回転座標、ベクトル制御

WO2013057614
"The sinusoidal voltage waveforms generated in the electric motor by the control devices 80 under the control of a motor controller (not shown) are created using Field Orientation Control, where the resultant rotor flux and stator currents are represented by respective vectors which are separated by 120 degrees as illustrated in Figure 8 by the three axis A, B, C.

As illustrated in Figure 8, currents ia, ib, ic represent the instantaneous current in the respective stator coils in the A, B, and C axis of a three phase current reference frame, where the stator current vector is defined by

ts = ia + atb+a*ie f where a = e <( i>*<2>*<n/ 3 )> .

Field Oriented Control is based on projections that transform a three phase time and speed dependent system into a two co-ordinate time invariant system, where a stator current or voltage component is aligned with a quadrature axis q and a magnetic flux component is aligned with a direct axis d.

Using a closed loop control system, an example of one being illustrated in Figure 9, a required torque τ, which is represented by an input iq value, and a required magnetic flux λ, which is represented by an input id value, are compared with actual values measured from the electric motor.

It should be noted, however, that under normal circumstances a permanent magnet synchronous electric motor will typically have id set to zero.

The closed loop control system 100 illustrated in Figure 9 performs a comparison of a required torque value with measured values and performs the associated voltage and current control required to drive the electric motor using Park and Clarke Transforms.

A Clarke Transform 101 uses measured values of at least two of the three phase voltage va, vb, and vc that are used to drive the electric motor to calculate voltages in a two phase orthogonal stator axis va and νβ . A Park transformation is then performed by a Park Transform 102 to transform the two fixed co-ordinate stator axis va and νβ to a two co-ordinate time invariant system vd and vq, which defines a d, q rotating reference frame. Figure 10 illustrates the relationship of the stator voltage in the d, q rotating reference frame with respect to the two phase orthogonal stator axis v and νβ and the a, b and c stationary reference frame."

  モーター制御器（不図示）の制御下にある制御装置80によって電気モーターに生じる正弦電圧波形は、ベクトル制御を使用して作成され、生じたローター磁束及びステーター電流は、図8に示するように、3つの軸A、B、Cによって120度離れた各ベクトルによって表される。
【００５２】
  図8に示すように、電流ia、ib、icは、三相電流座標系のA、B及びC軸のそれぞれのステーターコイルの瞬間電流を表し、ステーター電流ベクトルは、is=ia+αib+α2ic (α=e(i*2*Π/3))と、規定される。
【００５３】
  ベクトル制御は、三相時間及び速度依存系を二座標の時不変系に変換する投影に基づくものであり、ステーター電流又は電圧成分は横軸qに配置し、磁束成分は直軸dに配置する。
【００５４】
  閉回路制御システム(図9に示すものは一例)を用いて、必要トルクτ(入力iq値と表示)と必要磁束λ(入力id値と表示)を電気モーターから測定された実効値と比較する。
【００５５】
  しかしながら、正常な状況下では、永久磁石同期電気モーターは、一般的に、idがゼロにセットされている点に留意する必要がある。
【００５６】
  図9に示す閉回路制御システム100は、必要トルク値と測定値との比較を実行し、パーク及びクラーク変換を使用して電気モーターの駆動に必要な関連した電圧及び電流制御を実行する。
【００５７】
  クラーク変換101は、電気モーターの駆動に用いる三相電圧va、vb及びvcのうちの少なくとも2つの測定値を使用して、二相直角ステーター軸vα及びvβの電圧を算出する。そして、パーク変換をパーク変換102によって実行して、二固定座標のステーター軸vα及びvβを二座標の時不変系vd及びvq(d、q回転座標系を規定)に変換する。図10は、二相直交ステーター軸vα及びvβ並びにa、b及びc静止座標系に対するd、q回転座標系におけるステーター電圧の関係を図示する。

