JP2001078494A - Acモータ駆動装置のdcオフセット補正方法 - Google Patents
Acモータ駆動装置のdcオフセット補正方法Info
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Abstract
るACモータ駆動装置のDCオフセット補正方法を提供
する。 【解決手段】電流検出器に含まれた第3DCオフセット
電流を補正してPWM電力変換手段に含まれた第1電圧
DCオフセットを推定し補正するDCオフセット電圧の
補正手段を備えたACモータ駆動装置において、3相指
令電圧をゼロに制限する電圧ゼロ制限手段と、3相検出
電流から第3DCオフセット電流を引いて電流検出器に
含まれたDCオフセット電流を補正して新3相検出電流
を計算するDCオフセット電流補正手段102と、新3
相検出電流からフィルタを用いて第1DCオフセット電
流を計算する第1DCオフセット電流演算手段103
と、第1DCオフセット電流にACモータのインピーダ
ンスRを乗じて第1DCオフセット電圧を計算する第1
DCオフセット電圧演算手段104と、第1DCオフセ
ット電圧を3相指令電圧から引きDCオフセット電圧の
補正を行うDCオフセット電圧補正手段105とを備え
る。
Description
制御に関し、特に、PWMインバータのオフセット推定
と補正に関するものである。
制御および電流制御などにおいて、ACモータの位置と
共に、速度と電流をフィードバックして、ACモータの
応答特性を改善している。特に、ACモータのdq電流
制御(ベクトル電流制御)はトルク成分電流と磁束成分
電流に分けて制御することにより、トルク特性などAC
モータの制御特性を著しく向上させている。このような
ACモータの電流制御において、電流検出器CTにより
検出されるDCオフセット電流の問題と、PWMインバ
ータ変換部(パワースイッチングデバイスのオン抵抗、
立ち上がり時間、立ち下がり時間、デッドタイム時間の
バラツキ)により発生するDCオフセット電圧の問題
は、ACモータの制御精度の低下や、トルクリップル発
生の要因となっている。これらDCオフセット電流の問
題は、ACモータの電流制御に検出される電流値を不正
確なものとし、DCオフセット電圧の問題は、PWM変
換部で出力される電圧値を不正確なものにする、という
形で発生する。こうしたDCオフセットの補正方法は各
種試みられているが、図7に示す従来のオフセット電流
の調整方法は、ローパスフィルタ301により電流検出
器に含まれたDCオフセット電流Iabcoffset3 を検
出し、これを、電流検出器からのIabcfbから差し引
いてDCオフセット電流を補正し、検出電流Iabc’
fbとして電流指令と比較することで、電流制御が行わ
れるものである。また、電流検出器CTによるDCオフ
セット電流の調整を行う公示例には、特開昭63−27
4398号に提示されている「交流電動機の速度制御装
置」がある。この場合は、PWMゲートパルスのベース
ブロック状態(ACモータに流れる電流がゼロの状態の
時)で、電流検出器のDCオフセット電流を推定して、
DCオフセット電流の調整を行うものであり、具体的に
は、モータ電流がゼロ相当時にメモリにオフセット値を
記憶して、モータ運転時に検出電流値からメモリ値を差
し引いてDCオフセット電流を補正するもので、前例の
ローパスフィルタによる処理の代わりにメモリ値を用い
るものである。
方法では、電流検出器CTに含まれたDCオフセット電
流のみに対する補正方法であって、PWM変換部に含ま
れたDCオフセット電圧に対する補正は行われていない
ため、これが制御精度を低下させ、トルクリップルの要
因として残っているという問題があった。そこで、本発
明は、PWM変換部に含まれているDCオフセット電圧
を推定して、DCオフセット電圧の補正も行うことで、
PWM変換部のDCオフセットによるトルクリップルの
