obtained by multiplying the result obtained by multiplying the direct current voltage and direct current of the power converter by a constant, the d-axis and q-axis current detection values are squared, respectively.
Subtracting the second power signal obtained by multiplying the sum of the values by the resistance value of the permanent magnet synchronous motor,
A motor control apparatus, wherein the torque estimated value is calculated by multiplying a result obtained by dividing the subtracted value by a speed estimated value by a constant.
前記上位制御装置から与えられる前記第1のトルク指令値とトルク出力値の偏差は、永久磁石同期電動機の電流値の2乗に比例し、電動機速度に反比例することを特徴とするモータ制御装置。 The motor control device according to claim 1,
The motor control device characterized in that a deviation between the first torque command value and the torque output value given from the host control device is proportional to the square of the current value of the permanent magnet synchronous motor and inversely proportional to the motor speed.
直流を3相交流に変換し、前記永久磁石同期電動機に供給して、前記永久磁石同期電動機の出力トルクを可変する電力変換器と、
前記永久磁石同期電動機に対するトルク指令値から求められた電流指令値が、前記永久磁石同期電動機に前記電力変換器を介して供給される電流に対する電流検出値に一致するように、前記永久磁石同期電動機に供給される電流を制御する制御部を有する作業機械であって、
前記制御部は、上位制御装置から与えられる第1のトルク指令値に前記電力変換器の電力情報から求めたトルク推定値が一致するように、第2のトルク指令値を演算し、
該第2のトルク指令値に従いトルク制御を行うことを特徴とする作業機械。 A permanent magnet synchronous motor,
A power converter that converts direct current into three-phase alternating current and supplies the permanent magnet synchronous motor to vary the output torque of the permanent magnet synchronous motor;
The permanent magnet synchronous motor is configured such that a current command value obtained from a torque command value for the permanent magnet synchronous motor matches a current detection value for a current supplied to the permanent magnet synchronous motor via the power converter. A work machine having a control unit for controlling the current supplied to
The control unit calculates a second torque command value so that a torque estimation value obtained from power information of the power converter matches a first torque command value given from a host controller,
A work machine that performs torque control according to the second torque command value.
前記作業機械は、ホイルローダであり、
該ホイルローダは、前記永久磁石同期電動機として、車輪を駆動する走行駆動用モータと、エンジンをアシストするアシストモータとを備え、
前記走行駆動用モータを制御するモータ制御装置は、請求項2記載の制御部を備え、
前記アシストモータを制御するモータ制御装置は、請求項3記載の制御部を備えることを特徴とする作業機械。 The work machine according to claim 8,
The work machine is a wheel loader,
The wheel loader includes, as the permanent magnet synchronous motor, a driving motor for driving wheels and an assist motor for assisting the engine,
A motor control device for controlling the travel drive motor includes the control unit according to claim 2,
A motor control device that controls the assist motor includes the control unit according to claim 3.
前記作業機械は、ホイルローダであり、
該ホイルローダは、前記永久磁石同期電動機として、車輪を駆動する走行駆動用モータと、エンジンをアシストするアシストモータとを備え、
前記走行駆動用モータを制御するモータ制御装置及び前記アシストモータを制御するモータ制御装置は、請求項2記載の制御部を備えることを特徴とする作業機械。 The work machine according to claim 8,
The work machine is a wheel loader,
The wheel loader includes, as the permanent magnet synchronous motor, a driving motor for driving wheels and an assist motor for assisting the engine,
A motor control device for controlling the driving motor and a motor control device for controlling the assist motor include the control unit according to claim 2.
前記作業機械は、油圧ショベルであり、
該油圧ショベルは、前記永久磁石同期電動機として、下部走行体に対して上部旋回体を旋回させる旋回モータと、エンジンをアシストするアシストモータとを備え、
前記旋回モータを制御するモータ制御装置は、請求項2記載の制御部を備え、
前記アシストモータを制御するモータ制御装置は、請求項3記載の制御部を備えることを特徴とする作業機械。 The work machine according to claim 8,
The work machine is a hydraulic excavator,
The hydraulic excavator includes, as the permanent magnet synchronous motor, a turning motor that turns the upper turning body with respect to the lower traveling body, and an assist motor that assists the engine,
A motor control device for controlling the swing motor includes the control unit according to claim 2,
A motor control device that controls the assist motor includes the control unit according to claim 3.
前記作業機械は、油圧ショベルであり、
該油圧ショベルは、前記永久磁石同期電動機として、下部走行体に対して上部旋回体を旋回させる旋回モータと、エンジンをアシストするアシストモータとを備え、
前記旋回モータを制御するモータ制御装置及び前記アシストモータを制御するモータ制御装置は、請求項2記載の制御部を備えることを特徴とする作業機械。 The work machine according to claim 8,
The work machine is a hydraulic excavator,
The hydraulic excavator includes, as the permanent magnet synchronous motor, a turning motor that turns the upper turning body with respect to the lower traveling body, and an assist motor that assists the engine,
A motor control device that controls the swing motor and a motor control device that controls the assist motor include the control unit according to claim 2.
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