ベクトルエンジンとベクトル制御、e-ラーニング、東芝デバイス＆ストレージ株式会社

US2019214928
"[0035] The controller 100 controls the entire motor control system 1000, and controls the torque and rotational speed of the motor M by, for example, vector control. The motor M may be controlled by any closed loop control in addition to the vector control. The rotational speed is expressed by a number of revolutions (rpm) at which a rotor rotates per unit time (for example, one minute) or the number of revolutions (rps) at which the rotor rotates per unit time (for example, one second). The vector control is a method of decomposing a current flowing through a motor into a current component contributing to generation of a torque and a current component contributing to generation of a magnetic flux, and independently controlling the current components that are perpendicular to each other. For example, the controller 100 sets a target current value according to an actual current value measured by a plurality of current sensors 400 and a rotor angle estimated based on the actual current value. The controller 100 generates a pulse width modulation (PWM) signal, based on the target current value, and then outputs the PWM signal to the drive circuit 200."

コントローラ１００は、モータ制御システム１０００全体を制御し、例えばベクトル制御によってモータＭのトルクおよび回転速度を制御する。なお、モータＭは、ベクトル制御に限らず、他のクローズドループ制御によっても制御され得る。回転速度は、単位時間（例えば１分間）にロータが回転する回転数（ｒｐｍ）または単位時間（例えば１秒間）にロータが回転する回転数（ｒｐｓ）で表される。ベクトル制御は、モータに流れる電流を、トルクの発生に寄与する電流成分と、磁束の発生に寄与する電流成分とに分解し、互いに直交する各電流成分を独立に制御する方法である。コントローラ１００は、例えば、複数の電流センサ４００によって測定された実電流値、および実電流値に基づいて推定されたロータ角などに従って目標電流値を設定する。コントローラ１００は、その目標電流値に基づいてＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号を生成し、駆動回路２００に出力する。  

"[0065] The load angle unit 110 converts the currents Iα, Iβ into a current Id on a d-axis and a current Iq on a q-axis in a dq-rotating coordinate system using what is called a Park transformation used for the vector control and the like. The dq-rotating coordinate system refers to a rotating coordinate system that rotates together with a rotor. The load angle unit 110 calculates the load angle δ based on Equation (4) below. For example, the load angle δ is expressed by an angle between a complex magnetic flux vector (magnitude Ψ) and the d-axis in the dq-rotating coordinate system, and is an angle with a counterclockwise direction as a positive direction."

負荷角ユニット１１０はさらに、ベクトル制御などに用いられるいわゆるパーク変換を用いて、電流Ｉα、Ｉβを、ｄｑ回転座標系における、ｄ軸上の電流Ｉdおよびｑ軸上の電流Ｉqに変換する。ここで、ｄｑ回転座標系は、ロータと共に回転する回転座標系である。負荷角ユニット１１０は、下記の式（４）に基づいて負荷角δを演算する。負荷角δは、例えばｄｑ回転座標系において、錯交磁束ベクトル（大きさΨ）とｄ軸との間の角度で表され、反時計方向を正の方向とする角度である。

Vector Control (Motor), Wikipedia
"Vector control, also called field-oriented control (FOC), is a variable-frequency drive (VFD) control method in which the stator currents of a three-phase AC electric motor are identified as two orthogonal components that can be visualized with a vector. One component defines the magnetic flux of the motor, the other the torque. The control system of the drive calculates the corresponding current component references from the flux and torque references given by the drive's speed control. Typically proportional-integral (PI) controllers are used to keep the measured current components at their reference values. The pulse-width modulation of the variable-frequency drive defines the transistor switching according to the stator voltage references that are the output of the PI current controllers.^[1]

FOC is used to control AC synchronous and induction motors.^[2] It was originally developed for high-performance motor applications that are required to operate smoothly over the full speed range, generate full torque at zero speed, and have high dynamic performance including fast acceleration and deceleration. However, it is becoming increasingly attractive for lower performance applications as well due to FOC's motor size, cost and power consumption reduction superiority.^[3][4] It is expected that with increasing computational power of the microprocessors it will eventually nearly universally displace single-variable scalar volts-per-Hertz (V/f) control.^[5][6]"