JP2008295125A - Controller for voltage-type inverter - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a controller for voltage-type inverter which is applicable to V/f constant control and vector control and is capable of minimizing the output voltage distortion of an inverter without complicated circuit constitution or adjustment. <P>SOLUTION: This controller includes a means which calculates first output voltage command values v<SB>dn</SB>* and v<SB>qn</SB>* where counter electromotive force components and interferent species are excluded from the output current command value of an inverter 1, a current detecting means 6, a voltage strain estimating means 20 which estimates an output voltage from an output current detected value and estimates voltage strain components from the first output voltage command values v<SB>dn</SB>* and v<SB>qn</SB>* and an output voltage estimate value and gets voltage corrections values Δv<SB>d</SB>and Δv<SB>q</SB>from the voltage strain component estimate value, and a means which generates final output voltage command values v<SB>d</SB>* and v<SB>q</SB>* to the inverter 1 by correcting the second output voltage command values v<SB>dO</SB>* and v<SB>qO</SB>* where the counter electromotive force components and interferent species are added to the first output voltage command values v<SB>dn</SB>* and v<SB>qn</SB>*, by the voltage correction values Δv<SB>d</SB>and Δv<SB>q</SB>. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、電圧形インバータの制御装置に関し、例えば、半導体スイッチング素子のオン・オフにより所望の大きさ及び周波数の交流電圧を出力する電圧形インバータによって交流電動機を駆動する場合に、インバータの出力電圧に含まれる誤差や歪を補償するための制御装置に関するものである。   The present invention relates to a control apparatus for a voltage source inverter, and for example, when an AC motor is driven by a voltage source inverter that outputs an AC voltage of a desired magnitude and frequency by turning on and off a semiconductor switching element, the output voltage of the inverter The present invention relates to a control device for compensating for errors and distortions included in.

通常の電圧形インバータは、上下アームを構成する半導体スイッチング素子を交互に導通させて所望の大きさ及び周波数の交流電圧を発生している。しかし、周知のようにスイッチング素子にはターンオフ時の動作遅れがあり、これによって上下アームが同時にオンすることによるアーム短絡を防ぐために、スイッチングパターンに短絡防止期間(デッドタイム)を設けている。
しかし、このデッドタイムに起因して、電圧形インバータの出力電圧は出力電圧指令に対して誤差を持つことになり、これによる出力電圧の歪が電動機駆動時のトルクリプルの原因となっている。
In a normal voltage source inverter, semiconductor switching elements constituting upper and lower arms are alternately conducted to generate an AC voltage having a desired magnitude and frequency. However, as is well known, the switching element has an operation delay at the time of turn-off, and thereby a short-circuit prevention period (dead time) is provided in the switching pattern in order to prevent an arm short circuit due to the upper and lower arms being simultaneously turned on.
However, due to this dead time, the output voltage of the voltage source inverter has an error with respect to the output voltage command, and distortion of the output voltage due to this causes torque ripple when the motor is driven.

上述したデッドタイムに起因する出力電圧の歪を補償するための従来技術として、特許文献1に記載されているように、インバータの出力電圧指令値及び出力電流に基づいて出力電圧歪を推定し、この推定値に基づいて出力電圧指令値に加える補償信号の振幅(補償量)を調節する方法が知られている。
以下、この従来技術を、図5を参照しつつ説明する。
As a conventional technique for compensating for the distortion of the output voltage due to the dead time described above, as described in Patent Document 1, the output voltage distortion is estimated based on the output voltage command value and the output current of the inverter, A method of adjusting the amplitude (compensation amount) of a compensation signal to be added to an output voltage command value based on this estimated value is known.
The prior art will be described below with reference to FIG.

図5において、101は電圧指令値に比例した電圧を出力する電圧形パルス幅変調(PWM)インバータであり、102はインバータ101によって駆動される交流電動機である。
前記インバータ101において、破線で示したブロック101aは、前述したデッドタイムによる出力電圧歪Δvが、電流検出手段110により検出された出力電流iの極性に応じて発生することをモデル化したものである。
In FIG. 5, reference numeral 101 denotes a voltage-type pulse width modulation (PWM) inverter that outputs a voltage proportional to the voltage command value, and reference numeral 102 denotes an AC motor driven by the inverter 101.
In the inverter 101, a block 101 a indicated by a broken line models that the output voltage distortion Δv due to the dead time described above occurs according to the polarity of the output current i detected by the current detection unit 110. .

また、103は、回転磁界座標系における電動機102の磁束軸方向のd軸電圧指令値v 、これに直交するq軸電圧指令値v 及び位相基準信号θ(=ωt)が入力されて固定子座標系の出力電圧指令値vを出力する座標変換手段、109は出力電圧指令値vと後述する補償手段105からの補償信号Δvとを加算する加算手段、106は出力電流iを回転磁界座標系のd軸電流i及びq軸電流iに変換する座標変換手段、107はd軸電圧指令値v 、q軸電圧指令値v 、d軸電流i及びq軸電流iに基づいて電圧歪成分(補償残留成分)を推定する歪成分推定手段、108は推定した電圧歪成分と出力電流iとに基づいて補償量を調節する補償量調節手段、108aは電圧歪成分の極性反転手段、108bは出力電流iの極性に応じて切替信号を出力する極性検出手段、108cは前記切替信号により選択された歪成分推定手段107の出力またはその反転出力を積分する積分手段、105は出力電流iの極性に応じた補償信号Δvを前記加算手段109に出力する補償手段である。 Reference numeral 103 denotes a d-axis voltage command value v d * in the direction of the magnetic flux axis of the electric motor 102 in the rotating magnetic field coordinate system, a q-axis voltage command value v q * orthogonal thereto, and a phase reference signal θ * (= ω * t). Is inputted to the coordinate transformation means 109 for outputting the output voltage command value v * of the stator coordinate system, 109 is an addition means for adding the output voltage command value v * and a compensation signal Δv * from the compensation means 105 described later, 106 Is a coordinate conversion means for converting the output current i into a d-axis current i d and a q-axis current i q in the rotating magnetic field coordinate system, 107 is a d-axis voltage command value v d * , a q-axis voltage command value v q * , a d-axis Distortion component estimation means for estimating a voltage distortion component (compensation residual component) based on the current id and the q-axis current iq , and a compensation amount for adjusting the compensation amount based on the estimated voltage distortion component and the output current i Adjusting means 108a is polarity inversion of voltage distortion component Means 108b is a polarity detecting means for outputting a switching signal according to the polarity of the output current i, 108c is an integrating means for integrating the output of the distortion component estimating means 107 selected by the switching signal or its inverted output, and 105 is an output. Compensating means for outputting a compensation signal Δv * corresponding to the polarity of the current i to the adding means 109.

上記構成において、出力電圧歪Δvは、各軸の電圧指令値v ,v からインバータ101の出力電圧までの経路において、歪成分が作用するモデルによって推定することができ、歪成分推定手段107は、d軸電圧指令値v 、q軸電圧指令値v 、d軸電流i及びq軸電流iを用いて外乱オブザーバの原理に従い電圧歪成分を推定する。そして、この電圧歪成分が零に近付くように、補償量調節手段108により補償手段105からの補償信号Δvを制御し、これを加算手段109にて元の出力電圧指令値vに加算して出力電圧歪Δvの最小化を図っている。 In the above configuration, the output voltage distortion Δv can be estimated by a model in which a distortion component acts on a path from the voltage command values v d * , v q * of each axis to the output voltage of the inverter 101, and distortion component estimation is performed. The means 107 estimates a voltage distortion component according to the principle of a disturbance observer using the d-axis voltage command value v d * , the q-axis voltage command value v q * , the d-axis current i d and the q-axis current i q . The compensation amount adjusting means 108 controls the compensation signal Δv * from the compensation means 105 so that the voltage distortion component approaches zero, and the addition means 109 adds this to the original output voltage command value v *. Thus, the output voltage distortion Δv is minimized.

