JP2008295163A - Pwm inverter device - Google Patents

Pwm inverter device Download PDF

Info

Publication number
JP2008295163A
JP2008295163A JP2007136849A JP2007136849A JP2008295163A JP 2008295163 A JP2008295163 A JP 2008295163A JP 2007136849 A JP2007136849 A JP 2007136849A JP 2007136849 A JP2007136849 A JP 2007136849A JP 2008295163 A JP2008295163 A JP 2008295163A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
current
command
voltage
axis
control
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2007136849A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5018236B2 (en
JP2008295163A5 (en
Inventor
Shinya Morimoto
進也 森本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yaskawa Electric Corp
Original Assignee
Yaskawa Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yaskawa Electric Corp filed Critical Yaskawa Electric Corp
Priority to JP2007136849A priority Critical patent/JP5018236B2/en
Publication of JP2008295163A publication Critical patent/JP2008295163A/en
Publication of JP2008295163A5 publication Critical patent/JP2008295163A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5018236B2 publication Critical patent/JP5018236B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inverter device that can improve response to a current command even when a carrier frequency of PWM is low. <P>SOLUTION: A PWM inverter device includes a PWM power conversion means, which supplies electric power to a load connected; a current detection means (6), which detects a current flowing in a load (1); a current control means (8), which compares the detected current with a current command and calculates a voltage command which is supplied to the load, and a PWM control means, which sets a command to PWM power conversion according to the voltage command. In this device, a voltage command correction portion (11) is provided which calculates a voltage command correction amount based on a difference between the previous current command value and this time current command value and corrects a command to the PWM control means by adding the correction amount to the voltage command. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、モータなどの負荷の電流を制御するPWMインバータ装置に関する。   The present invention relates to a PWM inverter device that controls a current of a load such as a motor.

従来のPWMインバータ装置について、図に基づいて説明する。図3は、PWMインバータ装置の一般的な構成を示す図である。キャリア発生器4は設定したキャリア周波数に基づいて三角波を発生し、比較器3は変調波指令と前記三角波を比較してインバータ2に対するスイッチング指令を出力し、インバータ2はスイッチング指令に従ってパワー素子のON/OFFをして負荷1に電力を供給する。電流検出スタート信号発生器5は、前記三角波の頂点の位置で電流検出をするように電流検出器6への電流検出スタート信号を出力し、電流検出器6は前記電流検出スタート信号に基づいて電流を検出する。このようにすることでインバータのスイッチングの影響を受けない電流を検出することができる。また、変調波指令設定器7は入力した変調波指令を前記三角波の頂点のタイミングで比較器3に出力する。電流制御器8は前記検出した電流と電流指令とを比較して負荷に流れる電流が電流指令に一致するように電圧指令を演算する。電流制御の演算は一般的には比例積分制御(PI制御)が使われる。また、PI制御と同時に前記電流指令または前記電流と負荷のモデルに基づいて電圧のFF補償を行う場合もある。電圧補償器9は、電流制御器8が出力した電圧指令の通りの電圧になるように、インバータ回路のDC電圧の変動やスイッチングにおける電圧変動分を補償して変調波指令を演算する。電流指令演算部10は、負荷に対して流すべき電流を演算し、電流制御器8に出力する。   A conventional PWM inverter device will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a diagram showing a general configuration of the PWM inverter device. The carrier generator 4 generates a triangular wave based on the set carrier frequency, the comparator 3 compares the modulated wave command with the triangular wave and outputs a switching command to the inverter 2, and the inverter 2 turns on the power element according to the switching command. Turn OFF and supply power to load 1. The current detection start signal generator 5 outputs a current detection start signal to the current detector 6 so as to detect current at the position of the apex of the triangular wave, and the current detector 6 outputs a current based on the current detection start signal. Is detected. By doing so, it is possible to detect a current that is not affected by the switching of the inverter. The modulation wave command setting unit 7 outputs the inputted modulation wave command to the comparator 3 at the timing of the apex of the triangular wave. The current controller 8 compares the detected current with a current command and calculates a voltage command so that the current flowing through the load matches the current command. In general, proportional integral control (PI control) is used for calculation of current control. In addition, voltage FF compensation may be performed based on the current command or the current and load model simultaneously with PI control. The voltage compensator 9 calculates a modulated wave command by compensating for the DC voltage variation of the inverter circuit and the voltage variation in switching so that the voltage complies with the voltage command output by the current controller 8. The current command calculation unit 10 calculates a current that should flow through the load and outputs the current to the current controller 8.