低減と制御精度の向上が図れるACモータ駆動装置のD
Cオフセット補正方法を提供することを目的としてい
る。
め、請求項1に記載の発明は、ACモータを駆動するP
WM電力変換手段と、前記ACモータの3相電流を検出
する3相電流検出手段と、前記ACモータの電気角を検
出する電気角検出手段と、前記電気角を用いて3相検出
電流から2相検出電流への3相/2相座標変換を行う3
相/2相座標変換計算手段と、2相指令電流から前記2
相検出電流を差し引いて2相電流誤差を計算する電流誤
差演算手段と、前記2相電流誤差に比例積分ゲインを乗
じて2相指令電圧を計算する電流比例積分構成部と、前
記電気角を用いて前記2相指令電圧から3相指令電圧へ
の2相/3相座標変換を行う2相/3相座標変換計算手
段と、前記3相指令電圧と搬送波を比較してPWMゲー
トパルスを演算するPWMゲートパルス演算手段と、前
記PWMゲートパルスを入力して直流電圧を任意の交流
電圧に変換する前記PWM電力変換手段であって、先
ず、前記電流検出器に含まれた第3のDCオフセット電
流を補正した後に、前記PWM電力変換手段に含まれた
落第1の電圧DCオフセットを推定して補正するDCオ
フセット電圧の補正手段を備えたACモータ駆動装置の
DCオフセット補正方法において、3相指令電圧をゼロ
に制限する電圧ゼロ制限手段と、前記電流検出手段で検
出した3相検出電流から前記第3のDCオフセット電流
を差し引いて前記電流検出器に含まれたDCオフセット
電流を補正して、新しい3相検出電流を計算するDCオ
フセット電流補正手段と、前記新しい3相検出電流から
ローパスフィルタを用いて第1のDCオフセット電流を
計算する第1のDCオフセット電流演算手段と、前記第
1のDCオフセット電流に前記ACモータのインピーダ
ンスRを乗じて第1のDCオフセット電圧を計算する第
1のDCオフセット電圧演算手段と、前記第1のDCオ
フセット電圧を前記3相指令電圧から差し引いて補正す
るDCオフセット電圧補正手段とを備えてDCオフセッ
トの補正を行うことを特徴としている。
タを駆動するPWM電力変換手段と、前記ACモータの
3相電流を検出する3相電流検出手段と、前記ACモー
タの電気角を検出する電気角検出手段と、前記電気角を
用いて3相指令電流を計算する3相指令電流演算手段
と、前記3相指令電流から前記3相検出電流を差し引い
て3相電流誤差を計算する電流誤差演算手段と、前記3
相電流誤差に比例積分ゲインを乗じて3相指令電圧を計
算する電流比例積分構成部と、前記3相指令電圧と搬送
波を比較してPWMゲートパルスを演算するPWMゲー
トパルス演算手段と、前記PWMゲートパルス入力して
直流電圧を任意の交流電圧に変換する前記PWM電力変
換手段であって、先ず、前記電流検出器に含まれた第3
のDCオフセット電流を補正した後に、前記PWM電力
変換手段に含まれた第1の電圧DCオフセットを推定し
て補正するDCオフセット電圧の補正手段を備えたAC
モータ駆動装置のDCオフセット補正方法において、3
相指令電圧をゼロに制限する電圧ゼロ制限手段と、前記
電流検出手段で検出した3相検出電流から前記第3のD
Cオフセット電流を差し引いて前記電流検出器に含まれ
たDCオフセット電流を補正して、新しい3相検出電流
を計算するDCオフセット電流補正手段と、前記新しい
3相検出電流からローパスフィルタを用いて第1のDC
オフセット電流を計算する第1のDCオフセット電流演
算手段と、前記第1のDCオフセット電流に前記ACモ
ータのインピーダンスRを乗じて第1のDCオフセット
電圧を計算する第1のDCオフセット電圧演算手段と、
前記第1のDCオフセット電圧を前記3相指令電圧から
差し引いて補正するDCオフセット電圧補正手段とを備
えてDCオフセットの補正を行うことを特徴としてい
る。このACモータ駆動装置のDCオフセット補正方法
によれば、3相指令電圧をゼロに制限した状態でACモ
ータを駆動し、電流検出器に含まれたDCオフセット電