すなわち、上記補償信号Δvを元の出力電圧指令値vに加算して出力電圧歪Δvをフィードフォワード制御することにより、出力電圧vにΔvが含まれるのを抑制して出力電圧歪を補償している。この補償信号の振幅(補償量)は、電圧歪成分の振幅に一致する場合に最も補償効果が大きく、それより過大または過小でも補償残留成分が発生するので、この従来技術では、補償量調節手段108によって補償量の過不足を判別し、その判別結果により補償手段105を介して補償量を最適値に制御している。 That is, by adding the compensation signal Δv * to the original output voltage command value v * and performing feedforward control of the output voltage distortion Δv, the output voltage v is suppressed from being included and compensated for the output voltage distortion. is doing. The amplitude of the compensation signal (compensation amount) has the largest compensation effect when it matches the amplitude of the voltage distortion component, and a compensation residual component is generated even if it is larger or smaller than that. Whether the compensation amount is excessive or insufficient is determined by 108, and the compensation amount is controlled to the optimum value via the compensation means 105 based on the determination result.

しかるに、上記従来技術では、外乱オブザーバとしての歪成分推定手段107により推定した電圧歪成分には、電動機102の逆起電力(速度起電力)も含まれるため、推定した歪成分をそのまま用いて出力電圧指令値を補償することができない。このため、補償量調節手段108及び補償手段105を用いて補償量を調整する必要がある。
これらの補償量調節手段108及び補償手段105では、電圧歪成分の波形に基づいて、積分やその積分値の差演算等を行って過補償または不足補償を判別し、その判別結果に応じて補償量を決定するという複雑な処理を行っており、これらが回路構成の複雑化や演算負荷の増大を招いていた。
However, in the above prior art, the voltage distortion component estimated by the distortion component estimation means 107 serving as a disturbance observer includes the back electromotive force (speed electromotive force) of the motor 102, so that the estimated distortion component is output as it is. The voltage command value cannot be compensated. For this reason, it is necessary to adjust the compensation amount using the compensation amount adjusting unit 108 and the compensation unit 105.
The compensation amount adjusting means 108 and the compensating means 105 determine overcompensation or undercompensation based on the waveform of the voltage distortion component by performing integration, a difference calculation of the integral value, etc., and compensating according to the discrimination result. Complicated processing of determining the amount is performed, which leads to complicated circuit configuration and increased calculation load.

上記の点に鑑み、出願人は、特願2007−6587として、上記問題点を解決可能な電圧形インバータの制御装置を既に出願している。
図6は、この先願発明の構成を示すブロック図であり、1は所望の大きさ及び周波数の交流電圧を出力する電圧形PWMインバータ、2はインバータ1の各相の出力端子に接続された誘導電動機、3は誘導電動機2に対する一次角周波数指令ω を設定する周波数設定器、4は一次角周波数指令ω を積分して位相基準信号θ を出力する積分手段、5は回転磁界座標系のd軸電圧指令値v1d 及びq軸電圧指令値v1q を位相基準信号θ に基づいて固定子座標系の各相電圧指令値v ,v ,v に変換する座標変換手段である。
In view of the above points, the applicant has already applied for a voltage source inverter control device capable of solving the above problems as Japanese Patent Application No. 2007-6687.
FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the invention of the prior application, wherein 1 is a voltage-type PWM inverter that outputs an AC voltage having a desired magnitude and frequency, and 2 is an induction connected to the output terminal of each phase of the inverter 1. motor, 3 a frequency setting device for setting the primary angular frequency command omega 1 * for an induction motor 2, integrated and integrating means for outputting a phase reference signal theta 1 * of the primary angular frequency command omega 1 * 4, 5 rotate The d-axis voltage command value v 1d * and the q-axis voltage command value v 1q * in the magnetic field coordinate system are used as the phase voltage command values v u * , v v * , v in the stator coordinate system based on the phase reference signal θ 1 *. Coordinate conversion means for converting to w * .

また、6はインバータ1の出力電流i,i,iを検出する電流検出手段、7は固定子座標系の出力電流i,i,iを位相基準信号θ に基づいて回転磁界座標系のd軸電流i1d及びq軸電流i1qに変換する座標変換手段、8は一次角周波数指令ω からq軸電圧指令値v1q を出力するV/f変換手段、9はq軸電圧指令値v1q 及びq軸電流i1qから外乱電圧vdisを推定して出力する第1の推定手段としての高速外乱推定オブザーバ、10はq軸電圧指令値v1q 及びq軸電流i1qから逆起電力成分vemfを推定して出力する第2の推定手段としての低速外乱推定オブザーバ、11はd軸電流i1d、一次角周波数指令ω 及び漏れインダクタンスLσを用いてd軸干渉成分vcmpを演算する第3の推定手段としてのd軸干渉成分演算手段、12はd軸電流指令値i1d 及びd軸電流i1dを入力としてd軸電圧指令値v1d を出力する電流制御手段、13は前記逆起電力成分vemfからd軸干渉成分vcmpを減算する減算手段、14は前記外乱電圧vdisから減算手段13の出力を減算した値を補償電圧vとして出力する減算手段、15は元のq軸電圧指令値v1q と前記補償電圧vとを加算して補正後のq軸電圧指令値v1q を出力する加算手段である。 Reference numeral 6 denotes current detection means for detecting the output currents i u , i v , i w of the inverter 1, and 7 denotes the output currents i u , i v , i w of the stator coordinate system based on the phase reference signal θ 1 * . A coordinate conversion means for converting the d-axis current i 1d and the q-axis current i 1q in the rotating magnetic field coordinate system, and V / f conversion means 8 for outputting the q-axis voltage command value v 1q * from the primary angular frequency command ω 1 *. , 9 is a high-speed disturbance estimation observer as a first estimating means for estimating and outputting the disturbance voltage v dis from the q-axis voltage command value v 1q * and the q-axis current i 1q , and 10 is the q-axis voltage command value v 1q *. And a low-speed disturbance estimation observer as second estimation means for estimating and outputting the back electromotive force component v emf from the q-axis current i 1q , 11 is a d-axis current i 1d , a primary angular frequency command ω 1 *, and a leakage inductance L d-axis interference component v using σ d-axis interference component calculation means as third estimation means for calculating cmp , 12 is a current control for outputting a d-axis voltage command value v 1d * with the d-axis current command value i 1d * and the d-axis current i 1d as inputs. means, 13 subtraction means for subtracting the d-axis interference component v cmp from the counter electromotive force component v emf, 14 is subtracted for outputting a value obtained by subtracting the output of the subtraction means 13 from the disturbance voltage v dis as a compensation voltage v c means, 15 is the original of the q-axis voltage command value v 1q * and the compensation voltage v c and q-axis voltage command value v 1q * output adding means corrected by adding.

次に、図6の動作を説明する。この先願発明における制御方法には、周知のV/f一定制御が用いられる。
まず、周波数設定手段3により設定された一次角周波数指令ω は、V/f変換手段8に入力され、一次角周波数指令ω に対応する一次電圧指令値(出力電圧指令値)が出力される。ここで、電圧指令値のd軸成分は誘導電動機2が発生するトルクには直接影響しないため、V/f変換手段8からは、一次角周波数指令ω に対応するq軸電圧指令値v1q が一次電圧指令値として出力される。
以下、q軸電圧指令値v1q を一次電圧指令値v1q 、q軸電圧v1qを一次電圧v1q、q軸電流iを一次電流iともいう。
Next, the operation of FIG. 6 will be described. A well-known V / f constant control is used for the control method in the prior invention.
First, the primary angular frequency command ω 1 * set by the frequency setting unit 3 is input to the V / f conversion unit 8 and a primary voltage command value (output voltage command value) corresponding to the primary angular frequency command ω 1 * is obtained. Is output. Here, since the d-axis component of the voltage command value does not directly affect the torque generated by the induction motor 2, the V / f conversion means 8 outputs the q-axis voltage command value v corresponding to the primary angular frequency command ω 1 *. 1q * is output as the primary voltage command value.
Hereinafter, q-axis voltage command value v 1q * of the primary voltage command value v 1q *, the primary voltage of the q-axis voltage v 1q v 1q, also referred to as primary current i q and q-axis current i q.

