JP2000224879A - 電流検出信号の可変オフセット成分除去装置及びその方法 - Google Patents
電流検出信号の可変オフセット成分除去装置及びその方法Info
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Abstract
を除去できる電流検出信号の可変オフセット成分除去装
置及びその方法を提供する。 【解決手段】 電流検出器71は、交流モータから帰還
される3相電流を各々検出してオフセット成分を含む電
圧検出信号に変換し、差動増幅器72は、帰還されるア
ナログオフセット信号と前記オフセット成分を含む電圧
検出信号を差動増幅し、アナログ/デジタル変換器74
は、前記差動増幅されたアナログ信号をデジタル信号に
変換し、制御部75は、前記デジタル変換された信号を
加算して既設定されたオフセット命令信号に基づきデジ
タルオフセット成分を求め、これに伴う比例積分制御後
にパルス幅変調波形のデジタルオフセット信号を出力
し、デジタル/アナログ変換器76は、制御部75から
出力されるデジタルオフセット信号をアナログオフセッ
ト信号に変換して差動増幅器72に帰還させる。
Description
オフセット成分除去装置及びその方法に係り、特に3相
交流(AC)モータ制御に用いられる特定用途知能型パ
ワーモジュール(Application Specific Intelligent P
ower Module:以下、ASIPM)の電流検出信号に含
まれた可変電流オフセット成分を除去できる電流検出信
号の可変オフセット成分除去装置及びその方法に関す
る。
る最近に開発された素子であり、次世代電力素子として
注目されているが、何れかの形態の交流モータにASI
PMを使用する時には難しさがある。ASIPMに内蔵
された電流検出器の出力信号には変換する電流オフセッ
ト成分が含まれている。その結果、電流オフセット成分
はトルク低下とリップルなどの性能悪化をもたらすた
め、ASIPMを実際にある交流モータには適用し難
い。このようなACモータにおいて、前記オフセットは
残留偏差または定常偏差とも言い、急激な目標値の変化
や外乱が存在する場合、制御系が定常状態になった後も
目標値と外れた偏差を指し、前記リップルは整流回路で
交流を整流した場合に直流出力に残る交流分を指す。
のオフセット成分除去装置の構成図であって、従来の電
流検出信号のオフセット成分除去装置は、3相交流モー
タから帰還される3相電流と位相を検出して、オフセッ
ト成分が含まれた3相電圧検出信号、即ち電流検出信号
に変換するASIPM1を具備する。U相(phase)、
W相及びV相の合計が零(zero)になるので、前記U
相、W相が検出された後前記V相を求めることができ
る。前記ASIPM1は前記検出信号を出力増幅器2、
3を通じて中央処理処置(以下、CPU)4に出力す
る。前記出力増幅器2、3は前記CPU4の入力範囲に
適するように前記電圧検出信号の前記U相及びW相と電
流を増幅する。CPU4内のアナログ/デジタル変換器
(以下、A/D変換器)4aは前記増幅されたU相及び
W相信号をデジタル信号に変換する。前記CPU4は所
定のオフセット命令をU相及びW相デジタル信号に足す
多数の加算器4b、4c、4dを備えている。
のオフセット除去装置は、一般的に出力端CU、CWで
電圧検出信号に対応する二つの電流検出器と電流検出信
号を増幅させる増幅器2、3が必要であり、特殊な場合
三つの電流検出器と三つの増幅器が必要になる。増幅器
2、3を経た電流検出信号はCPU4に内蔵または外に
ついてあるA/D変換器4aに出力される。ASIPM
1は3相交流モータに電源を供給する電力素子機能の外
に電流検出器の機能を担う。この時、電力素子がASI
PM1ならば別の電流検出器は不要である。
分除去方法の動作流れ図であって、前述した図1の装置
構成を参考にして、以下併せて説明する。
交流モータの作動に対応して駆動されるかを判断する。
ASIPM1が駆動されないと、段階S01の従来方法
は終了される。これと逆の場合は帰還信号のU相及びW
相とその電流が検出されるS01段階が行われる。その
後、オフセット成分または電流検出成分が含まれた電圧
検出信号に変換されるS03段階が行われる。S03段
階において電圧検出信号が発生された後、信号U、Wに
対する相がCPU4の入力範囲に適するように増幅され
る段階S04を行い、それぞれの電流検出信号(即ち、
オフセット成分が含まれた)をA/D変換器4aにより
デジタル値に変換させる(段階S05)。段階S06に
おいて、CPU4が信号Vに対する相を計算する。信号
U、V、Wの相は必ず零(zero)になるべきなので、V
相は計算できる。従来の方法によれば、S02段階乃至
S06段階が所定回数行われたかを判断する段階S07
を行う。もし前記S02段階乃至S06段階が所定回数
ほど行われていない場合、前記S07段階から前記S0
2段階に復帰される。段階S07において、段階S02
乃至段階S06が所定回数行われたと判断されれば、電
圧検出信号の平均値を求める段階S08が行われる。前
記段階S09において、CPU4は前記S08段階で求
めた平均値を貯蔵しS10段階を行う。前記段階S10
において、ASIPM1が駆動されていると判断されれ
ばS11段階を行い、そうでない場合は終了する。前記
段階S11において、オフセット成分は電流値から除去
される。従って、従来装置の方法はCPU4の初期化過
程によって電流オフセット成分を除去するようになる。
それぞれの電流相の値はASIPM1が駆動される時電
流オフセット成分を除去した後に使われることができ
る。
3年5月24日出願)には‘電流検出器に対するオフセ
ット補正値を自動に調節する装置’が開示されている。
米国特許第5,319,294号の装置は前述した一般
的な方式と共に使用でき、サーボモータ運転中に温度変