図4は電流検出と電流演算および変調波指令の払い出しのタイミングチャートを示す。PWMの三角波頂点で電流を検出し、電流制御演算および電圧補償演算をした後に変調波を設定し、三角波の頂点のタイミングで変調波指令を更新している。
このように電流制御周期はPWMのキャリア周波数に依存しているため、電流制御応答もキャリア周波数によって制限を受けることになる。一方、キャリア周波数は大容量になる程パワーデバイスの特性により高く取れなくなる。また外部へのノイズなどの影響を低減するため、キャリア周波数を低くしなくてはならない場合もある。このような用途では十分な電流制御応答を得られないという問題がある。
このような問題に対し、電流制御ゲインを高くとった場合のオーバーシュート量を低減するため、1サンプリング周期前の電流指令を電流制御器への指令として与え、電流指令の変化率に応じたモデル電圧をフィードフォーワード出力し、電流制御器の出力とフィードフォーワード量を加算して電圧指令を求める方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。また、PWM周波数が低い場合に電流偏差が生じた場合にPWM周波数を変化させて一時的に電流制御応答を上げるようにしているものもある(例えば、特許文献2参照)。また、PWMの三角波頂点の所定時間手前で電流を検出し、検出した電流から推定した頂点位置での電流を用いて電流制御を実行し、頂点位置で電圧指令を払い出すことによって無駄時間を短縮して電流制御応答を上げる方法も提案されている(例えば、特許文献3参照)。
FIG. 4 shows a timing chart of current detection, current calculation, and delivery of a modulated wave command. The current is detected at the peak of the triangular wave of PWM, the current is calculated and the voltage compensation is calculated, the modulation wave is set, and the modulation wave command is updated at the timing of the peak of the triangular wave.
Thus, since the current control period depends on the carrier frequency of PWM, the current control response is also limited by the carrier frequency. On the other hand, the carrier frequency becomes higher due to the characteristics of the power device as the capacity increases. In addition, in order to reduce the influence of external noise or the like, the carrier frequency may have to be lowered. In such an application, there is a problem that a sufficient current control response cannot be obtained.
In order to reduce the overshoot when the current control gain is high with respect to such a problem, a current command one sampling period before is given as a command to the current controller, and the model according to the rate of change of the current command There has been proposed a method for obtaining a voltage command by outputting a voltage in a feedforward direction and adding an output of a current controller and a feedforward amount (for example, see Patent Document 1). In some cases, when a current deviation occurs when the PWM frequency is low, the PWM frequency is changed to temporarily increase the current control response (see, for example, Patent Document 2). In addition, current is detected using a current at the apex position estimated from the detected current, and the dead time is reduced by issuing a voltage command at the apex position. Thus, a method of increasing the current control response has also been proposed (see, for example, Patent Document 3).

図5において、フィードフォーワード補償演算部105は、電流指令Ia*を入力し、1サンプリング周期前の電流指令をモデル電流Iamとして出力すると共に、モデル電圧信号Vamを出力する。電流制御器107は電動機101の電流Iaとモデル電流信号Iamとの偏差を入力し補償電圧信号Va1を出力する。PWMチョッパ103は、モデル電圧信号Vamと補償電圧信号Va1とを加算して得られた1次電圧指令Va*に電動機101の1次電圧Vaが一致するように制御する。このようにすることによりゲインを高くとってもオーバーシュートを抑えることが可能となる。   In FIG. 5, a feedforward compensation calculation unit 105 receives a current command Ia *, outputs a current command one sampling period before as a model current Iam, and outputs a model voltage signal Vam. The current controller 107 inputs a deviation between the current Ia of the motor 101 and the model current signal Iam, and outputs a compensation voltage signal Va1. The PWM chopper 103 performs control so that the primary voltage Va of the motor 101 matches the primary voltage command Va * obtained by adding the model voltage signal Vam and the compensation voltage signal Va1. In this way, overshoot can be suppressed even when the gain is increased.