一次電圧指令値v1q は座標変換手段5に入力され、積分手段4からの位相基準信号θ を用いた座標変換により正弦波の出力電圧指令値v ,v ,v が生成される。これらの電圧指令値v ,v ,v をインバータ1の内部で搬送波信号と比較して得たPWM信号に従ってインバータ1の半導体スイッチング素子をオン・オフ動作させることにより、出力電圧v,v,vが制御されて誘導電動機2に供給されることになる。 The primary voltage command value v 1q * is input to the coordinate conversion means 5, and output voltage command values v u * , v v * , v w of sine waves are obtained by coordinate conversion using the phase reference signal θ 1 * from the integration means 4. * Is generated. By turning on / off the semiconductor switching element of the inverter 1 in accordance with the PWM signal obtained by comparing these voltage command values v u * , v v * , v w * with the carrier wave signal inside the inverter 1, an output voltage is obtained. v u , v v and v w are controlled and supplied to the induction motor 2.

一方、インバータ1のデッドタイムに起因する出力電圧歪は、回転磁界座標系において高速外乱推定オブザーバ9により推定した外乱電圧vdisにより補償される。
ここで、数式1により与えられる回転磁界座標系で表現された誘導電動機の電圧方程式より、誘導電動機2の一次電流i1qと一次電圧v1qとの関係を求めると、数式2となる。
On the other hand, the output voltage distortion caused by the dead time of the inverter 1 is compensated by the disturbance voltage v dis estimated by the high-speed disturbance estimation observer 9 in the rotating magnetic field coordinate system.
Here, when the relationship between the primary current i 1q and the primary voltage v 1q of the induction motor 2 is obtained from the voltage equation of the induction motor expressed in the rotating magnetic field coordinate system given by the formula 1, the formula 2 is obtained.

Figure 2008295125
Figure 2008295125

Figure 2008295125
Figure 2008295125

これらの数式において、φ2d,φ2q:d軸電動機磁束及びq軸電動機磁束,v1d,i1d:誘導電動機の一次側のd軸電圧及びd軸電流,v1q,i1q:誘導電動機の一次側のq軸電圧及びq軸電流,ω:一次角周波数,ω:回転角周波数(電気角速度),R:一次抵抗値,R:二次抵抗値,Lσ:漏れインダクタンス,L:励磁インダクタンス,p:微分演算子である。 In these equations, φ 2d , φ 2q : d-axis motor flux and q-axis motor flux, v 1d , i 1d : d-axis voltage and d-axis current on the primary side of the induction motor, v 1q , i 1q : of the induction motor Q-axis voltage and q-axis current on the primary side, ω 1 : primary angular frequency, ω m : rotational angular frequency (electrical angular velocity), R 1 : primary resistance value, R 2 : secondary resistance value, L σ : leakage inductance, L m : excitation inductance, p: differential operator.

数式2において、右辺第2項はd軸による干渉成分、第4項は逆起電力成分となる。なお、右辺第3項は、低速において影響がないためゼロと考える。
インバータ1のデッドタイムによる誤差電圧及び上記d軸干渉成分や逆起電力成分の和を外乱電圧vdisと定義すると、数式2から数式3を得ることができる。
In Equation 2, the second term on the right side is the interference component due to the d-axis, and the fourth term is the back electromotive force component. The third term on the right side is considered to be zero because there is no effect at low speed.
When the sum of the error voltage due to the dead time of the inverter 1 and the d-axis interference component and the back electromotive force component is defined as the disturbance voltage v dis , Equations 2 to 3 can be obtained.

Figure 2008295125
Figure 2008295125

ここで、外乱電圧vdisを外乱オブザーバにより推定することを考える。すなわち、数式3に示した一次電流i1qと一次電圧v1qとの関係に基づき、誘導電動機2に印加されているインバータ1の出力電圧(=(R+R+pLσ)i1q)を一次電流i1qから推定する。
そして、高速外乱推定オブザーバ9では、次の数式4に示す如く、推定した出力電圧(=(R+R+pLσ)i1q)と一次電圧指令値v1q との差分をとり、時定数Tのローパスフィルタを通してゲインKを乗じ、外乱電圧推定値^vdisとして出力する。なお、数式4において、記号「^」を付した値は何れも推定値である。
Here, it is considered that the disturbance voltage v dis is estimated by a disturbance observer. That is, based on the relationship between the primary current i 1q and the primary voltage v 1q shown in Formula 3, the output voltage (= (R 1 + R 2 + pL σ ) i 1q ) of the inverter 1 applied to the induction motor 2 is primary. Estimated from current i 1q .
Then, the high-speed disturbance estimation observer 9 takes the difference between the estimated output voltage (= (R 1 + R 2 + pL σ ) i 1q ) and the primary voltage command value v 1q * as shown in the following equation (4). multiplied by a gain K through T 1 of the low-pass filter, and outputs as a disturbance voltage estimation value ^ v dis. In Equation 4, any value with the symbol “^” is an estimated value.

Figure 2008295125
Figure 2008295125

ここで、デッドタイムによる外乱成分は、一次出力周波数をf(=ω/2π)とした場合、その6倍の周波数の交流リプル成分がq軸上に現れる。従って、数式4における時定数Tは、出力周波数の6倍より十分速い時間で外乱電圧を推定するとし、例えば数式5に示す範囲に設定する。 Here, as the disturbance component due to the dead time, when the primary output frequency is f (= ω 1 / 2π), an AC ripple component having a frequency six times that appears on the q axis. Accordingly, the time constant T 1 in Equation 4 is set to the range shown in Equation 5, for example, when the disturbance voltage is estimated in a time sufficiently faster than 6 times the output frequency.

Figure 2008295125
Figure 2008295125

また、前述したように、外乱電圧推定値^vdisには、デッドタイムによる誤差電圧の他に誘導電動機2の逆起電力成分やd軸による干渉成分が含まれることになり、中高速領域において逆起電力成分も補償されてしまい、V/f制御などのオープンループ制御時に電圧が過大となり安定性に問題がある。
よって、低速外乱推定オブザーバ10により、数式2における右辺第4項の逆起電力成分vemfを演算すると共に、d軸干渉成分演算手段11により右辺第2項のd軸干渉成分vcmp(=ωσ1d)を演算し、これらを減算手段13,14に図示の符号で入力することにより高速外乱推定オブザーバ9の出力である外乱電圧推定値^vdisを補償して補償電圧vを生成する。
Further, as described above, the disturbance voltage estimated value ^ vdis includes the back electromotive force component of the induction motor 2 and the interference component due to the d axis in addition to the error voltage due to the dead time. The back electromotive force component is also compensated, and the voltage becomes excessive during open loop control such as V / f control, which causes a problem in stability.
Accordingly, the counter electromotive force component v emf of the fourth term on the right side in Equation 2 is calculated by the low-speed disturbance estimation observer 10, and the d-axis interference component v cmp (= ω) of the second term on the right side is calculated by the d-axis interference component calculation unit 11. 1 L σ i 1d ) is calculated and inputted to the subtracting means 13 and 14 with the sign shown in the figure, thereby compensating the disturbance voltage estimated value ^ v dis which is the output of the high-speed disturbance estimation observer 9 and compensating voltage v c. Is generated.