流成分、すなわち第3のDCオフセット電流を3相検出
電流から差し引くDCオフセット電流補正を行って新し
い3相検出電流を計算し、新しい3相検出電流からロー
パスフィルタを用いてPWM変換部に含まれるDCオフ
セット分、すなわち第1のDCオフセット電流を計算
し、第1のDCオフセット電流にACモータのインピー
ダンスRを掛けてPWM変換部に含まれるDCオフセッ
ト電圧、すなわち第1のDCオフセット電圧を計算推定
して、3相指令電圧から第1のDCオフセット電圧を差
し引いてDCオフセット電圧補正を行うので、電流検出
器に含まれたDCオフセット電流と、PWM変換部に含
まれたDCオフセット電圧と、DCオフセットを全て補
正することができる。
について図を参照して説明する。図1は本発明の第1の
実施の形態に係るdq電流制御によるACモータの電流
制御ブロック図であり、図2は図1に示すACモータの
DCオフセット補正の制御ループを示す図である。図3
は図1に示すACモータのDCオフセット補正の制御ブ
ロック図であり、図4は図3に示すACモータのDCオ
フセット補正動作のフローチャートである。図5は図1
に示すPWMインバータのゲートパルス発生器の制御ブ
ロック図である。図1において、ACモータの駆動装置
は、図1中のACモータ11を除いた部分である。12
はACモータ11を駆動するPWM電力変換手段(PW
Mインバータ)、13はACモータの3相電流を検出す
る3相電流検出手段(電流検出器)、14はACモータ
の電気角を検出する電気角検出手段、15は電気角を用
いて3相検出電流から2相検出電流への3相/2相座標
変換を行う3相/2相座標変換計算手段、16−aは2
相指令電流から2相検出電流を差し引いて2相電流誤差
を計算する電流誤差演算手段、17−aは2相電流誤差
に比例積分ゲインを乗じて2相指令電圧を計算する電流
比例積分構成部、18は電気角を用いて2相指令電圧か
ら3相指令電圧への2相/3相座標変換を行う2相/3
相座標変換計算手段、又、PWMインバータ12は3相
指令電圧と搬送波19を比較して、PWMゲートパルス
を演算し、PWMゲートパルスを用いて直流電圧20を
任意の交流電圧に変換する。
のオープンループを示した図で、図中のオープンループ
A状態(PWMインバータへのPWMゲートパルスを遮
断したベースブロックの状態)は、従来方法ブロック3
によるDCオフセット電流の補正を行うもので、電流検
出器13に含まれたDCオフセット電流Iabcoffs
et3 (従来方法3によるDCオフセット電流の意で3を
付している、Iaoffset 3 、Iboffset3 、Ic
offset3 )を検出して、補正する。次に、図2のオープ
ンループB状態は、本発明方法ブロック1によるDCオ
フセット電圧の補正をおこなうもので、電圧ゼロ制限手
段101を用いて2相/3相座標変換計算手段18の出
力の3相指令電圧Va* 、Vb* 、Vc* をゼロに制限
する。ゼロである3相指令電圧Va* 、Vb* 、Vc*
を、図5に示すようなPWMゲートパルス発生器201
により搬送波19と比較して、ゲートパルスGua、G
ub、Guc、Gda、Gdb、Gdcを発生し、PW
Mインバータ12に入力してACモータ11を駆動す
る。ACモータ11はDCオフセット電圧成分によって
作動することになる。
ブロック図であり、DCオフセット電流補正手段102
では、3相電流検出器13で検出した3相検出電流Ia
bc fb(Iafb、Ibfb、Icfb)からDCオフセット
電流Iabcoffset3 (Ia offset3 、Iboffset3 、
Icoffset3 )を差し引いて検出電流に含まれたDCオ
フセット電流を補正して(ここまでは従来方法3の補
正)、新しい3相検出電流Iabcfb’(Iafb’、I
bfb’、Icfb’)を計算する。第1のDCオフセット
電流演算手段103では、計算した新しい3相検出電流