図6において、電流指令i1*と電流検出i1との電流偏差を電流制御器203でPI演算した電圧指令v1*を座標変換器204で3相に変換し、コンパレータ210bでキャリア発生器210aからのPWMキャリアと比較したPWMで3相インバータを制御してモータM1を駆動するインバータ装置において、PWMキャリアを低く設定し、絶対値演算器211aで電流偏差の絶対値を取り、関数器211bで電流偏差にほぼ反比例する周波数変調係数kTCを作ってキャリア周波数発生器210aのキャリア周波数をkTCで変調してキャリア周波数を電流偏差に応じて高くすると共に、電流制御器203と周波数指令を位相指令とする積分器205の積分定数をkTCで変化させて応答速度を補正すると共に乗算器209にkTCを与えて電圧指令に補正を加えることにより、電流偏差が大きくなった場合に電流制御応答を上げることができる。   In FIG. 6, a voltage command v1 * obtained by PI calculation of the current deviation between the current command i1 * and the current detection i1 by the current controller 203 is converted into three phases by the coordinate converter 204, and the comparator 210b outputs from the carrier generator 210a. In the inverter device that drives the motor M1 by controlling the three-phase inverter with PWM compared with the PWM carrier, the PWM carrier is set low, the absolute value of the current deviation is obtained by the absolute value calculator 211a, and the current deviation is obtained by the function unit 211b. The frequency modulation coefficient kTC that is almost inversely proportional to is made, the carrier frequency of the carrier frequency generator 210a is modulated by kTC to increase the carrier frequency according to the current deviation, and the current controller 203 and the integration using the frequency command as a phase command The response time is corrected by changing the integration constant of the multiplier 205 by kTC, and kTC is given to the multiplier 209 to give a voltage indication. A by adding the correction, it is possible to raise the current control response when the current deviation becomes large.

図7において、電流サンプルホールドタイミング発生部319は、三角波の正および負の頂点時刻位置から所定時間前の時刻位置にて電流をサンプルホールドを行うように電流サンプルホールド部312に指令して電流を検出し、検出した電流値に対して三角波の頂点時刻位置での電流値に近い値となるように電流補償部313で補償を加えた電流値を求めて電流制御演算を実行するようにする。つまり三角波の頂点の前に電流を検出して電流制御演算を行った後に、次の頂点の位置でPWMパルスパターンを発生するようにすることで無駄時間を低減することができる。電流制御演算では、推定した頂点位置での電流を使用し、理想的には電流リプル(ripple)成分が殆んど含まれない電流に基づいて演算を実行することになるので、三角波の周波数を上げることなく無駄時間の低減と電流制御応答の向上が図れる。
このように、従来のインバータ装置は、電流制御系の安定性向上や無駄時間の削減により電流制御応答を改善するようにするのである。
特開平11−18469号公報(第6−14頁、図1) 特開2001−37248号公報(第3−5頁、図1) 特開2005−312274号公報(第3−5頁、図1)
In FIG. 7, the current sample hold timing generation unit 319 instructs the current sample hold unit 312 to sample and hold current at a time position a predetermined time before the positive and negative vertex time positions of the triangular wave. A current control operation is performed by obtaining a current value obtained by adding the compensation by the current compensation unit 313 so that the detected current value is close to the current value at the apex time position of the triangular wave. That is, the dead time can be reduced by generating a PWM pulse pattern at the position of the next vertex after detecting the current before the vertex of the triangular wave and performing the current control calculation. In the current control calculation, the current at the estimated vertex position is used, and ideally the calculation is executed based on the current that contains almost no current ripple component. The dead time can be reduced and the current control response can be improved without increasing the time.
As described above, the conventional inverter device improves the current control response by improving the stability of the current control system and reducing the dead time.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-18469 (page 6-14, FIG. 1) JP 2001-37248 A (page 3-5, FIG. 1) Japanese Patent Laying-Open No. 2005-31274 (page 3-5, FIG. 1)

従来のインバータ装置は、電流指令モデルおよび電圧指令モデル出力を使用する方法では、電流制御ゲインが高くとれるので電流検出の変動に対する応答は上げることができるが、電流指令の反映は1サンプル遅れるため、電流指令に対する応答は上げられないという問題点があった。電流偏差に応じてキャリア周波数を操作する方法は、キャリア周波数が機器や環境により制限を受ける場合に使うことができない。また、キャリア周波数が低い場合は、電流指令の更新周期に対して電流制御周期を十分に高くできなくなる場合があり、電流指令の変化への追従性が落ちるという問題点があった。三角波の所定時間前に電流を検出する方法では、検出した電流にPWMのリプル成分が含まれ、特にスイッチングのタイミングに近い場合はスイッチングによるサージ電流なども検出されるため、頂点における電流を推定することは困難であり、また、キャリア周波数が低い場合は、電流指令変化に追従することは困難になるという問題点があった。   In the conventional inverter device, in the method using the current command model and the voltage command model output, since the current control gain can be high, the response to the fluctuation of the current detection can be increased, but the reflection of the current command is delayed by one sample, There was a problem that the response to the current command could not be raised. The method of operating the carrier frequency according to the current deviation cannot be used when the carrier frequency is limited by the device or the environment. In addition, when the carrier frequency is low, the current control cycle may not be sufficiently high with respect to the update cycle of the current command, and there is a problem that followability to changes in the current command is reduced. In the method of detecting the current before a predetermined time of the triangular wave, the detected current includes a PWM ripple component, and especially when it is close to the switching timing, a surge current due to switching is also detected, so the current at the apex is estimated. This is difficult, and when the carrier frequency is low, it is difficult to follow the change in the current command.