低速外乱推定オブザーバ10は、数式4と同様の構造を持ち、時定数をTとした数式6に示す推定逆起電力^vemfを出力する外乱推定オブザーバを構成する。 Slow disturbance estimation observer 10 constitutes a disturbance estimation observer for outputting the estimated back EMF ^ v emf shown has the same structure as equation 4, the time constant in the formula 6 and T 2.

Figure 2008295125
Figure 2008295125

ここで、逆起電力vemfは数式2より回転角周波数ωに依存し、その変化は、デッドタイムによる外乱成分に対して非常に遅い。従って、数式6における時定数Tは、デッドタイムによる外乱成分を無視できる程度に遅くすれば逆起電力vemfの推定が可能であり、例えば数式7に示す範囲に設定する。 Here, the back electromotive force v emf depends on the rotational angular frequency ω 1 from Equation 2, and the change is very slow with respect to the disturbance component due to the dead time. Therefore, the time constant T 2 in Equation 6 can be estimated by setting the back electromotive force v emf to an extent that the disturbance component due to the dead time can be neglected. For example, the time constant T 2 is set in the range shown in Equation 7.

Figure 2008295125
Figure 2008295125

低速外乱推定オブザーバ10から出力される推定逆起電力^vemfには、数式2の右辺第2項のd軸干渉成分vcmpも含まれるが、vcmpまで推定して外乱成分として補償すると中高速領域で安定性が劣化するため、これを数式8に示すように一次角周波数ω、d軸電流i1d及び漏れインダクタンスLσを用いて算出して前向きに補償する。 The estimated back electromotive force ^ v emf output from the low-speed disturbance estimation observer 10 includes the d-axis interference component v cmp of the second term on the right side of Equation 2, but it is moderate if it is estimated to v cmp and compensated as a disturbance component. Since stability deteriorates in the high-speed region, this is calculated using the primary angular frequency ω 1 , the d-axis current i 1d and the leakage inductance L σ as shown in Formula 8, and is compensated forward.

Figure 2008295125
Figure 2008295125

上記のように計算されたd軸干渉成分vcmpは、減算手段13により推定逆起電力^vemfから減算することにより補償される。減算手段13の出力は次段の減算手段14に入力されて外乱電圧推定値^vdisを補償し、その結果を補償電圧vとして出力する。 The d-axis interference component v cmp calculated as described above is compensated by subtracting it from the estimated counter electromotive force ^ v emf by the subtracting means 13. The output of the subtraction means 13 compensates for the disturbance voltage estimation value ^ v dis is input to the next stage of the subtraction means 14, and outputs the result as a compensation voltage v c.

補償電圧vは加算手段15において一次電圧指令値v1q に加えられるので、結果的には、外乱電圧から逆起電力相当量を除いたデッドタイムによる誤差電圧のみを電圧歪成分として推定し、一次電圧指令値v1q を補償するシステムを構成することができる。これにより、インバータ1の出力電圧歪を常に最小化することができる。 Compensation voltage v c since added to the primary voltage command value v 1q * in addition means 15, the result, estimates only error voltage due to dead time, excluding the counter electromotive force corresponding amount from the disturbance voltage as a voltage distortion component A system for compensating the primary voltage command value v 1q * can be configured. Thereby, the output voltage distortion of the inverter 1 can always be minimized.

特許第3536114号公報(段落[0007]〜[0012]、図1等)Japanese Patent No. 3536114 (paragraphs [0007] to [0012], FIG. 1 etc.)

図6に示した先願発明では、V/f一定制御に適用可能な外乱オブザーバを提案している。しかし、時定数の早い高速外乱推定オブザーバ9と時定数の遅い低速外乱推定オブザーバ10とを組み合わせて構成されており、これらの二つのオブザーバ9,10の時定数を最適に設定しなければ、逆に電圧歪み成分が増加してしまうおそれがある。時定数の調整には経験的な知識が必要であるため、先願発明では処理が煩雑化するという問題がある。
また、先願発明は単純なV/f一定制御を対象としており、ベクトル制御や、電流指令値から前向きに電圧指令値を演算してトルクを制御するような方式に適用することは困難である。
The prior invention shown in FIG. 6 proposes a disturbance observer applicable to V / f constant control. However, a high-speed disturbance estimation observer 9 with a fast time constant and a low-speed disturbance estimation observer 10 with a slow time constant are combined. If the time constants of these two observers 9 and 10 are not set optimally, The voltage distortion component may increase. Since adjustment of the time constant requires empirical knowledge, the prior invention has a problem that the processing becomes complicated.
Further, the invention of the prior application is intended for simple V / f constant control, and it is difficult to apply to vector control or a method of controlling the torque by calculating the voltage command value forward from the current command value. .

そこで、本発明の解決課題は、複雑な回路構成や調整を要することなくインバータの出力電圧歪を最小化することができ、V/f一定制御だけでなくベクトル制御等の各種制御方式にも適用可能な電圧形インバータの制御装置を提供することにある。   Therefore, the problem to be solved by the present invention can minimize the output voltage distortion of the inverter without requiring a complicated circuit configuration or adjustment, and can be applied not only to constant V / f control but also to various control methods such as vector control. It is an object of the present invention to provide a control device for a voltage source inverter that can be used.

上記課題を解決するため、請求項1においては、インバータの出力電流指令値から出力電圧指令値を計算すると共に、出力電流検出値から求めた出力電圧推定値と前記出力電圧指令値との差から電圧歪み成分を推定し、この電圧歪み成分推定値を用いて出力電圧指令値を補正することとした。
すなわち、請求項1に係る発明は、半導体スイッチング素子のオン・オフにより所望の大きさ及び周波数の交流電圧を出力する電圧形インバータの制御装置において、
インバータの出力電流指令値から、逆起電力成分及び干渉成分を除いた第1の出力電圧指令値を演算する手段と、
インバータの出力電流を検出する電流検出手段と、
インバータの出力電流検出値からインバータの出力電圧を推定する手段と、
第1の出力電圧指令値とインバータの出力電圧推定値とから電圧歪み成分を推定する手段と、
この電圧歪み成分推定値から電圧補正値を求める手段と、
第1の出力電圧指令値に逆起電力成分及び干渉成分を加えた第2の出力電圧指令値を、前記電圧補正値にて補正することにより、インバータに対する最終的な出力電圧指令値を生成する手段と、を備えたものである。
In order to solve the above-mentioned problem, in claim 1, the output voltage command value is calculated from the output current command value of the inverter, and the difference between the output voltage command value obtained from the output current detection value and the output voltage command value is calculated. The voltage distortion component is estimated, and the output voltage command value is corrected using the estimated voltage distortion component value.
That is, the invention according to claim 1 is a control device for a voltage source inverter that outputs an alternating voltage of a desired magnitude and frequency by turning on and off a semiconductor switching element.
Means for calculating a first output voltage command value obtained by removing the back electromotive force component and the interference component from the output current command value of the inverter;
Current detection means for detecting the output current of the inverter;
Means for estimating the output voltage of the inverter from the output current detection value of the inverter;
Means for estimating a voltage distortion component from the first output voltage command value and the output voltage estimated value of the inverter;
Means for obtaining a voltage correction value from the estimated voltage distortion component value;
The final output voltage command value for the inverter is generated by correcting the second output voltage command value obtained by adding the back electromotive force component and the interference component to the first output voltage command value with the voltage correction value. Means.