化などの要因により各相の電流検出信号に対してオフセ
ット変動が発生した時に適用できる。ACサーボモータ
の場合、電流検出信号にオフセットが含まれればトルク
リップルが発生するようになるが、前記装置はその影響
を除去できる。サーボドライバーには位置検出器である
エンコーダが含まれているので、位置検出器とサーボモ
ータの動的方程式モデルを利用すれば、電流検出情報に
含まれているオフセット成分を計算できる。電流と関わ
る各相に対する値を続けてA/D変換された電流値情報
から差し引くことによって相の電流情報を得る。
モータの動的モデルを用いた計算が必要なのでCPUの
作動時過補償が生じうるため、同期モータにだけ適用が
可能である。また同期モータのモデルに依存するので誤
差の発生可能性が大きいという問題点がある。特にオフ
セットが大幅変わる場合は電流検出信号が上下にシフト
されるため、電流検出信号がA/D変換器の入力範囲
(例えば、0〜5V)を外れる場合が生じて、同期モー
タが最大トルクを発生できない問題点がある。
(1990年8月15日出願)には‘交流モータの駆動
電流から直流オフセットを除去するためのフィードバッ
ク回路’が開示されている。米国特許第5,053,6
88号の装置は、外部に追加されたやや複雑なハードウ
ェアを利用して、電流センサーからの信号に含まれた電
流オフセットを予め除去した後、これをA/D変換器の
入力信号として使用する。米国特許第5,053,68
8号の装置はチョッピングされたパルス列を信号源とし
てモータを制御するが、ブラシレスDCモータに適用さ
れる。米国特許第5,053,688号の装置は、チョ
ッピングされたパルス列を信号源としてブラシレスDC
モータを制御するように前記チョッピングのために直流
信号を断続して交流信号に変換するチョッパを使う。電
流検出信号に含まれた電流オフセットを減らすための回
路が図1の出力増幅器2、3の出力端に付加される。ア
ナログスイッチ、カウンター、積分回路などを備える外
部ハードウェアによって電流検出器により検出された信
号に含まれた電流オフセット成分を減らした後、オフセ
ットが除去された電流検出信号をA/D変換器の入力信
号として使用できる。
流オフセット除去装置は、任意に特定オフセット値を除
去するように設定できるが、モータ運転中温度などの変
化によって変わるオフセット成分については適用できな
い。電流検出信号のオフセット成分がモータの動的モデ
ル及び発生されたリップルに対する動的モデルにより適
切にモデリングされるので、CPUの演算が過補償また
は補償が足りなくなる問題がある。従って、前記米国特
許第5,053,688号の装置はモデルの正確度に大
幅に依存するので、特殊な場合にだけよく動作するとい
う問題点がある。
した従来の問題点を解消するために案出されたことであ
って、本発明の目的は、商用CPU及びマイコンに内蔵
または外についている周辺回路を利用して電流検出器か
ら発生されるオフセットの影響を除去できる電流検出信
号の可変オフセット成分除去装置及びその方法を提供す
るところにある。
の他の目的は、電流オフセット除去装置を備えた3相交
流モータ制御装置を提供するところにある。これはAS
IPMが適用される電流検出信号の可変オフセット成分
を除去するサーボドライバーやインバータの超小型回路
を使用することによって実現される。
ための手段として、本発明に係る電流検出信号の可変オ
フセット成分除去装置の構成は、交流モータから帰還さ
れる3相電流を検出して、オフセット成分が含まれた電
圧検出信号に変換出力する電流検出手段と、帰還される
アナログオフセット信号と前記オフセット成分が含まれ
た電圧検出信号を差動増幅して出力する差動増幅手段
と、前記差動増幅されたアナログ信号をデジタル信号に
変換するアナログ/デジタル変換手段と、前記デジタル
変換された信号を加算して、既設定されたオフセット命
令信号と比較してデジタルデジタルオフセット成分を求
め、これにともなう比例積分制御機能を行った後パルス
幅変調(pulse-width modulation:以下、PWM)波形
のデジタルオフセット信号を出力する制御手段、及び前
記制御手段から出力されるデジタルオフセット信号をア
ナログオフセット信号に変換して前記差動増幅手段に帰
還させるデジタル/アナログ変換手段とを含めて構成さ
れる特徴がある。
行える交流モータに電源を供給する特定用途知能型パワ
ーモジュール素子(ASIPM)である。
グオフセット信号と前記オフセット成分が含まれた3相
電圧検出信号を差動出力する差動増幅器、及び前記差動
出力を前記制御手段の入力範囲に適するように増幅させ
出力する出力増幅器とを含めて構成される。前記差動増
幅器は前記3相電圧検出信号のうちU相と前記帰還され
るアナログオフセット信号を差動出力する第1差動増幅
器と、前記3相電圧検出信号のうちV相と前記帰還され
るアナログオフセット信号を差動出力する第2差動増幅
器、及び前記3相電圧検出信号のうちW相と前記帰還さ
れるアナログオフセット信号を差動出力する第3差動増
幅器とを含めて構成される。
御手段に内蔵される。
換手段から各々出力されるデジタル値を加算する第1加
算部と、前記既設定されたオフセット命令と前記第1加
算部の出力との差を求める第2加算部と、前記第2加算
部の出力を比例積分してパルス幅変調(PWM)波形を
出力する比例積分制御器、及び前記パルス幅変調波形の
パルス幅をカウントするカウンターとを含めて構成され
る。前記オフセット命令は前記アナログ/デジタル変換
手段がユニポーラモードであり使用ビットがnの場合、
基準値として(3/2×2n)が設定されたり、前記オ
フセット命令は、前記アナログ/デジタル変換手段がバ
イポーラモードの場合、基準値として0が設定される。
前記比例積分制御器は前記オフセット成分に比例して操
作量が変わる比例機能と、前記比例機能に加えて前記オ
フセット成分の積分値に比例して変わる量を加えて操作