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、キャリア周波数が低い場合でも電流指令に対する応答を高くすることができるインバータ装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide an inverter device that can increase the response to a current command even when the carrier frequency is low.

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項1に記載の発明は、接続された負荷に電力を供給するPWM電力変換手段と、前記負荷に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記検出した電流と電流指令とを比較して前記負荷へ供給する電圧指令を計算する電流制御手段と、前記電圧指令に従ってPWM電力変換への指令を設定するPWM制御手段とを備えたPWMインバータ装置において、前記電流指令が与えられた時に、前回の電流指令値と今回の電流指令値との差分に基づいて電圧指令修正量を求め、前記電圧指令に加算して前記PWM制御手段への指令を修正する電圧指令修正部を備えたのである。
また、請求項2に記載の発明は、請求項1の発明に対し、前記電圧指令修正部として、負荷の電気的モデルに基づいた電圧変化量を演算するようにしたのである。
また、請求項3に記載の発明は、前記電圧指令修正部として、前記電流指令値の差分を用いてPI制御により演算するPI制御手段を備える機能を、請求項1または請求項2記載の発明に加えたのである。
また、請求項4に記載の発明は、請求項3の発明における前記PI制御手段として、前記電流制御手段の出力を用いて演算し、その演算結果を用いて前記電流制御手段の積分器の積分値を修正するようにしたのである。
また、請求項5に記載の発明は、請求項4の発明に対し、前記PI制御手段の比例ゲインとして、前記電流制御手段の比例ゲインと、電流制御周期と電流指令演算周期との比とから求めるようにしたのである。
In order to solve the above problem, the present invention is configured as follows.
The invention according to claim 1 compares the detected current with a current command by comparing PWM power conversion means for supplying power to a connected load, current detection means for detecting a current flowing through the load, and the current command. In a PWM inverter device comprising current control means for calculating a voltage command to be supplied to a load and PWM control means for setting a command for PWM power conversion in accordance with the voltage command, when the current command is given, A voltage command correction unit is provided that calculates a voltage command correction amount based on the difference between the current command value and the current command value and adds the voltage command correction amount to the voltage command to correct the command to the PWM control means.
According to the second aspect of the present invention, in contrast to the first aspect of the invention, the voltage command correcting unit calculates a voltage change amount based on an electrical model of a load.
Further, the invention according to claim 3 has a function comprising PI control means for calculating by PI control using the difference between the current command values as the voltage command correcting unit. It was added to.
According to a fourth aspect of the present invention, the PI control means according to the third aspect of the present invention is calculated using the output of the current control means, and the integration result of the integrator of the current control means is calculated using the calculation result. The value was corrected.
Further, the invention according to claim 5 is different from the invention according to claim 4 as a proportional gain of the PI control means, based on a proportional gain of the current control means and a ratio of a current control period and a current command calculation period. I wanted it.

また、請求項6の発明は、請求項1において前記電圧指令修正量Δvd,Δvqは、今回の電流指令と前回の電流指令の差分ΔId、ΔIqを用いた(4)式で求めることを特徴としたものである。
また、請求項7記載の発明は請求項6において前記電圧指令修正量Δvd,Δvqは、前回の電流指令と今回の電流指令との差にPI制御を施した(5)式で求めることを特徴としたものである。
また、請求項8の発明は請求項7において電流制御のサンプリング周期と電流指令を更新する電流指令演算部のサンプリング周期が異なる場合にd軸、q軸のPI制御の比例ゲインKPd’,KPq’は、(6)式で求めることを特徴としたものである。
また、請求項9の発明は請求項7において電流制御周期Tの方が電流指令演算部の演算周期Tより短い場合は、式(5)の演算をする際に、電流制御器の積分値を積分初期値とし、式(5)の演算後に変更された積分量を用いて電流制御器の積分値を修正することを特徴としたものである。
According to a sixth aspect of the present invention, in the first aspect, the voltage command correction amounts Δvd and Δvq are obtained by the equation (4) using the differences ΔId and ΔIq between the current command and the previous current command. It is a thing.
According to a seventh aspect of the present invention, in the sixth aspect, the voltage command correction amounts Δvd and Δvq are obtained by an equation (5) obtained by performing PI control on a difference between the previous current command and the current command. It is what.
The invention of claim 8 is the proportional gain K Pd ′, K of the PI control of the d-axis and q-axis when the sampling period of the current control and the sampling period of the current command calculation unit for updating the current command are different from each other. Pq ′ is characterized in that it is obtained by equation (6).
Further, in the ninth aspect of the present invention, when the current control period T I is shorter than the calculation period T v of the current command calculation unit in the seventh aspect, the integration of the current controller is performed when calculating the equation (5). The value is set as the initial integration value, and the integration value of the current controller is corrected using the integration amount changed after the calculation of Expression (5).