請求項2においては、電流調節手段を有するベクトル制御等において、前向きのフィードフォワード成分である出力電流指令値から出力電圧指令値を演算し、出力電圧指令値及び出力電圧推定値から求めた電圧歪み成分推定値を用いて前記出力電圧指令値を補正するようにした。
すなわち、請求項2に係る発明は、請求項1において、前記インバータの出力電流指令値と出力電流検出値との偏差をなくすように動作する電流調節手段と、この電流調節手段の出力を第2の出力電圧指令値に加算する手段と、を備えたものである。
The voltage distortion obtained from the output voltage command value and the estimated output voltage value by calculating the output voltage command value from the output current command value that is a forward feedforward component in vector control or the like having current adjusting means. The output voltage command value is corrected using the component estimated value.
That is, the invention according to claim 2 is characterized in that, in claim 1, the current adjusting means that operates so as to eliminate the deviation between the output current command value of the inverter and the detected output current, and the output of the current adjusting means is the second output. Means for adding to the output voltage command value.

請求項3においては、電流調節手段を有するベクトル制御等において、前向きのフィードフォワード成分である出力電流指令値から出力電圧指令値を演算し、出力電圧指令値及び出力電圧推定値から求めた電圧歪み成分推定値を用いて出力電流指令値を補正することにより、電流調節手段の効果を改善するようにした。
すなわち、請求項3に係る発明は、
半導体スイッチング素子のオン・オフにより所望の大きさ及び周波数の交流電圧を出力する電圧形インバータの制御装置において、
インバータの出力電流指令値から、逆起電力成分及び干渉成分を除いた第1の出力電圧指令値を演算する手段と、
インバータの出力電流を検出する電流検出手段と、
インバータの出力電流検出値から前記インバータの出力電圧を推定する手段と、
第1の出力電圧指令値と前記インバータの出力電圧推定値とから電圧歪み成分を推定する手段と、
この電圧歪み成分推定値から電流指令補正値を求める手段と、
この電流指令補正値により前記出力電流指令値を補正する手段と、
この手段による補正後の出力電流指令値と前記出力電流検出値との偏差をなくすように動作する電流調節手段と、
第1の出力電圧指令値に逆起電力成分及び干渉成分を加えた第2の出力電圧指令値を、前記電流調節手段の出力にて補正することにより、インバータに対する最終的な出力電圧指令値を生成する手段と、を備えたものである。
4. The voltage distortion obtained from the output voltage command value and the estimated output voltage value by calculating the output voltage command value from the output current command value which is a forward feedforward component in vector control or the like having a current adjusting means. The effect of the current adjusting means is improved by correcting the output current command value using the component estimated value.
That is, the invention according to claim 3
In a control device for a voltage source inverter that outputs an alternating voltage of a desired magnitude and frequency by turning on and off a semiconductor switching element,
Means for calculating a first output voltage command value obtained by removing the back electromotive force component and the interference component from the output current command value of the inverter;
Current detection means for detecting the output current of the inverter;
Means for estimating an output voltage of the inverter from an output current detection value of the inverter;
Means for estimating a voltage distortion component from a first output voltage command value and an output voltage estimated value of the inverter;
Means for obtaining a current command correction value from this voltage distortion component estimated value;
Means for correcting the output current command value by the current command correction value;
Current adjusting means that operates so as to eliminate a deviation between the output current command value corrected by this means and the output current detection value;
By correcting the second output voltage command value obtained by adding the back electromotive force component and the interference component to the first output voltage command value by the output of the current adjusting means, the final output voltage command value for the inverter is obtained. Generating means.

請求項4に係る発明は、請求項1〜3において、第1の出力電圧指令値を演算する手段が、インバータの回転座標上の出力電流指令値、交流電動機等の負荷の抵抗値及びインダクタンス値を用いて、出力電圧指令値を演算するものである。   According to a fourth aspect of the present invention, in the first to third aspects, the means for calculating the first output voltage command value includes an output current command value on the rotation coordinates of the inverter, a resistance value and an inductance value of a load such as an AC motor. Is used to calculate the output voltage command value.

請求項5に係る発明は、請求項1〜4において、インバータの出力電圧を推定する手段が、インバータの回転座標上の出力電流検出値、交流電動機等の負荷の抵抗値及びインダクタンス値を用いて、出力電圧を推定するものである。   According to a fifth aspect of the present invention, in the first to fourth aspects, the means for estimating the output voltage of the inverter uses an output current detection value on the rotation coordinate of the inverter, a resistance value and an inductance value of a load such as an AC motor. The output voltage is estimated.

本発明によれば、インバータの出力電圧指令値と出力電圧推定値との誤差による電圧歪み成分を補償し、例えば電動機を負荷とした場合のトルクリプルや回転むらを改善して高効率かつ高精度な制御装置を提供することができる。また、本発明は簡単な構成によって実現可能であり、複雑な調整は行わずに、V/f制御のみならずベクトル制御など幅広い制御に適用可能である。   According to the present invention, a voltage distortion component due to an error between the output voltage command value of the inverter and the estimated output voltage value is compensated, and for example, torque ripple and rotation unevenness when a motor is used as a load are improved to achieve high efficiency and high accuracy. A control device can be provided. The present invention can be realized with a simple configuration, and can be applied to a wide range of control such as vector control as well as V / f control without performing complicated adjustment.

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、本発明が先願発明と異なる点は、インバータの出力電流指令値から演算した出力電圧指令値と出力電流検出値から演算した出力電圧推定値とを用いて電圧歪み成分を推定し、この電圧歪み成分推定値から求めた補正値を用いて出力電圧指令値を補正することにある。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, the present invention differs from the prior invention in that the voltage distortion component is estimated using the output voltage command value calculated from the output current command value of the inverter and the output voltage estimated value calculated from the output current detection value. The output voltage command value is corrected using the correction value obtained from the estimated voltage distortion component value.

図1は、本発明の第1実施形態を示すブロック図であり、請求項1,4,5に対応する実施形態である。
この実施形態では、図1に示すように、d軸電流指令値i 及びq軸電流指令値i から、数式9に示す誘導電動機2の電圧方程式に従ってd軸電圧指令値vd0 及びq軸電圧指令値vq0 が演算される。ここで、d軸電圧指令値vd0 及びq軸電圧指令値vq0 を、便宜的に第2の出力電圧指令値という。
なお、この数式9は、d軸,q軸電流指令値i ,i を用いてd軸,q軸電圧指令値vd0 ,vq0 を演算する以外は、前述した数式1と同様である。
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention, which corresponds to claims 1, 4, and 5.
In this embodiment, as shown in FIG. 1, the d-axis voltage command value v d0 * is determined from the d-axis current command value i d * and the q-axis current command value i q * according to the voltage equation of the induction motor 2 shown in Formula 9 . The q-axis voltage command value v q0 * is calculated. Here, the d-axis voltage command value v d0 * and the q-axis voltage command value v q0 * are referred to as a second output voltage command value for convenience.
This Equation 9 is the same as Equation 1 described above except that the d-axis and q-axis voltage command values v d0 * and v q0 * are calculated using the d-axis and q-axis current command values i d * and i q *. It is the same.

Figure 2008295125
Figure 2008295125

但し、数式9において、φ2d,φ2q:二次磁束、R,R:一次,二次抵抗、Lσ:漏れインダクタンス、L:相互インダクタンス(何れもT型等価回路より換算した値)、ω:電気角周波数、ω:機械角周波数、p:微分演算子である。
なお、上記パラメータは、検出値(実際値)であっても、推定値であっても構わない。
However, in Formula 9, φ 2d , φ 2q : secondary magnetic flux, R 1 , R 2 : primary and secondary resistance, L σ : leakage inductance, L m : mutual inductance (all values converted from a T-type equivalent circuit) ), Ω 1 : electrical angular frequency, ω m : mechanical angular frequency, p: differential operator.
The parameter may be a detected value (actual value) or an estimated value.