からローパスフィルタを用いて第1のDCオフセット電
流Iabcoffset1 (本発明方法1によるDCオフセッ
ト電流の意で1を付している、Iaoffset1 、Ib
offset1 、Icoffset1 )を計算する。この場合のオフ
セットIabcoffset 1 は、PWMインバータに含まれ
たオフセット分である。第1のDCオフセット電圧演算
手段104では、第1のDCオフセット電流Iabc
offset1 (Iaoffset1 、Iboffset1 、I
coffset1 )にACモータのインピーダンスRを乗じ
て、第1のDCオフセット電圧Vabcoffset1 (Va
offset1 、Vboffset1 、Vcoffset1 )を計算する。
DCオフセット電圧補正手段105では、第1のDCオ
フセット電圧Vabc offset1 を3相指令電圧Vabc
* (Va* 、Vb* 、Vc* )から差し引いて、PWM
インバータに含まれたDCオフセット電圧の補正を行
う。
る。先ず、PWMゲートパルスを遮断したベースブロッ
ク状態で、電流検出器に含まれたDCオフセット電流を
検出する(S101)。これは従来方法3によるIab
coffset3 に相当する。電圧ゼロ制限手段101で次式
(1)〜(3)のように3相指令電圧をゼロに制限する
(S102)。 Va* =0 ・・・(1) Vb* =0 ・・・(2) Vc* =0 ・・・(3) 次に、DCオフセット電流補正手段102により、電流
検出器で検出した3相検出電流からS101で計算した
第3のDCオフセット電流を差し引いて、新しい3相検
出電流を計算する(S103)。第1のDCオフセット
電流演算手段103では、新しい3相検出電流からロー
パスフィルタを用いて、第1のDCオフセット電流を演
算する(S104)。第1のDCオフセット電圧演算手
段104では、第1のDCオフセット電流とACモータ
の抵抗値の情報から、式(4)〜(6)を用いて、第1
のDCオフセット電圧を演算する(S105)。 Vaoffset1 =Iaoffset1 ×Ra ・・・(4) Vboffset1 =Iboffset1 ×Rb ・・・(5) Vcoffset1 =Icoffset1 ×Rc ・・・(6) 最後に、DCオフセット電圧補正手段105では、次式
(7)〜(9)のように、第1のDCオフセット電圧を
3相指令電圧から差し引いて、DCオフセット電圧の補
正を行う(S106)。 Va* ’=Va* −Vaoffset1 ・・・(7) Vb* ’=Vb* −Vboffset1 ・・・(8) Vc* ’=Vc* −Vcoffset1 ・・・(9) このように、第1の実施の形態によれば、PWMインバ
ータに含まれたDCオフセット電圧Vabcoffset1 を
補正できるので、トルクリップルは大幅に低減され、A
Cモータの制御精度も向上する。従って、ACモータ駆
動装置のDCオフセット補正は、第3のDCオフセット
電流Iabcoffset3 を3相検出電流Iabcfbから差
し引いてDCオフセット電流補正を行った検出電流Ia
bc’fbを、電流指令から差し引いて比例積分ゲイン
を乗じて電圧指令を出力し、電圧指令Vabc* からD
Cオフセット電圧Vabcoffset1 を差し引いてDCオ
フセット電圧補正を行った、電圧指令Vabc* ’をP
WMインバータ12に印加して、ACモータ11を駆動
するという手順となる。
図を参照して説明する。図6は本発明の第2の実施の形
態に係る3相個別電流制御によるACモータの電流制御
ブロック図である。図6において、21は電気角検出手
段14により検出する電気角θeと電流指令I* より3
相電流指令Ia* 、Ib* 、Ic* を出力する3相指令
電流演算手段、16−bは3相指令電流Ia* 、I
b* 、Ic* から3相検出電流を差引いて3相電流誤差
を計算する電流誤差演算手段、17−bは3相電流誤差