請求項1に記載の発明によると、電圧指令修正部により、電流指令が変化したときに即座にPWM指令に反映することができ、電流指令に対する応答を向上することができる。また、請求項2に記載の発明によると、電圧指令修正部として、負荷の電気的モデルを元に演算するようになるため、適切なPWM指令の修正が可能となる。また、請求項3に記載の発明によると、電圧指令修正部にPI制御手段を持たせることにより、PWM指令修正量の調整が可能になる。また、請求項4に記載の発明によると、前記PI制御手段を前記電流制御手段に反映させることで、次回以降の電流制御演算にも反映させることで電流応答を更に向上することができる。また、請求項5に記載の発明によると、前記PI制御手段の比例ゲインを適切に設定できる。   According to the first aspect of the present invention, when the current command changes, the voltage command correction unit can immediately reflect the change in the PWM command, and the response to the current command can be improved. According to the second aspect of the present invention, since the voltage command correcting unit is operated based on the electrical model of the load, it is possible to correct the PWM command appropriately. According to the third aspect of the present invention, the PWM command correction amount can be adjusted by providing the voltage command correction unit with the PI control means. According to the fourth aspect of the present invention, the current response can be further improved by reflecting the PI control means in the current control means and reflecting it in the current control calculation from the next time. Further, according to the invention described in claim 5, it is possible to appropriately set the proportional gain of the PI control means.

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明のインバータ装置の制御ブロック図である。図において、1は負荷、2はインバータ、3は比較器、4はキャリア発生器、5は電流検出スタート信号発生器、6 は電流検出器、7は変調波指令設定器、8は電流制御器、9は電圧補償器、10は電流指令演算部、11は電圧指令修正部である。
本実施例が従来と異なる点は電流指令を入力として電圧指令修正部を設けた点である。以下に図1のブロック図に従って動作を説明する。
図において、キャリア発生器4は設定したキャリア周波数に基づいて三角波を発生し、比較器3は変調波指令と前記三角波を比較してインバータに対するスイッチング指令を出力し、インバータ2はスイッチング指令に従ってパワー素子のON/OFFをして負荷1に電力を供給する。電流検出スタート信号発生器5は、前記三角波の頂点の位置で電流検出をするように電流検出器6への電流検出スタート信号を出力し、電流検出器6は前記電流検出スタート信号に基づいて電流を検出する。変調波指令設定器7は入力した変調波指令を前記三角波の頂点のタイミングで比較器3に出力する。電流制御器8は前記検出した電流と電流指令とを比較して負荷に流れる電流が電流指令に一致するように電圧指令を演算する。電流制御の演算は一般的には比例積分制御(PI制御)が使われる。また、PI制御と同時に前記電流指令または前記電流と負荷のモデルに基づいて電圧のFF補償を行う場合もある。例えば、負荷が3相同期モータの場合は、以下のようにする。回転子の磁極位置に座標系を設定し、座標系の磁束成分方向をd軸、それと直交するトルク成分方向をq軸とすると、モータモデルは式(1)のように表せる。
FIG. 1 is a control block diagram of the inverter device of the present invention. In the figure, 1 is a load, 2 is an inverter, 3 is a comparator, 4 is a carrier generator, 5 is a current detection start signal generator, 6 is a current detector, 7 is a modulation wave command setter, and 8 is a current controller. , 9 is a voltage compensator, 10 is a current command calculation unit, and 11 is a voltage command correction unit.
This embodiment is different from the prior art in that a voltage command correction unit is provided with a current command as an input. The operation will be described below with reference to the block diagram of FIG.
In the figure, a carrier generator 4 generates a triangular wave based on a set carrier frequency, a comparator 3 compares a modulated wave command with the triangular wave and outputs a switching command for the inverter, and the inverter 2 is a power element according to the switching command. Turn on / off and supply power to load 1. The current detection start signal generator 5 outputs a current detection start signal to the current detector 6 so as to detect current at the position of the apex of the triangular wave, and the current detector 6 outputs a current based on the current detection start signal. Is detected. The modulation wave command setting unit 7 outputs the input modulation wave command to the comparator 3 at the timing of the apex of the triangular wave. The current controller 8 compares the detected current with the current command, and calculates a voltage command so that the current flowing through the load matches the current command. In general, proportional integral control (PI control) is used for calculation of current control. In addition, voltage FF compensation may be performed based on the current command or the current and load model simultaneously with PI control. For example, when the load is a three-phase synchronous motor, the following is performed. When a coordinate system is set at the magnetic pole position of the rotor, the magnetic flux component direction of the coordinate system is d-axis, and the torque component direction orthogonal to it is q-axis, the motor model can be expressed as equation (1).