図1では、一例として、数式9におけるφ2q=0とした構成を示しており、制御を簡単化するために数式9を簡略化した構成でも本発明は適用可能である。
なお、図1において、干渉項とは±ωσによる成分(リアクタンスによる電圧降下成分の設定値(推定値))、逆起電力とはωφ2dによる負荷の逆起電力成分であり、21〜25は加減算手段である。
In FIG. 1, as an example, a configuration in which φ 2q = 0 in Formula 9 is shown, and the present invention can be applied to a configuration in which Formula 9 is simplified in order to simplify the control.
In FIG. 1, the interference term is a component by ± ω 1 L σ (set value (estimated value) of a voltage drop component by reactance), and the back electromotive force is a back electromotive force component of the load by ω m φ 2d . Reference numerals 21 to 25 denote addition / subtraction means.

図1では誘導電動機の電圧方程式に基づいて演算しているが、同期電動機を対象とする場合でも、電圧方程式を変更すれば適用可能である。なお、一般的に速度制御やトルク制御などの制御対象に基づき電流指令値の演算手段は多数存在するが、本発明は特に電流指令値の演算方法を要旨とするものではなく、何らかの方法でd軸電流指令値i 及びq軸電流指令値i が与えられれば良い。 In FIG. 1, the calculation is based on the voltage equation of the induction motor. However, even when the synchronous motor is a target, it can be applied by changing the voltage equation. In general, there are many means for calculating the current command value based on the control target such as speed control and torque control. However, the present invention does not particularly focus on the method for calculating the current command value, and the d The axis current command value i d * and the q axis current command value i q * may be given.

上述のように演算されたvd0 ,vq0 に、電圧歪み推定手段20によって演算された電圧補正値Δv,Δvをそれぞれ加え、最終的なd軸電圧指令値v 及びq軸電圧指令値v を求める。なお、電圧指令値v ,v は、図6における電圧指令値v1d ,v1q と実質的に同じものである。
これらの電圧指令値v ,v を座標変換手段5により静止座標系に変換し、角周波数ωに応じた出力電圧指令値を求める。以降は、電圧形PWMインバータ1内のPWM発生手段により、インバータ1のパルスパターンを計算し、そのパターンに応じて半導体スイッチング素子をオン・オフすることにより、所望の出力電圧を誘導電動機2に供給する。
The voltage correction values Δv d and Δv q calculated by the voltage distortion estimator 20 are added to v d0 * and v q0 * calculated as described above, respectively, so that final d-axis voltage command values v d * and q The shaft voltage command value v q * is obtained. The voltage command values v d * and v q * are substantially the same as the voltage command values v 1d * and v 1q * in FIG.
These voltage command values v d * and v q * are converted into a stationary coordinate system by the coordinate conversion means 5 to obtain an output voltage command value corresponding to the angular frequency ω 1 . Thereafter, the PWM generator in the voltage-type PWM inverter 1 calculates the pulse pattern of the inverter 1 and supplies the desired output voltage to the induction motor 2 by turning on and off the semiconductor switching element according to the pattern. To do.

一方、電流検出手段6は、インバータ1の出力電圧によって電動機2に流れる電流を検出し、座標変換手段7により回転座標系に変換してi,iを求める。なお、電流検出値i,ivは、図6における電流検出値i1d,i1qと実質的に同じものである。
これらの電流検出値i,iを電圧歪み推定手段20に入力し、推定手段20ではインバータ1の出力電圧を推定すると共に、その電圧推定値と電圧指令値とから電圧歪み成分を推定し、更に電圧補正値Δv,Δvを演算する。
On the other hand, the current detection means 6 detects the current flowing through the electric motor 2 based on the output voltage of the inverter 1 and converts it into a rotating coordinate system by the coordinate conversion means 7 to obtain i d and i q . The detected current values i d and iv q are substantially the same as the detected current values i 1d and i 1q in FIG.
These current detection values i d and i q are input to the voltage distortion estimation means 20, which estimates the output voltage of the inverter 1 and estimates the voltage distortion component from the estimated voltage value and the voltage command value. Further, voltage correction values Δv d and Δv q are calculated.

次に、本実施形態の主要部である電圧歪み推定手段20の構成を説明する。
電圧歪み推定手段20では、まず、回転座標上のd軸,q軸電流検出値i,iから出力電圧推定値^v,^vを数式10により計算する。
Next, the structure of the voltage distortion estimation means 20 which is the principal part of this embodiment is demonstrated.
In the voltage distortion estimating means 20, first, the output voltage estimated values {circumflex over (v) } and {circumflex over (v ) } q are calculated from the d-axis and q-axis current detection values i d and i q on the rotation coordinates by the following equation (10).

Figure 2008295125
Figure 2008295125

但し、τ:電動機二次時定数(=R/L)である。 Where τ 2 is the motor secondary time constant (= R 2 / L m ).

数式10において、q軸側の出力電圧推定値^vは先願発明における数式2の右辺第1項と同じであるが、ここではd軸側についても出力電圧推定値^vを演算する。なお、電動機2の抵抗値R,R及びインダクタンス値Lσ,Lは、前述した電圧指令値の演算に用いたものと同じ値を使用する。 In Equation 10, the output voltage estimated value of q-axis side ^ v q is the same as the prior application 2 of the first term formulas in the invention, also calculates an output voltage estimated value ^ v d for the d-axis side here . The resistance values R 1 and R 2 and the inductance values L σ and L m of the electric motor 2 are the same as those used for the calculation of the voltage command value described above.

一方、逆起電力成分とd軸,q軸に互いに干渉する成分を除くd軸,q軸電圧指令値vdn ,vqn は、数式11により演算され、これらの電圧指令値が電圧歪み推定手段20に入力される。ここで、d軸電圧指令値vdn ,q軸電圧指令値vqn を、便宜的に第1の出力電圧指令値という。 On the other hand, the d-axis and q-axis voltage command values v dn * and v qn * excluding the back electromotive force component and the components that interfere with each other on the d-axis and q-axis are calculated by Equation 11, and these voltage command values are converted into voltage distortions. Input to the estimation means 20. Here, the d-axis voltage command value v dn * and the q-axis voltage command value v qn * are referred to as a first output voltage command value for convenience.

Figure 2008295125
Figure 2008295125

数式10と数式11とは、電圧歪みがない状態では全く同様になり、電圧歪みが存在すると電圧歪みによって電流検出値i,iと電流指令値i ,i との間に誤差が生じる。
数式10と数式11との差分をとって電圧歪み成分推定値^vdrip,^vqripとすると、これらは数式12によって表される。
Equations 10 and 11 are exactly the same when there is no voltage distortion. If voltage distortion exists, the voltage distortion causes the current detection values i d and i q to be between current detection values i d * and i q *. An error occurs.
Taking the difference between Equation 10 and Equation 11 as the voltage distortion component estimated values ^ v drip and ^ v qrip , these are expressed by Equation 12.

Figure 2008295125
Figure 2008295125

数式12により求めた電圧歪み成分にローパスフィルタ(1/(1+sτ))及びゲインKを介し、外乱オブザーバとしてd軸,q軸電圧補正値Δv,Δvを数式13により求める。 The d-axis and q-axis voltage correction values Δv d and Δv q are obtained by Equation 13 as a disturbance observer through the low-pass filter (1 / (1 + sτ)) and the gain K to the voltage distortion component obtained by Equation 12.

Figure 2008295125
Figure 2008295125

なお、図4(a)は電圧歪み推定手段20の構成を示すブロック図である。図4(a)において、20aは数式10を演算するブロック、20b,20cは^vdrip,^vqripを演算するための加減算手段、20dは数式13を演算するブロックである。 FIG. 4A is a block diagram showing the configuration of the voltage distortion estimation means 20. In FIG. 4 (a), 20a is a block for calculating the block, 20b, 20c is ^ v drip, ^ v subtraction means for calculating a qrip, 20d is a formula 13 for calculating the formula 10.