量にする積分機能を行う。
御手段のカウンターでカウントしたPWM波形を低域通
過濾波させるフィルター増幅器であって、前記フィルタ
ー増幅器は前記制御手段のカウンターでカウントしたP
WM波形を低域通過濾波させた後積分することによって
アナログオフセット信号に変換する。
係る電流検出信号の可変オフセット成分除去装置は、3
相交流モータの制御装置において、モータから帰還され
る3相電流を検出して、オフセット成分が含まれた3相
電圧検出信号に変換出力する電流検出器と、帰還される
アナログオフセット信号と前記オフセット成分が含まれ
た3相電圧検出信号を差動出力する差動増幅器と、前記
差動出力された3相電圧検出信号を制御入力範囲に適す
るように増幅させ出力する出力増幅器と、前記出力増幅
された3相のアナログ信号をデジタル信号に変換するア
ナログ/デジタル変換器と、前記デジタル変換された信
号を加算して、既設定されたオフセット命令信号に基づ
きデジタルオフセット成分を求め、これにともなう比例
積分制御機能を行った後パルス幅変調(PWM)波形の
デジタルオフセット信号を出力する制御部、及び前記制
御部から出力されるデジタルオフセット信号をアナログ
オフセット信号に変換して前記差動増幅器に帰還させる
デジタル/アナログ変換器とを含めて構成される特徴が
ある。
うちU相と前記帰還されるアナログオフセット信号を差
動出力する第1差動増幅器と、前記3相電圧検出信号の
うちV相と前記帰還されるアナログオフセット信号を差
動出力する第2差動増幅器、及び前記3相電圧検出信号
のうちW相と前記帰還されるアナログオフセット信号を
差動出力する第3差動増幅器とを含めて構成される。
部のカウンターでカウントしたパルス幅変調(PWM)
波形を低域通過濾波させた後に積分することによってア
ナログ信号に変換するフィルター増幅器である。
係る電流オフセット除去装置を具備した3相交流モータ
制御装置は、3相交流モータ制御装置において、コンバ
ーター部及びインバータ部とからなり前記3相交流モー
タを駆動する駆動部と、前記駆動部のスイッチングを制
御する電力素子と、駆動される前記3相交流モータから
3相の電流を帰還させ検出し、3相電圧検出信号を出力
する電流検出器と、前記3相電圧検出信号に含まれたオ
フセット成分を検出し除去する電流オフセット除去装
置、及び前記電流オフセット除去装置のオフセット除去
を制御し、前記オフセットが除去された3相電流を前記
電力素子に出力するCPUとを含めて構成される特徴が
ある。
ット成分が含まれた3相電圧検出信号と前記CPUから
帰還されるアナログオフセット信号を差動増幅して出力
する差動増幅器と、前記CPUから出力されるパルス幅
変調(PWM)波形をアナログオフセット信号に変換し
て出力するデジタル/アナログ変換器とを含めて構成さ
れる。
器から各々出力されるデジタル値を加算する第1加算部
と、既設定されたオフセット命令と前記第1加算部の出
力との差を求める第2加算部と、前記第2加算部の出力
を比例積分してパルス幅変調(PWM)波形を出力する
比例積分制御器、及び前記PWM波形のパルス幅をカウ
ントするカウンターを含めて構成される。
係る電流検出信号の可変オフセット成分除去方法は、交
流モータから帰還される電流を検出して、オフセット成
分が含まれた電圧検出信号に変換出力する第1段階と、
帰還されるアナログオフセット信号と前記オフセット成
分が含まれた3相電圧検出信号を差動増幅して出力する
第2段階と、前記差動増幅されたアナログ信号をデジタ
ル信号に変換する第3段階と、前記デジタル変換された
信号を加算して、既設定されたオフセット命令信号と比
較してデジタルオフセット成分を求め、これにともなう
比例積分制御機能を行った後パルス幅変調(PWM)波
形のデジタルオフセット信号を出力する第4段階、及び
前記デジタルオフセット信号をアナログオフセット信号
に変換して前記第2段階に帰還させる第5段階とを含め
てなされる特徴がある。
れた3相電圧検出信号と前記帰還されるアナログオフセ
ット信号を差動出力する第1下位段階、及び前記差動出
力を適切な入力範囲になるように増幅させ出力する第2
下位段階とを含めてなされる。
されるデジタル値を加算する第1下位段階と、既設定さ
れたオフセット命令と前記第1下位段階の出力との差を
求める第2下位段階と、前記第2下位段階の出力を比例
積分してPWM波形を出力する第3下位段階、及び前記
PWM波形のパルス幅をカウントする第4下位段階とを
含めてなされる。
比例して操作量が変わる比例機能段階と、前記比例機能
に加えて前記オフセット成分の積分値に比例して変わる
量を加えて操作量にする積分機能段階を行う。
/デジタル変換器がユニポーラモードであり使用ビット
がnの場合、基準値として(3/2×2n)が設定され
たり、アナログ/デジタル変換器がバイポーラモードの
場合、基準値として0が設定される。
ントされたPWM波形を低域通過濾波させた後に積分す
ることによってアナログオフセット信号に変換する。
係る電流オフセット除去装置を具備した3相交流モータ
制御方法は、コンバーター部及びインバータ部とからな
る駆動部により前記3相交流モータを駆動する第1段階
と、前記駆動部のスイッチングを制御する第2段階と、
駆動される前記3相交流モータから3相の電流を帰還さ
せ検出し、3相電圧検出信号を出力する第3段階と、前
記3相電圧検出信号に含まれたオフセット成分を検出し
除去する第4段階、及び前記オフセット除去を制御し、
前記オフセットが除去された3相電流を前記電力素子出
力する第5段階とを含めてなされる。
ら出力されるPWM波形のアナログ信号に変換する第1
下位段階、及び帰還されるアナログオフセット信号と前
記オフセット成分が含まれた3相電圧検出信号を差動増
幅して出力する第2下位段階とを含めてなされる。
タル値に変換する第1下位段階と、前記第1下位段階か
ら各々出力されるデジタル値を加算する第2下位段階