ただし、Id,Iqはdq軸電流、vd,vqはdq軸電圧、Rは一次抵抗、Ld,Lqはdq軸インダクタンス、ωは回転速度(電気角)、φは誘起電圧定数である。
このようなモデルの電流を制御する場合、3相のうち少なくとも2相を検出し、検出した電流をモータの磁極位置を用いて座標変換することによりdq軸電流Id, Iqを求め、dq軸電流指令Id*,Iq*と比較することにより制御する。一般的に式(2)のようなPI制御により電流を制御する。d軸、q軸のPI制御出力vacrd, vacrqは(2)で求める。
However, Id and Iq are dq axis currents, vd and vq are dq axis voltages, R is a primary resistance, Ld and Lq are dq axis inductances, ω is a rotation speed (electrical angle), and φ is an induced voltage constant.
When controlling the current of such a model, dq-axis current Id and Iq are obtained by detecting at least two phases out of the three phases and coordinate-converting the detected current using the magnetic pole position of the motor. Control by comparing with commands Id * and Iq *. In general, the current is controlled by PI control as shown in Equation (2). The d-axis and q-axis PI control outputs vacrd and vacrq are obtained in (2).

ただし、KPd,KPqはそれぞれd軸とq軸の比例ゲイン、TId,TIqはd軸とq軸の積分時定数、である。さらに、応答性を上げるためフィードフォーワードを式(1)のモデルに基づいて例えば式(3)のようにして求める。 Here, K Pd and K Pq are the proportional gains of the d axis and the q axis, respectively, and T Id and T Iq are the integration time constants of the d axis and the q axis, respectively. Further, in order to improve the responsiveness, the feed forward is obtained as shown in, for example, Expression (3) based on the model of Expression (1).

これを(2)式のPI制御出力に加算してdq軸電圧指令vd*, vq* を求める。ここで、フィードフォーワードの演算に使用する電流として電流指令を使う場合もある。また、一次抵抗に関する項は省略される場合もある。求められたvd*, vq* からモータの磁極位置を用いて3相電圧指令に変換して出力することで、モータの電流を制御することができる。ただし、インバータのスイッチング素子の特性やインバータに入力されたDC電圧が想定した電圧と異なる場合など、電圧指令通りの電圧を出力できない。そのため、これらの電圧変動分を補償する必要がある。電圧補償器9は、電流制御器が出力した電圧指令の通りの電圧になるように、インバータ回路のDC電圧の変動やスイッチングにおける電圧変動分を補償して変調波指令を演算する。電圧変動の主な要因としては、電流が流れたときのスイッチング素子の電圧降下、スイッチング時の短絡防止のためのデッドタイムによる電圧変動、電源電圧変動があり、これらを補償する。これらの補償を施して変調波指令を作成し、変調波指令設定器7に出力する。 This is added to the PI control output of equation (2) to obtain dq axis voltage commands vd * , vq * . Here, there is a case where a current command is used as a current used for calculation of feedforward. Moreover, the term regarding primary resistance may be omitted. The motor current can be controlled by converting the obtained vd * , vq * into a three-phase voltage command using the magnetic pole position of the motor and outputting it. However, when the characteristics of the switching elements of the inverter and the DC voltage input to the inverter are different from the assumed voltage, it is not possible to output a voltage as specified by the voltage command. Therefore, it is necessary to compensate for these voltage fluctuations. The voltage compensator 9 calculates a modulated wave command by compensating for the DC voltage variation of the inverter circuit and the voltage variation in switching so that the voltage complies with the voltage command output by the current controller. The main causes of the voltage fluctuation include a voltage drop of the switching element when a current flows, a voltage fluctuation due to a dead time for preventing a short circuit during switching, and a power supply voltage fluctuation, which are compensated for. A modulation wave command is created by performing these compensations, and is output to the modulation wave command setting unit 7.