本実施形態では、数式13により求めたd軸,q軸電圧補正値Δv,Δvを、図1における加減算手段23,25にて第2の出力電圧指令値(逆起電力成分及び干渉成分を含む出力電圧指令値)vd0 ,vq0 にそれぞれ加算する。
ここで、図6に示した先願発明では、電圧指令値に逆起電力成分が重畳していたため、高速,低速の二つのオブザーバ9,10を用意し、時定数を最適に選んで電圧歪み成分のみを抽出しなければならない。これに対し、本実施形態では、元々、第1の出力電圧指令値に関する数式11に逆起電力成分が含まれておらず、オブザーバの時定数τは電圧歪み成分の周波数より高く設定するだけで良いため、複雑な調整は不要である。
従って、本実施形態によれば、先願発明と比べて簡単な構成により容易に電圧歪み成分を補償することが可能である。
In the present embodiment, the d-axis and q-axis voltage correction values Δv d and Δv q obtained by Expression 13 are used as second output voltage command values (back electromotive force component and interference component) by the addition / subtraction means 23 and 25 in FIG. output voltage command value) v d0 * including, v q0 * to sum respectively.
Here, in the invention of the prior application shown in FIG. 6, since the back electromotive force component is superimposed on the voltage command value, two observers 9 and 10 of high speed and low speed are prepared, the time constant is optimally selected, and the voltage distortion Only the components must be extracted. On the other hand, in the present embodiment, the back electromotive force component is not originally included in the expression 11 related to the first output voltage command value, and the observer time constant τ is simply set higher than the frequency of the voltage distortion component. Because it is good, no complicated adjustment is required.
Therefore, according to the present embodiment, it is possible to easily compensate for the voltage distortion component with a simple configuration as compared with the prior invention.

次に、図2は本発明の第2実施形態を示すブロック図であり、請求項2,4,5に対応する実施形態である。この実施形態では、ベクトル制御などにおいて電流指令値と電流検出値との偏差を補正する電流調節手段を有する場合に本発明を適用したものである。   Next, FIG. 2 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention, which corresponds to claims 2, 4 and 5. In this embodiment, the present invention is applied to a case where a current adjusting means for correcting a deviation between a current command value and a current detection value is used in vector control or the like.

図2において、図1に示した第1実施形態との相違点は次の通りである。
すなわち、d軸,q軸電流指令値i ,i とd軸,q軸電流検出値i,iとの偏差がそれぞれ加減算手段31,32により求められ、その偏差が電流調節手段30に入力されている。電流調節手段30では、上記各電流偏差をなくすように調節動作が行われ、その出力が加減算手段26,27において第2の出力電圧指令値vd0 ,vq0 にそれぞれ加算される。以降の構成及び動作は、第1実施形態と同様であり、電圧歪み推定手段20の構成も図4(a)に示した通りである。
In FIG. 2, the difference from the first embodiment shown in FIG. 1 is as follows.
That is, deviations between the d-axis and q-axis current command values i d * and i q * and the d-axis and q-axis current detection values i d and i q are obtained by the addition / subtraction means 31 and 32, respectively. Input to means 30. The current adjusting means 30 performs an adjusting operation so as to eliminate each of the current deviations, and the output is added to the second output voltage command values v d0 * and v q0 * by the adding and subtracting means 26 and 27, respectively. The subsequent configuration and operation are the same as those in the first embodiment, and the configuration of the voltage distortion estimation means 20 is also as shown in FIG.

以下、この第2実施形態がベクトル制御にも適用できる理由について述べる。
電流調節手段は、通常、電流指令値と電流検出値との偏差をPI制御やPID制御を用いてゼロにするように電圧指令値を演算する。従って、電流調節手段の性能が十分に高い場合、電圧歪み成分は電流調節手段により補正することができる。しかし、実際には、電流調節手段は制御回路の演算時間等に起因して応答に限界があり、高い周波数では電圧歪み成分の補償は不十分となる。
Hereinafter, the reason why the second embodiment can be applied to vector control will be described.
The current adjusting means normally calculates the voltage command value so that the deviation between the current command value and the current detection value becomes zero using PI control or PID control. Therefore, when the performance of the current adjusting means is sufficiently high, the voltage distortion component can be corrected by the current adjusting means. However, in reality, the current adjusting means has a limited response due to the calculation time of the control circuit and the like, and compensation of the voltage distortion component becomes insufficient at a high frequency.

これに対し、本実施形態では、電流調節手段30が補償しきれない電圧歪み成分のみを、前述した電圧歪み推定手段20からの電圧補正値Δv,Δvによって補助的に補償することができる。なぜならば、前記数式13におけるローパスフィルタ(1/(1+sτ))及びゲインKを電流調節手段30よりも高い応答となるように設計することにより、等価的に、電流調節手段30と並列で高応答なフィードバック制御が構成されることになるからである。
以上により、本実施形態は電流調節手段を用いたベクトル制御等の制御に適用すると好適である。
On the other hand, in the present embodiment, only the voltage distortion component that cannot be compensated for by the current adjusting means 30 can be supplementarily compensated by the voltage correction values Δv d and Δv q from the voltage distortion estimating means 20 described above. . This is because the low-pass filter (1 / (1 + sτ)) and the gain K in Equation 13 are designed to have a higher response than that of the current adjustment unit 30, and equivalently a high response in parallel with the current adjustment unit 30. This is because accurate feedback control is configured.
As described above, this embodiment is preferably applied to control such as vector control using the current adjusting means.

次いで、図3は本発明の第3実施形態を示すブロック図である。この実施形態は、請求項3,4,5に対応するものである。
本実施形態では、電圧歪み推定手段20において、数式12に示した電圧歪み成分推定値^vdrip,^vqripから電流指令補正値Δi ,Δi を演算し、これらの電流指令補正値Δi ,Δi により電流調節手段30の入力であるd軸,q軸電流指令値i ,i をそれぞれ補正する。このような構成により、電流調節手段30の制御性能を改善して電圧歪み成分を効果的に除去するようにした。
FIG. 3 is a block diagram showing a third embodiment of the present invention. This embodiment corresponds to claims 3, 4 and 5.
In this embodiment, the voltage distortion estimation means 20 calculates current command correction values Δi d * and Δi q * from the voltage distortion component estimated values ^ v drip and ^ v qrip shown in Equation 12, and these current command corrections are performed. value Δi d *, d-axis which is the input of the current regulating means 30 by Δi q *, q-axis current command value i d *, corrects i q *, respectively. With such a configuration, the control performance of the current adjusting means 30 is improved and the voltage distortion component is effectively removed.

すなわち、電圧歪み推定手段20では、以下の数式14の演算により、電圧歪み成分推定値^vdrip,^vqripからハイパスフィルタ(sτ/(1+sτ))により高周波成分を抽出し、更にゲインKを乗じて電流指令補正値Δi ,Δi を求める。
ここで、図4(b)は電圧歪み推定手段20の構成を示すブロック図であり、20aは数式10を演算するブロック、20b,20cは^vdrip,^vqripを演算するための加減算手段、20eは数式14を演算するブロックである。
図3に示す如く、上記電流指令補正値Δi ,Δi を加減算手段33,34において元の電流指令値に加算し、加減算手段31,32を介して電流調節手段30に入力する。
That is, the voltage distortion estimation unit 20, the calculation of the following equation 14, the voltage distortion component estimation value ^ v drip, ^ v from qrip by the high-pass filter (sτ a / (1 + sτ a)) to extract the high frequency components, further gains current command correction value by multiplying a K a Δi d *, seek .DELTA.i q *.
Here, FIG. 4 (b) is a block diagram showing a structure of a voltage distortion estimation unit 20, 20a is a block which calculates a formula 10, 20b, 20c is ^ v drip, addition and subtraction means for calculating a ^ v qrip , 20e are blocks for calculating Formula 14.
As shown in FIG. 3, the current command correction values Δi d * and Δi q * are added to the original current command value in the addition / subtraction means 33 and 34 and input to the current adjustment means 30 through the addition / subtraction means 31 and 32.