に比例積分ゲインを乗じて3相指令電圧Va* 、V
b* 、Vc* を計算する電流比例積分構成部である。そ
の他の構成は図1と同じなので重複する説明は省略す
る。図6は、図1に示すdq電流制御のACモータとは
異なり、座標変換手段を持たない3相個別電流制御のA
Cモータの例であるが、DCオフセット電圧の補正は図
1の場合と同じ動作で可能である。すなわち、図3に示
すように、第3のDCオフセット電流Iabcoffset3
を3相検出電流Iabcfbから差引いて、新しい3相検
出電流とし、それよりローパスフィルタにより第1のD
Cオフセット電流Iabcoffset1 を計算して、それに
インピーダンスRを乗じて第1のDCオフセット電圧V
abcoffset1 を計算した後に、3相電圧指令Vabc
* から差し引き、DCオフセット電圧補正を行うもので
ある。図1のdq電流制御と異なる点は、図1の場合
は、第3のDCオフセット電流補正を行ってから、3相
/2相座標変換計算手段15により2相検出電流I
qfb、Idfbに変換して、電流誤差演算手段16−aに
おいて2相電流誤差ΔIq、ΔIdを計算するのに対
し、図6の場合は、第3のDCオフセット電流補正を行
ってから、直接、電流誤差演算手段16−aにおいて3
相電流誤差ΔIa、ΔIb、ΔIcを演算する。又、D
Cオフセット電圧の補正は、図1の場合は、2相/3相
座標変換計算手段18の出力Va* 、Vb* 、Vc* に
対し行われるのに対し、図6の場合は、電流比例積分構
成部17−aの出力Va* 、Vb* 、Vc* に対して行
われる、点が異なるのみで、図1に示すdq電流制御の
ACモータ駆動装置も、図6に示す3相個別電流制御の
ACモータ駆動装置の場合も、同様にDCオフセット電
圧補正が可能で、トルクリップルの低減、制御精度の向
上を図ることができる。
電流検出器に含まれた第3のDCオフセット電流を補正
した後に、PWM電力変換手段に含まれた第1の電圧D
Cオフセットを推定して補正するDCオフセット電圧の
補正手段を備えた、dq電流制御または3相個別電流制
御によるACモータ駆動装置のDCオフセット補正方法
において、3相指令電圧をゼロに制限する電圧ゼロ制限
手段と、電流検出手段で検出した3相検出電流から第3
のDCオフセット電流を差し引いて電流検出器に含まれ
たDCオフセット電流を補正して、新しい3相検出電流
を計算するDCオフセット電流補正手段と、新しい3相
検出電流からローパスフィルタを用いて第1のDCオフ
セット電流を計算する第1のDCオフセット電流演算手
段と、第1のDCオフセット電流にACモータのインピ
ーダンスRを乗じて第1のDCオフセット電圧を計算す
る第1のDCオフセット電圧演算手段と、第1のDCオ
フセット電圧を3相指令電圧から差し引くDCオフセッ
ト電圧補正手段とを備えてDCオフセットの補正を行う
ように構成したので、PWMインバータに含まれたDC
オフセット電圧が除去でき、トルクリップルが更に低減
されることで、ACモータの制御精度を向上させること
ができるという効果がある。
によるACモータの電流制御ブロック図である。
制御ループを示す図である。
制御ブロック図である。
のフローチャートである。
生器の制御ブロック図である。
制御によるACモータの電流制御ブロック図である。
制御ブロック図である。
フィルタ) 104 第1のDCオフセット電圧演算手段 105 DCオフセット電圧補正手段 201 PWMゲートパルス発生器 Vq* 、Vd* d軸q軸の指令電圧 Vabc* a相b相c相の指令電圧 Vabc a相b相c相のインバータ出力電圧 Vabcoffset1 第1のDCオフセット電圧 Iq* 、Id* d軸q軸の指令電流 Iq、Id d軸q軸の実際電流 Iabc a相b相c相の実際電流 Iabcoffset3 第3のDCオフセット電流 Iabcfb 3相検出電流 θ 検出電気角 R ACモータの抵抗(Ra、Rb、Rc)
Claims (2)