と、既設定されたオフセット命令と前記第2下位段階の
出力との差を求める第3下位段階と、前記第3下位段階
の出力を比例積分してPWM波形を出力する第4下位段
階、及び前記PWM波形のパルス幅をカウントする第5
下位段階とを含めてなされる。
ト成分除去装置及びその方法では、電流検出手段が3相
交流モータから帰還される3相電流を検出して、オフセ
ット成分が含まれた3相電圧検出信号に変換出力すれ
ば、差動増幅手段は帰還されるアナログオフセット信号
と前記オフセット成分が含まれた3相電圧検出信号を差
動増幅して出力する。次に、アナログ/デジタル変換手
段は前記差動増幅された3相のアナログ信号をデジタル
信号に変換するようになり、この時制御手段が前記デジ
タル変換された信号を加算し、既設定されたオフセット
命令信号に基づきデジタルオフセット成分を求め、これ
にともなう比例積分制御機能を行った後デジタルオフセ
ット信号を出力するようになり、デジタル/アナログ変
換手段は前記制御手段から出力されるデジタルオフセッ
ト信号をアナログオフセット信号に変換して前記差動増
幅手段に帰還させる。結局、前記差動増幅手段、アナロ
グ/デジタル変換手段、制御手段及びデジタル/アナロ
グ変換手段が閉ループを構成して電流オフセット成分を
除去するようになる。
発明の実施形態にともなう電流検出信号の可変オフセッ
ト成分除去装置及びその方法を説明する。
置を備えた3相交流モータ制御装置のブロック図であっ
て、コンバーター部及びインバータ部とからなり前記3
相交流モータを駆動する駆動部30、前記駆動部30の
スイッチングを制御する電力素子20と、駆動される前
記3相交流モータ40から3相の電流iu、iv、iw
を帰還させ検出し、3相電圧検出信号CU、CV、CW
を出力する電流検出器50、前記3相電圧検出信号C
U、CV、CWに含まれたオフセット成分を検出し除去
する電流オフセット除去装置60、及び前記電流オフセ
ット除去装置60のオフセット除去を制御し、前記オフ
セットが除去された3相電流を前記電力素子20に出力
する中央処理処置(CPU)10とを含めて構成され
る。図3に示した3相交流モータ制御装置は、前述した
電流検出信号の可変オフセット成分除去装置を備え、オ
フセット成分を除去するようになる。
幅器と一つまたはそれ以上のデジタル/アナログ変換器
より構成され、前記差動増幅器は前記オフセット成分が
含まれた3相電圧検出信号と前記CPU10から帰還さ
れるアナログオフセット信号を差動増幅して出力し、デ
ジタル/アナログ変換器は前記CPU10から出力され
るPWM波形をアナログオフセット信号に変換して出力
する。
変換器から各々出力されるデジタル値を加算する第1加
算部、既設定されたオフセット命令と前記第1加算部の
出力との差を求める第2加算部、前記第2加算部の出力
を比例積分してPWM波形を出力する比例積分制御器、
及び前記PWM波形のパルス幅をカウントするカウンタ
ーとを含めて構成され、その動作は前述した電流検出信
号の可変オフセット成分除去装置及び後述する電流検出
信号の可変オフセット成分除去方法と同一に行われる。
フセット成分除去装置のブロック図であって、前記装置
は、モータから帰還される3相電流iu、iv、iwを
検出して、オフセット成分が含まれた3相電圧検出信号
CU、CV、CWに変換出力する電流検出器71と、帰
還されるアナログオフセット信号と前記オフセット成分
が含まれた3相電圧検出信号CU、CV、CWを差動出
力する差動増幅器72と、前記差動出力された3相電圧
検出信号を制御入力範囲に適するように増幅させ出力す
る出力増幅器73と、前記出力増幅された3相のアナロ
グ信号をデジタル信号に各々変換するアナログ/デジタ
ル(A/D)変換器74と、前記デジタル変換された信
号を加算して、既設定されたオフセット命令信号に基づ
きデジタルオフセット成分を求め、これにともなう比例
積分制御機能を行った後デジタルオフセット信号を出力
する制御部75、及び前記制御部75から出力されるデ
ジタルオフセット信号をアナログオフセット信号に変換
して前記差動増幅器72に帰還させるデジタル/アナロ
グ(D/A)変換器76とを含めて構成される。
出信号の可変オフセット成分除去装置の詳細構成図であ
って、図4に示したように、モータから帰還される3相
電流iu、iv、iwを検出する電流検出器71として
は電力素子機能も共に持つASIPM100を使用す
る。
は、図5に示したように参照符号各々210、220、
230で示した第1、第2、第3差動増幅器が使われ、
差動増幅器210、220、230は特性の等しい二つ
の増幅素子を、例えばトランジスタを対称的に接続し、
両者の入力差に比例した出力を得る増幅器を指し、電源
電圧や温度の変化による影響が相殺され安定した動作を
行える。
それぞれ一つずつの演算増幅器を使用して簡単に構成で
きる。Voffsetを基準にして±1.1V範囲内に存する
電流検出信号を2.5Vを基準に±2.5V範囲内に位
置させA/D変換器410に入力したいならば、演算増
幅器の利得を2.5/1.1(≒2.273)に固定さ
せればよい。電流検出信号を±1.1V乃至±2.5V
の範囲に設定することによって、最終的な出力電圧はオ
フセット成分で検出された信号が処理されるように制御
して2.5Vに設定できる。
の参照符号310、320、330で示した第1、第
2、第3出力増幅器が使われる。出力増幅器73の作動
と関連して、前記第1、第2、第3出力増幅器310、
320、330はCPU400の入力範囲に適するよう
に差動増幅された電圧検出信号を増幅する。
換器74と制御部75の機能は図5のアナログ/デジタ
ル変換器が使われ、他の要素はCPU400に内蔵され
る。例えば、制御部75は第1加算器420、第2加算
器430、比例積分(proportional plus integral;P
I)制御器440及びタイマー/カウンター450によ
り行える。
