ブラシレスDCモータの位置・速度センサレスベクトル制御

Abstract

The Brushless DC Motor (BLM) conventionally requires a position sensor to generate proper driving torque according to commanded rotor position. The position sensors such as rotary encoders and resolvers, however, increase cost and size of the motor and restrict industrial drive applications. Therefore, sensorless control schemes have recently received wide attention and been studied. This paper presents a new control strategy for sensorless drive of BLM. The rotor position is calculated form pseudo rotor position and rotor position error between actual and pseudo rotor position. The rotor position error cannot be detected directly, however, it can be estimated by the information of the instantaneous real and imaginary power which is calculated by the actual voltages and currents transformed to the pseudo axis. The pseudo rotor position is determined in the controller so that the position error with respect to actual rotor position can sufficiently be small. The rotor speed can also be calculated in a similar way. However, machine parameters, especially Electromotive Force (e.m.f.) constant variation influences the estimation algorithm for the rotor speed. Then, the e. m. f. constant is identified in addition to estimation of rotor position and speed. The e.m.f. constant is also identified from instantaneous real and imaginary power as the rotor position and speed are estimated. The control system consequently becomes very simple. Therefore, the proposed sensorless vector control scheme is insensitive to e.m.f. constant variations in the motor. The demonstration of the sensorless drive is shown in this paper with simulation results.

ブラシレスdcモータ(BLM)は、要求された回転子位置に適する駆動トルクを発生するためには位置センサを必要とするのが普通である。ロータリーエンコーダやレゾルバなどの位置センサはモータの高価格化、大型化をもたらし工業的用途を制限する。従って、センサレス制御法は近年広く注目され研究されてきた。本論文はBLMのセンサレス駆動に対する新しい制御方法を提案している。回転子位置は仮想回転子位置と、現実の回転子位置と仮想回転子位置間の回転子位置誤差から算出する。回転子位置誤差は直接検出できないが、仮想座標軸へ変換したた実電圧と実電流とから計算される瞬時実・虚電力の情報から推定することができる。仮想回転子位置は制御器において、実回転子位置との誤差が充分に小さくなるように決定する。回転子速度も同様の方法で計算する。しかし機械系パラメ-タ特に起電力(e.m.f)係数の変動は、回転子速度を推定するアルゴリズムに影響を与える。そこで、回転子位置および速度の推定に加えて起電力係数の同定を行う。起電力係数も回転子位置および速度の推定と同様に、瞬時実・虚電力から同定を行う。従って制御システムは非常に簡単になる。また、提案するセンサレスベクトル制御法はモータの起電力係数の変動の影響を受けない。センサレス駆動の実例をシミュレーションの結果により本報告で示した。