電流指令演算部10は、負荷に対して流すべき電流を演算し、電流制御器8および電圧指令修正部11へ演算した電流指令を出力する。モータの場合の電流指令は、ユーザあるいは他のコントローラなどから与えられたトルク指令や、速度制御する場合は、実際のモータの速度が指令速度に一致するようにトルク指令を演算する。
電圧指令修正部11は入力された電流指令と前回の電流指令との差分に基づき、電圧の変化量を求めて電圧補償器9の出力に対して補正を加えた後、変調波指令設定器7に出力する。
電圧変化量は3相同期モータを制御する場合、例えば式(3)から以下のようにして電圧変化量Δvd,Δvqを求める。
The current command calculation unit 10 calculates a current to be supplied to the load, and outputs the calculated current command to the current controller 8 and the voltage command correction unit 11. The current command in the case of a motor is a torque command given by a user or another controller, or in the case of speed control, the torque command is calculated so that the actual motor speed matches the command speed.
Based on the difference between the input current command and the previous current command, the voltage command correction unit 11 obtains the amount of change in voltage and corrects the output of the voltage compensator 9. Output to.
When the three-phase synchronous motor is controlled, for example, the voltage change amounts Δvd and Δvq are obtained from the equation (3) as follows.

ここで、電動機回転子と同期して回転するdq軸回転座標系を用いIdn,Iqnは今回のd軸、q軸の電流指令、Idn-1,Iqn-1は前回のd軸、q軸の電流指令である。
求めた電圧変化量Δvd,Δvqを前回の電圧補償器8の出力に加算することにより、電圧指令を修正し、変調波指令設定器に出力する。
Here, Id n, Iq n is the current d-axis current command of the q-axis, Id n-1, Iq n -1 the previous d-axis using the dq-axis rotating coordinate system that rotates in synchronization with the motor rotor , Q-axis current command.
By adding the obtained voltage change amounts Δvd and Δvq to the previous output of the voltage compensator 8, the voltage command is corrected and output to the modulation wave command setter.

電圧変化量の演算において、実施例1の方法では、モデルと実際のもののパラメータに誤差があった場合に正確に補償できない場合がある。これに対応するために前回の電流指令と今回の電流指令との差にPI制御を施すようにする。(5)式においてKPd’,KPq’は各々d軸、q軸のPI制御の比例ゲイン、TId、TIqは各々d軸、q軸のPI制御の積分定数、sはラプラス演算子である。 In the calculation of the amount of voltage change, the method according to the first embodiment may not be able to accurately compensate when there is an error between the model and the actual parameter. In order to cope with this, PI control is performed on the difference between the previous current command and the current command. In Equation (5), K Pd ′ and K Pq ′ are the proportional gains of the d-axis and q-axis PI control, T Id and T Iq are the d-axis and q-axis PI control integration constants, respectively, and s is the Laplace operator. It is.

更に、式(4)と式(5)の和を電圧変化量とすれば余分な積分がされず応答も改善する。ここで、PI制御の比例ゲインKPd’,KPq’ は電流制御ゲインと同等に設定するのが望ましいが、電流制御のサンプリング周期と電流指令を更新する電流指令演算部10のサンプリング周期が異なるため、これらの周期の違いによっては電流制御が安定でなくなる場合がある。これを解消するため、比例ゲインは電流制御器8の比例ゲインに電流制御周期TIと電流指令演算部10の演算周期TVとの比を乗じ、 Furthermore, if the sum of Equation (4) and Equation (5) is used as the amount of voltage change, no excessive integration is performed and the response is improved. Here, it is desirable to set the proportional gains K Pd ′ and K Pq ′ of PI control to be equal to the current control gain, but the sampling cycle of the current control and the sampling cycle of the current command calculation unit 10 for updating the current command are different. Therefore, the current control may not be stable depending on the difference between these periods. In order to eliminate this, the proportional gain multiplies the proportional gain of the current controller 8 by the ratio of the current control period TI and the calculation period TV of the current command calculation unit 10;

とすることにより安定化できる。
また、電流制御周期の方が速い場合は、式(5)の積分と電流制御器8の積分を連動させることにより、更に応答を改善できる。つまり、式(5)の演算をする際に、電流制御器8の積分値を積分初期値とし、式(5)の演算後に変更された積分量を用いて電流制御器8の積分値を修正する。
Can be stabilized.
When the current control cycle is faster, the response can be further improved by linking the integration of the equation (5) with the integration of the current controller 8. That is, when the calculation of equation (5) is performed, the integration value of current controller 8 is used as the initial integration value, and the integration value of current controller 8 is corrected using the integration amount changed after calculation of equation (5). To do.