ル、0〜5Vの入力範囲を持つユニポーラモードのA/
D変換器410を使用した。各相に対してデジタルに変
換された値は0〜1023なので、A/D変換された3
相の信号の合計は1536(=512×3)、即ち使用
ビットがnの場合(3/2×2n)になるべきである。
もちろん、オフセット処理を正確に行えなかった場合の
A/D変換された3相信号の値はこれとは違う値にな
る。この時、バイポーラモードならば、A/D変換され
た3相の信号の合計は0になる。このような性質を利用
して閉ループでPI制御器440を具現する。即ち、比
例積分制御器440を構成する時、比例積分制御器44
0の入力である基準値とフィードバック値を各々153
6とA/D変換された3相信号の値にし、比例積分制御
器440のPWM出力はアナログオフセット出力に変換
すべきであるが、即ちPWM出力を低域通過フィルター
240により濾波すべきである。このように構成された
電流検出信号の先処理過程においてA/D変換された3
相信号の合計が常に1536になるように制御される。
ードで動作すれば回路の具現がさらに容易になるが、一
般にユニポーラモード方式が安価なので可用A/D変換
器410はユニポーラモードであることを仮定する。
としては、前記PI制御器440から出力されるPWM
波形を低域通過濾波させることによりデジタル信号をア
ナログ信号に変換できる低域通過フィルター240を使
う。ここで、低域通過フィルター240は実質にフィル
ター増幅器を使用して具現される。前記低域通過フィル
ター240はCPU400に内蔵されたA/D変換器4
10に電流情報をフィードバックさせると共にオフセッ
トを除去する。また、高性能のサーボドライバーまたは
インバータには電流検出信号をフィードバックするため
のA/D変換器が含まれている。
2、第3差動増幅器210、220、230及び低域通
過フィルター240とを含む電流オフセット除去装置2
00がハードウェア的に追加される。前記フィルター増
幅器は指定された利得と指定された周波数特性を持つ増
幅器であって、指定された周波数特性とは、指定された
通過領域と阻止領域を持つフィルター特性、または周波
数の関数として指定された振幅関数と位相関数を持つ。
出信号の可変オフセット成分除去方法の動作流れ図であ
って、図5の実施形態の装置構成を参考にして、以下併
せて電流検出信号の可変オフセット成分除去装置及び方
法の動作を説明する。
作動に対応してASIPM100が駆動されるかを判断
して、ASIPM100が駆動されていると判断されれ
ばS22段階を行い、そうでない場合は終了する。S2
2段階では帰還されるU相、V相、W相の電流を検出
し、S23段階ではこれをオフセット成分または電流検
出成分が含まれた電圧検出信号に変換する。本発明では
3相交流モータに入力される信号の相は3相交流モータ
の入力端で0になると定義される。
出器の検出電流と出力電圧との関係を示す図面であっ
て、電流検出器により検出された電流が0〜5A、V
offsetが2.27Vの場合、電流検出器出力電圧が±
1.1V+Voffsetまで変わることを示している。
圧出力を表す。
offsetの典型的な値は2.27Vであるが、素子や動作
環境によって最小1.87Vから最大2.57Vまで変
化できる。ASIPM100は表1に従って3相に比例
する3相電圧を出力する。
offset)の影響を消去しなければ、トルクリップル増加
や最大トルク低減などの性能低下をもたらす場合もあ
る。従って、本発明では上記の通り任意に可変する電圧
出力を適切に処理することによって、初期状態だけでな
く動作中にも出力信号が常に2.5V±2.5V、即ち
[0V〜5V]の範囲に正確に位置させることができる
べきである。
1.87〜2.57V範囲の任意の出力を得ることがで
きるべきである。これは、図4に示したように、回路内
に可用のD/A変換器76が存すれば容易に解決される
が、一般に商用のCPUはD/A変換器を内蔵したもの
がほとんどなく、外部に別途に追加するには費用負担に
なる。もし外部D/A変換器が必要ならば、図5に示し
たようにPWM出力と演算増幅器を使用した低域通過フ
ィルター240で所望のアナログ電圧を得るようにす
る。商用CPUには殆んど内蔵されたタイマーとこれに
ともなう関連出力を得ることができる製品が多数あるの
で、これを活用するようにし、必ずこれに限定すること
ではない。
offsetの量が各3相の電流検出信号に共通に適用される
という二つの事実を利用する。予め処理された過程にお
いて、電流検出信号の利得は±1.1V範囲内の信号を
±2.5V範囲の信号にするように固定されているた
め、検出信号の処理時にオフセットだけ調整すれば相電
流0Aに対する最終出力信号を2.5Vにすることがで
きる。
は帰還されるアナログオフセット信号と前記オフセット
成分が含まれた3相電圧検出信号を差動増幅して出力す
るようになり、S25段階ではU相、V相、W相に対し
てCPU400の入力範囲に適するように出力を増幅す
る。次に、S26段階ではそれぞれの電流検出信号、即
ち、オフセット成分が含まれた電圧検出信号をA/D変
換器410によりデジタル値に変換させる。次いで、S
27段階では前記デジタル変換された信号を加算し、S
28段階では既設定されたオフセット命令信号に基づき
デジタルオフセット成分を求める。S29段階では前記
デジタルオフセット成分にともなう比例積分制御動作を
行った後デジタルオフセット信号を出力するようにな
る。
で具現される比例積分制御機能を説明するための機能的
ブロック図である。本発明の多様な実施形態によれば、
このような比例積分制御機能は比例積分制御器440、
CPU10または他のCPU内で行える。一般の比例積
分システムは、図7に示したように、第1加算部10
1、積分部102、第2加算部103、比例ゲイン部1
04、制御対象105及び検出器106で構成されてい