Figure 2008295125
Figure 2008295125

以上のように、本実施形態によれば、電圧歪み成分からデッドタイムなどの外乱成分を抽出し、それを打ち消すように出力電流指令値を補正することにより、出力電圧歪みを低減して電動機2のトルクリプル等の発生を防ぐことができる。
なお、電流指令補正値Δi ,Δi は、上述した如く電圧歪み成分、ハイパスフィルタ及びゲインにより求める以外に、実際の電流検出値i,iに含まれる歪み成分を抽出し、ゲインを乗じて求めてもよい。
As described above, according to the present embodiment, a disturbance component such as a dead time is extracted from the voltage distortion component, and the output current command value is corrected so as to cancel it, thereby reducing the output voltage distortion and the electric motor 2. Generation of torque ripple or the like can be prevented.
The current command correction values Δi d * and Δi q * are obtained from the voltage distortion component, the high-pass filter, and the gain as described above, and the distortion components included in the actual current detection values i d and i q are extracted. It may be obtained by multiplying the gain.

上記の各実施形態では電圧形PWMインバータ1により誘導電動機2を駆動する場合を対象としたが、本発明は、同期電動機等の他の電動機の駆動システムにも適用可能である。   Each of the above embodiments is directed to the case where the induction motor 2 is driven by the voltage-type PWM inverter 1, but the present invention can also be applied to a drive system of another motor such as a synchronous motor.

本発明の第1実施形態を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention. 本発明の第2実施形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows 3rd Embodiment of this invention. 各実施形態における電圧歪み推定手段の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the voltage distortion estimation means in each embodiment. 特許文献1に記載された従来技術を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the prior art described in patent document 1. 先願発明を示すブロック図である。It is a block diagram which shows prior invention.

符号の説明Explanation of symbols

1:電圧形PWMインバータ
2:誘導電動機
5,7:座標変換手段
6:電流検出手段
20:電圧歪み推定手段
21〜27,31〜34:加減算手段
30:電流調節手段
1: Voltage type PWM inverter 2: Induction motor 5, 7: Coordinate conversion means 6: Current detection means 20: Voltage distortion estimation means 21-27, 31-34: Addition / subtraction means 30: Current adjustment means

Claims (5)

半導体スイッチング素子のオン・オフにより所望の大きさ及び周波数の交流電圧を出力する電圧形インバータの制御装置において、
前記インバータの出力電流指令値から、逆起電力成分及び干渉成分を除いた第1の出力電圧指令値を演算する手段と、
前記インバータの出力電流を検出する電流検出手段と、
前記インバータの出力電流検出値から前記インバータの出力電圧を推定する手段と、
第1の出力電圧指令値と前記インバータの出力電圧推定値とから電圧歪み成分を推定する手段と、
この電圧歪み成分推定値から電圧補正値を求める手段と、
第1の出力電圧指令値に逆起電力成分及び干渉成分を加えた第2の出力電圧指令値を、前記電圧補正値にて補正することにより、前記インバータに対する最終的な出力電圧指令値を生成する手段と、
を備えたことを特徴とする電圧形インバータの制御装置。
In a control device for a voltage source inverter that outputs an alternating voltage of a desired magnitude and frequency by turning on and off a semiconductor switching element,
Means for calculating a first output voltage command value obtained by removing a back electromotive force component and an interference component from the output current command value of the inverter;
Current detection means for detecting an output current of the inverter;
Means for estimating the output voltage of the inverter from the output current detection value of the inverter;
Means for estimating a voltage distortion component from a first output voltage command value and an estimated output voltage value of the inverter;
Means for obtaining a voltage correction value from the estimated voltage distortion component value;
A final output voltage command value for the inverter is generated by correcting a second output voltage command value obtained by adding a back electromotive force component and an interference component to the first output voltage command value with the voltage correction value. Means to
A control device for a voltage source inverter.
請求項1に記載した電圧形インバータの制御装置において、
前記インバータの出力電流指令値と出力電流検出値との偏差をなくすように動作する電流調節手段と、
この電流調節手段の出力を第2の出力電圧指令値に加算する手段と、
を備えたことを特徴とする電圧形インバータの制御装置。
In the control apparatus for the voltage source inverter according to claim 1,
Current adjusting means that operates to eliminate a deviation between the output current command value of the inverter and the output current detection value;
Means for adding the output of the current adjusting means to the second output voltage command value;
A control device for a voltage source inverter.
半導体スイッチング素子のオン・オフにより所望の大きさ及び周波数の交流電圧を出力する電圧形インバータの制御装置において、
前記インバータの出力電流指令値から、逆起電力成分及び干渉成分を除いた第1の出力電圧指令値を演算する手段と、
前記インバータの出力電流を検出する電流検出手段と、
前記インバータの出力電流検出値から前記インバータの出力電圧を推定する手段と、
第1の出力電圧指令値と前記インバータの出力電圧推定値とから電圧歪み成分を推定する手段と、
この電圧歪み成分推定値から電流指令補正値を求める手段と、
この電流指令補正値により前記出力電流指令値を補正する手段と、
この手段による補正後の出力電流指令値と前記出力電流検出値との偏差をなくすように動作する電流調節手段と、
第1の出力電圧指令値に逆起電力成分及び干渉成分を加えた第2の出力電圧指令値を、前記電流調節手段の出力にて補正することにより、前記インバータに対する最終的な出力電圧指令値を生成する手段と、
を備えたことを特徴とする電圧形インバータの制御装置。
In a control device for a voltage source inverter that outputs an alternating voltage of a desired magnitude and frequency by turning on and off a semiconductor switching element,
Means for calculating a first output voltage command value obtained by removing a back electromotive force component and an interference component from the output current command value of the inverter;
Current detection means for detecting an output current of the inverter;
Means for estimating the output voltage of the inverter from the output current detection value of the inverter;
Means for estimating a voltage distortion component from a first output voltage command value and an estimated output voltage value of the inverter;
Means for obtaining a current command correction value from this voltage distortion component estimated value;
Means for correcting the output current command value by the current command correction value;
Current adjusting means that operates so as to eliminate a deviation between the output current command value corrected by this means and the output current detection value;
A final output voltage command value for the inverter is corrected by correcting a second output voltage command value obtained by adding a back electromotive force component and an interference component to the first output voltage command value by the output of the current adjusting means. Means for generating
A control device for a voltage source inverter.
請求項1〜3の何れか1項に記載した電圧形インバータの制御装置において、
第1の出力電圧指令値を演算する手段は、
前記インバータの回転座標上の出力電流指令値、負荷の抵抗値及びインダクタンス値を用いて、出力電圧指令値を演算することを特徴とする電圧形インバータの制御装置。
In the control apparatus of the voltage type inverter as described in any one of Claims 1-3,
The means for calculating the first output voltage command value is:
A control apparatus for a voltage source inverter, wherein an output voltage command value is calculated using an output current command value, a load resistance value, and an inductance value on a rotation coordinate of the inverter.
請求項1〜4の何れか1項に記載した電圧形インバータの制御装置において、
前記インバータの出力電圧を推定する手段は、
前記インバータの回転座標上の出力電流検出値、負荷の抵抗値及びインダクタンス値を用いて、出力電圧を推定することを特徴とする電圧形インバータの制御装置。
In the control apparatus for the voltage source inverter according to any one of claims 1 to 4,
The means for estimating the output voltage of the inverter is:
A control apparatus for a voltage source inverter, wherein an output voltage is estimated using an output current detection value, a load resistance value, and an inductance value on a rotation coordinate of the inverter.
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