- 【請求項1】 ACモータを駆動するPWM電力変換手
段と、 前記ACモータの3相電流を検出する3相電流検出手段
と、 前記ACモータの電気角を検出する電気角検出手段と、 前記電気角を用いて3相検出電流から2相検出電流への
3相/2相座標変換を行う3相/2相座標変換計算手段
と、 2相指令電流から前記2相検出電流を差し引いて2相電
流誤差を計算する電流誤差演算手段と、 前記2相電流誤差に比例積分ゲインを乗じて2相指令電
圧を計算する電流比例積分構成部と、 前記電気角を用いて前記2相指令電圧から3相指令電圧
への2相/3相座標変換を行う2相/3相座標変換計算
手段と、 前記3相指令電圧と搬送波を比較してPWMゲートパル
スを演算するPWMゲートパルス演算手段と、 前記PWMゲートパルスを入力して直流電圧を任意の交
流電圧に変換する前記PWM電力変換手段であって、先
ず、前記電流検出器に含まれた第3のDCオフセット電
流を補正した後に、前記PWM電力変換手段に含まれた
第1の電圧DCオフセットを推定して補正するDCオフ
セット電圧の補正手段と、を備えたACモータ駆動装置
のDCオフセット補正方法において、 3相指令電圧をゼロに制限する電圧ゼロ制限手段と、 前記電流検出手段で検出した3相検出電流から前記第3
のDCオフセット電流を差し引いて前記電流検出器に含
まれたDCオフセット電流を補正して、新しい3相検出
電流を計算するDCオフセット電流補正手段と、 前記新しい3相検出電流からローパスフィルタを用いて
第1のDCオフセット電流を計算する第1のDCオフセ
ット電流演算手段と、 前記第1のDCオフセット電流に前記ACモータのイン
ピーダンスRを乗じて第1のDCオフセット電圧を計算
する第1のDCオフセット電圧演算手段と、 前記第1のDCオフセット電圧を前記3相指令電圧から
差し引いて補正するDCオフセット電圧補正手段と、 を備えてDCオフセットの補正を行うことを特徴とする
AC駆動装置のDCオフセット補正方法。 - 【請求項2】 ACモータを駆動するPWM電力変換手
段と、 前記ACモータの3相電流を検出する3相電流検出手段
と、 前記ACモータの電気角を検出する電気角検出手段と、 前記電気角を用いて3相指令電流を計算する3相指令電
流演算手段と、 前記3相指令電流から前記3相検出電流を差し引いて3
相電流誤差を計算する電流誤差演算手段と、 前記3相電流誤差に比例積分ゲインを乗じて3相指令電
圧を計算する電流比例積分構成部と、 前記3相指令電圧と搬送波を比較してPWMゲートパル
スを演算するPWMゲートパルス演算手段と、 前記PWMゲートパルスを入力して直流電圧を任意の交
流電圧に変換する前記PWM電力変換手段であって、先
ず、前記電流検出器に含まれた第3のDCオフセット電
流を補正した後に、前記PWM電力変換手段に含まれた
第1の電圧DCオフセットを推定して補正するDCオフ
セット電圧の補正手段と、を備えたACモータ駆動装置
のDCオフセット補正方法において、 3相指令電圧をゼロに制限する電圧ゼロ制限手段と、 前記電流検出手段で検出した3相検出電流から前記第3
のDCオフセット電流を差し引いて前記電流検出器に含
まれたDCオフセット電流を補正して、新しい3相検出
電流を計算するDCオフセット電流補正手段と、 前記新しい3相検出電流からローパスフィルタを用いて
第1のDCオフセット電流を計算する第1のDCオフセ
ット電流演算手段と、 前記第1のDCオフセット電流に前記ACモータのイン
ピーダンスRを乗じて第1のDCオフセット電圧を計算
する第1のDCオフセット電圧演算手段と、 前記第1のDCオフセット電圧を前記3相指令電圧から
差し引いて補正するDCオフセット電圧補正手段とを備
えてDCオフセットの補正を行うことを特徴とするAC
モータ駆動装置のDCオフセット補正方法。
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