る。第1加算部101は目標値から検出値を差し引いた
偏差Zを出力し、積分部102では伝達関数1/STI
により信号を積分する。前記TIは積分部102の積分
時間定数である。第2加算部103は前記偏差Zから積
分部102の出力を差し引く。次に、比例ゲイン部10
4において比例感度Kを行って操作量を出力するように
なる。Kは比例ゲイン部104の比例感度である。従っ
て、制御対象105は比例ゲイン部104から出力され
た操作量により操作され、これにともなう制御量を出力
する。検出器106は制御対象105から出力された前
記制御量を検出して前記第1加算部101に帰還させる
ようになっている。
ン部104の比例機能、積分部102の積分機能と制御
対象105の制御機能でなされ、偏差に比例して操作量
が変わる比例機能に加えて偏差の積分値に比例して変わ
る量を加えて操作量にする制御機能である。残留偏差を
0とする時に使用すれば良いが、急激する入力には不向
きである。前記PI動作を使ってオフセットをなくして
も安定度が足りない場合、微分D動作を加えてPID動
作にすることができる。
400内に容易に具現でき、PWM波形は前記比例ゲイ
ン部104から出力される操作量になり、低域通過フィ
ルター240によりアナログ信号に変換される。
階ではCPU400に内蔵されたタイマー/カウンター
450によりPWM波形をカウントし、S31段階では
前記デジタルオフセット信号をアナログオフセット信号
に変換した後S32段階を行う。S32段階において、
ASIPM100が駆動されたかを判断する。ASIP
M100が駆動されれば、S24段階にリターンして差
動増幅のために前記信号を前記差動増幅器210、22
0、230に帰還させる。
波形を説明するための図面であって、比例積分(PI)
制御器440から出力されるPWM波形はCPU400
のシステムクロックCLKを基準にして、CPU400
に内蔵されたタイマー/カウンター450によりカウン
トされ、その後PWM波形は低域通過フィルター240
を経てアナログ信号に変換される。ここで、図8のa、
b、cは各々1CLK、2CLK、3CLKに該当する
パルス幅を表す。
の振幅に従ってパルス幅を変化させる回路を指し、加算
回路により信号波と鋸波を加え、スライサにより加算さ
れた波形を薄い波形に切り出し、前記スライサから出力
された信号を増幅して出力される信号がPWM信号にな
る。前記スライサはリミッタ回路のうち、特にレベル差
を小さくして薄い波形を切り出す回路を指す。
周期に標本化してその標本化を再びデジタル化するが、
この場合入力アナログ信号に含まれる標本化周波数の半
分を越える周波数を持つ成分を遮断して、エイリアシン
グ(aliasing)による雑音の発生を抑制するために低域
通過フィルター240を使用する。これとは逆に、D/
A変換の場合もやはり不要な雑音を除去して正しいアナ
ログ波形を再生するための低域フィルターが必要にな
る。
Uの場合、即ちA/D変換器が3チャンネル以上存在
し、D/A変換器やまたはそれに代るためのPWM出力
が得られるカウンター/タイマーが内蔵される。本発明
の場合は、四つの演算増幅器だけで構成できるので、具
現費用に対する負担が軽減される。勿論、二つのチャン
ネルのみを有するマイコンやCPUの場合は、一つ以上
のチャンネルを有するA/D変換器がさらに必要にな
る。
に行なうべきCPU内部の演算がなく、電流検出信号に
任意のオフセットが含まれてもこれを所望の基準レベル
にスケーリング及びシフトが可能である。またCPU内
にオフセット調節のための比例積分方式を適用した。
電流検出信号において、そのVoffsetの値が任意形態に
変わる場合に使用可能であり、A/D変換器の解像度や
バイポーラ/ユニポーラ動作モードと関係なく使用でき
る。言い換えれば、必ずASIPMではなく任意の電流
検出器に対しても電流検出信号のオフセットが存し、オ
フセットが大幅に変わる場合も適用させることができ
る。
信号のように検出信号に含まれたオフセット成分が大幅
に可変しても電流検出信号を任意の所望の信号レベルに
合わせることができる。
PUの内部に具現された比例積分制御器によって、一切
のオフ−ライン調整作業がなくても電流検出信号を0〜
5Vの範囲に正確に位置させることができる。従って、
製品出荷時に一々手作業でオフセットを補正する不便さ
を防止でき、交流モータを長時間使っても、変ったV
offsetによって製品性能が低下されることを未然に防止
できる。
バータなどの各種モータ制御回路にその適用可能範囲が
非常に広い有用な発明である。
に限らず、請求範囲で請求する本発明の要旨を逸脱せ
ず、該当発明の属する技術分野において通常の知識を持
つ者ならば誰でも多様な変形実施が可能なことは勿論、
そのような変更は記載された請求範囲内にある。
ット成分除去装置の構成図である。
ット成分除去方法の動作流れ図である。
た3相交流モータ制御装置のブロック図である。
ット成分除去装置の構成図である。
可変オフセット成分除去装置の詳細構成図である。
出電流と出力電圧との関係を示す図面である。
れる比例積分制御機能を説明するための機能的ブロック
図である。
形を説明するための図面である。
可変オフセット成分除去方法の動作流れ図である。
M) 101,103 加算部 102 積分部 104 比例ゲイン部 105 制御対象 106 検出器 200 電流オフセット除去装置 210,220,230 差動増幅器 240 低域通過フィルター 310,320,330 出力増幅器 400 CPU 410 A/D変換器 420,430 加算器 440 比例積分(PI)制御器 450 タイマー/カウンター
Claims (27)
- 【請求項1】 交流モータから帰還される3相電流を各
々検出して、オフセット成分が含まれた電圧検出信号に
変換出力する電流検出手段と、 帰還されるアナログオフセット信号と前記オフセット成
分が含まれた電圧検出信号を差動増幅して出力する差動
増幅手段と、 前記差動増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換
するアナログ/デジタル変換手段と、 前記デジタル変換された信号を加算して、既設定された
オフセット命令信号に基づきデジタルオフセット成分を
求め、これにともなう比例積分制御機能を行った後パル
ス幅変調波形のデジタルオフセット信号を出力する制御
手段と、 前記制御手段から出力されるデジタルオフセット信号を
アナログオフセット信号に変換して前記差動増幅手段に
帰還させるデジタル/アナログ変換手段とを含めて構成
される電流検出信号の可変オフセット成分除去装置。 - 【請求項2】 前記電流検出手段は、 特定用途知能型パワーモジュール素子であることを特徴
とする請求項1に記載の電流検出信号の可変オフセット
成分除去装置。 - 【請求項3】 前記差動増幅手段は、 前記帰還されるアナログオフセット信号と前記オフセッ
ト成分が含まれた3相電圧検出信号を差動増幅して出力
する差動増幅器と、 増幅された前記差動出力を前記制御手段の入力範囲に適
するよう増幅させ出力する出力増幅器とを含めて構成さ
れる請求項1に記載の電流検出信号の可変オフセット成
分除去装置。 - 【請求項4】 前記差動増幅器は、 前記3相電圧検出信号のうちU相と前記帰還されるアナ
ログオフセット信号を差動増幅して出力する第1差動増
幅器と、 前記3相電圧検出信号のうちV相と前記帰還されるアナ
ログオフセット信号を差動増幅して出力する第2差動増
幅器と、 前記3相電圧検出信号のうちW相と前記帰還されるアナ
ログオフセット信号を差動増幅して出力する第3差動増
幅器とを含めて構成される請求項3に記載の電流検出信
号の可変オフセット成分除去装置。 - 【請求項5】 前記アナログ/デジタル変換手段は、 前記制御手段に内蔵され使われることを特徴とする請求
項1に記載の電流検出信号の可変オフセット成分除去装
置。 - 【請求項6】 前記制御手段は、 前記アナログ/デジタル変換手段から出力されるデジタ
ル値を加算する第1加算部と、 前記既設定されたオフセット命令と前記第1加算部の出
力との差を求める第2加算部と、 前記第2加算部の出力を比例積分してパルス幅変調波形
を出力する比例積分制御器と、 前記パルス幅変調波形のパルス幅をカウントするカウン
ターとを含めて構成される請求項1に記載の電流検出信
号の可変オフセット成分除去装置。 - 【請求項7】 前記既設定されたオフセット命令は、 前記アナログ/デジタル変換手段がユニポーラモードで
あり使用ビットがnの場合、基準値として(3/2×2
n)が設定されることを特徴とする請求項1に記載の電
流検出信号の可変オフセット成分除去装置。 - 【請求項8】 前記既設定されたオフセット命令は、 前記アナログ/デジタル変換手段がバイポーラモードの
場合、基準値として0が設定されることを特徴とする請
求項1に記載の電流検出信号の可変オフセット成分除去
装置。 - 【請求項9】 前記比例積分制御器は、 前記オフセット成分に比例して操作量が変わる比例機能
と、 前記比例機能に加えて前記オフセット成分の積分値に比
例して変わる量を加えて操作量にする積分機能を行うこ
とを特徴とする請求項6に記載の電流検出信号の可変オ
フセット成分除去装置。 - 【請求項10】 前記デジタル/アナログ変換手段は、 前記制御手段のカウンターでカウントしたパルス幅変調
波形を低域通過濾波させるフィルター増幅器であること
を特徴とする請求項1に記載の電流検出信号の可変オフ
セット成分除去装置。 - 【請求項11】 前記フィルター増幅器は、 前記制御手段のカウンターでカウントしたパルス幅変調
波形を低域通過濾波させた後に積分することによってア
ナログオフセット信号に変換することを特徴とする請求
項10に記載の電流検出信号の可変オフセット成分除去
装置。 - 【請求項12】 3相交流モータの制御装置において、 モータから帰還される3相電流を検出して、オフセット
成分が含まれた3相電圧検出信号に変換出力する電流検
出器と、 帰還されるアナログオフセット信号と前記オフセット成
分が含まれた3相電圧検出信号を差動増幅して出力する
差動増幅器と、 前記差動出力された3相電圧検出信号を制御入力範囲に
適するように増幅させ出力する出力増幅器と、 前記出力増幅された3相のアナログ信号をデジタル信号
に各々変換するアナログ/デジタル変換器と、 前記デジタル変換された信号を加算して、既設定された
オフセット命令信号に基づきデジタルオフセット成分を
求め、これにともなう比例積分制御機能を行った後パル
ス幅変調波形のデジタルオフセット信号を出力する制御
部と、 前記制御部から出力されるデジタルオフセット信号をア
ナログオフセット信号に変換して前記差動増幅器に帰還
させるデジタル/アナログ変換器とを含めて構成される
電流検出信号の可変オフセット成分除去装置。 - 【請求項13】 前記差動増幅器は、 前記3相電圧検出信号のうちU相と前記帰還されるアナ
ログオフセット信号を差動増幅して出力する第1差動増
幅器と、 前記3相電圧検出信号のうちV相と前記帰還されるアナ
ログオフセット信号を差動増幅して出力する第2差動増
幅器と、 前記3相電圧検出信号のうちW相と前記帰還されるアナ
ログオフセット信号を差動増幅して出力する第3差動増
幅器とを含めて構成される請求項12に記載の電流検出
信号の可変オフセット成分除去装置。 - 【請求項14】 前記デジタル/アナログ変換器は、 前記制御部のカウンターでカウントしたパルス幅変調波
形を低域通過濾波させた後に積分することによってアナ
ログ信号に変換するフィルター増幅器であることを特徴
とする請求項12に記載の電流検出信号の可変オフセッ
ト成分除去装置。 - 【請求項15】 3相像交流モータ制御装置において、 コンバーター部及びインバータ部からなり前記3相交流
モータを駆動する駆動部と、 前記駆動部のスイッチングを制御する電力素子と、 駆動される前記3相交流モータから3相の電流を帰還さ
せ検出し、3相電圧検出信号を出力する電流検出器と、 前記3相電圧検出信号に含まれたオフセット成分を検出
して除去する電流オフセット除去装置と、 前記電流オフセット除去装置のオフセット除去を制御
し、前記オフセットが除去された3相電流を前記電力素
子に出力する中央処理処置とを含めて構成される電流オ
フセット除去装置を備えた3相交流モータ制御装置。 - 【請求項16】 前記電流オフセット除去装置は、 前記オフセット成分が含まれた3相電圧検出信号と前記
中央処理装置から帰還されるアナログオフセット信号を
差動増幅して出力する差動増幅器と、 前記中央処理装置から出力されるパルス幅変調波形をア
ナログオフセット信号に変換して出力するデジタル/ア
ナログ変換器とを含めて構成される電流オフセット除去
装置とを備えた請求項15に記載の3相交流モータ制御
装置。 - 【請求項17】 前記中央処理処置は、 前記アナログ/デジタル変換器から各々出力されるデジ
タル値を加算する第1加算部と、 既設定されたオフセット命令と前記第1加算部の出力と
の差を求める第2加算部と、 前記第2加算部の出力を比例積分してパルス幅変調波形
を出力する比例積分制御器と、 前記パルス幅変調波形のパルス幅をカウントするカウン
ターとを含めて構成される請求項15に記載の電流オフ
セット除去装置を備えた3相交流モータ制御装置。 - 【請求項18】 交流モータから帰還される3相電流を
検出して、オフセット成分が含まれた電圧検出信号に変
換出力する第1段階と、 帰還されるアナログオフセット信号と前記オフセット成
分が含まれた電圧検出信号を差動増幅して出力する第2
段階と、 前記差動増幅されたアナログ信号をデジタル信号に各々
変換する第3段階と、 前記デジタル変換された信号を加算し、既設定されたオ
フセット命令信号に基づきデジタルオフセット成分を求
め、これにともなう比例積分制御機能を行った後パルス
幅変調波形のデジタルオフセット信号を出力する第4段
階と、 前記デジタルオフセット信号をアナログオフセット信号
に変換して前記第2段階に帰還させる第5段階とを含め
てなされる電流検出信号の可変オフセット成分除去方
法。 - 【請求項19】 前記第2段階は、 前記オフセット成分が含まれた3相電圧検出信号と前記
帰還されるアナログオフセット信号を差動出力する第1
下位段階と、 前記差動出力を適切な入力範囲になるように増幅させ出
力する第2下位段階とを含めてなされる請求項18に記
載の電流検出信号の可変オフセット成分除去方法。 - 【請求項20】 前記第4段階は、 前記第3段階から各々出力されるデジタル値を加算する
第1下位段階と、 既設定されたオフセット命令と前記第1下位段階の出力
との差を求める第2下位段階と、 前記第2下位段階の出力を比例積分してパルス幅変調波
形を出力する第3下位段階と、 前記パルス幅変調波形のパルス幅をカウントする第4下
位段階とを含めてなされる請求項18に記載の電流検出
信号の可変オフセット成分除去方法。 - 【請求項21】 前記第4段階のオフセット命令は、 アナログ/デジタル変換器がユニポーラモードであり使
用ビットがnの場合、基準値として(3/2×2n)が
設定されることを特徴とする請求項18に記載の電流検
出信号の可変オフセット成分除去方法。 - 【請求項22】 前記第4段階のオフセット命令は、 アナログ/デジタル変換器がバイポーラモードの場合、
基準値として0が設定されることを特徴とする請求項1
8に記載の電流検出信号の可変オフセット成分除去方
法。 - 【請求項23】 前記第3下位段階は、 前記オフセット成分に比例して操作量が変わる比例機能
段階と、 前記比例機能に加えて前記オフセット成分の積分値に比
例して変わる量を加えて操作量にする積分機能段階を行
うことを特徴とする請求項20に記載の電流検出信号の
可変オフセット成分除去方法。 - 【請求項24】 前記第5段階は、 中央処理処置のカウンターでカウントされたパルス幅変
調波形を低域通過濾波させた後に積分することによって
アナログオフセット信号に変換することを特徴とする請
求項18に記載の電流検出信号の可変オフセット成分除
去方法。 - 【請求項25】 3相交流モータ制御方法において、 コンバーター部及びインバータ部からなる駆動部により
前記3相交流モータを駆動する第1段階と、 前記駆動部のスイッチングを制御する第2段階と、 駆動される前記3相交流モータから3相の電流を帰還さ
せ検出し、3相電圧検出信号を出力する第3段階と、 前記3相電圧検出信号に含まれたオフセット成分を検出
して除去する第4段階と、 前記オフセット除去を制御し、前記オフセットが除去さ
れた3相電流を出力する第5段階とを含めてなされる電
流オフセット除去装置を備えた3相交流モータ制御方
法。 - 【請求項26】 前記第4段階は、 中央処理処置から出力されるパルス幅変調波形のアナロ
グ信号に変換する第1下位段階と、 帰還されるアナログオフセット信号と前記オフセット成
分が含まれた3相電圧検出信号を差動増幅して出力する
第2下位段階とを含めてなる請求項25に記載の電流オ
フセット除去装置を備えた3相交流モータ制御方法。 - 【請求項27】 前記第5段階は、 前記第4段階の出力をデジタル値に変換する第1下位段
階と、 前記第1下位段階から各々出力されるデジタル値を加算
する第2下位段階と、 既設定されたオフセット命令と前記第2下位段階の出力
との差を求める第3下位段階と、 前記第3下位段階の出力を比例積分してパルス幅変調波
形を出力する第4下位段階と、 前記パルス幅変調波型のパルス幅をカウントする第5下
位段階を含めてなる請求項25に記載の電流オフセット
除去装置を備えた3相交流モータ制御方法。
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