図2は本発明における電流指令設定、電流検出、電流演算、電圧指令修正演算および変調波指令の払い出しのタイミングチャートを示す。PWMの三角波頂点で電流を検出し、電流制御演算および電圧補償演算をした後に変調波を設定し、三角波の頂点のタイミングで変調波指令を更新している点は従来と同じである。図2では電流制御の周期よりも遅く、非同期の周期で電流指令を設定する例を示している。図2において、t1の時点で設定された電流指令は、t2の時点から開始される電流制御演算に用いられて電圧指令を得て、t3の時点で変調波が設定されて電圧が出力される。最悪の場合、指令を反映した出力が、電流制御の2周期分だけ遅れることになる。これに対し、電圧指令修正演算は、電流指令が変化した直後に演算され、即座に変調波指令が設定される。t1の時点の指令に対してt4の時点で反映される。つまり、電流制御の1周期分だけ早いタイミングで設定されるため、電流指令の変化に即座に対応することが可能となる。
最近では、負荷分散のために複数のプロセッサが使用され、電流制御と電流指令演算は別のプロセッサで実行される場合がある。このような場合、電流指令演算部から電流指令を書き込む際に、電流制御用プロセッサに対して割り込みを発生させ、電流制御用プロセッサ側で本発明の電圧指令修正機能を持たせることで実現する。
FIG. 2 shows a timing chart of current command setting, current detection, current calculation, voltage command correction calculation, and modulation wave command delivery in the present invention. The current is detected at the peak of the triangular wave of PWM, the modulation wave is set after the current control calculation and the voltage compensation calculation, and the modulation wave command is updated at the timing of the peak of the triangular wave. FIG. 2 shows an example in which the current command is set in an asynchronous cycle that is later than the current control cycle. In FIG. 2, the current command set at the time t1 is used for the current control calculation started from the time t2 to obtain a voltage command, and the modulation wave is set and the voltage is output at the time t3. . In the worst case, the output reflecting the command is delayed by two cycles of current control. On the other hand, the voltage command correction calculation is calculated immediately after the current command changes, and the modulation wave command is set immediately. It is reflected at time t4 with respect to the command at time t1. That is, since it is set at a timing earlier by one cycle of current control, it is possible to immediately respond to a change in current command.
Recently, a plurality of processors are used for load distribution, and current control and current command calculation may be executed by different processors. In such a case, when the current command is written from the current command calculation unit, an interrupt is generated for the current control processor, and the current control processor is provided with the voltage command correction function of the present invention.

本発明は、電流制御とは別に、電流指令を更新したタイミングで電圧指令を修正するようにすることによって、電流指令を即座に反映させることができ、電流指令に対する応答を上げることができる。   According to the present invention, by correcting the voltage command at the timing when the current command is updated separately from the current control, the current command can be reflected immediately and the response to the current command can be improved.

本発明の実施例を示すインバータ装置の制御ブロック図Control block diagram of inverter device showing an embodiment of the present invention 本発明の実施例における電流制御のタイムチャートTime chart of current control in an embodiment of the present invention 従来のインバータ装置の制御ブロック図Control block diagram of conventional inverter device 従来のインバータ装置における電流制御のタイムチャートTime chart of current control in conventional inverter device 従来のインバータ装置における電流制御ブロック図の例1Example 1 of a current control block diagram in a conventional inverter device 従来のインバータ装置における電流制御ブロック図の例2Example 2 of a current control block diagram in a conventional inverter device 従来のインバータ装置における電流制御ブロック図の例3Example 3 of current control block diagram in conventional inverter device

符号の説明Explanation of symbols

1 負荷
2 インバータ
3 比較器
4 キャリア発生器
5 電流検出スタート信号発生器
6 電流検出器
7 変調波指令設定器
8 電流制御器
9 電圧補償器
10 電流指令演算部
11 電圧指令修正部
101 電動機
102 電流検出器
103 PWMチョッパ
104 電流制御部
105 フィードフォーワード補償演算部
106 比較器
107 電流制御器
108 加算器
110 電流指令発生器
201 電流指令発生器
202 比較器
203 電流制御器
203a 比例演算器
203b 積分演算器
203c 加算器
204 座標変換器
205 積分器
206 座標変換器
209 乗算器
210a キャリア発生器
210b コンパレータ
211a 絶対値演算器
211b 関数器
301 インバータ装置
302 交流電動機
311 電流検出部
312 電流サンプルホールド部
313 電流補償部
314 電流制御演算部
315 PWMパルスパターン発生部
316 PWMインバータ
317 三角波発生部
318 電圧指令更新タイミング発生部
319 電流サンプルホールドタイミング発生部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Load 2 Inverter 3 Comparator 4 Carrier generator 5 Current detection start signal generator 6 Current detector 7 Modulation wave command setter 8 Current controller 9 Voltage compensator 10 Current command calculation part 11 Voltage command correction part 101 Electric motor 102 Current Detector 103 PWM chopper 104 Current controller 105 Feedforward compensation calculator 106 Comparator 107 Current controller 108 Adder 110 Current command generator 201 Current command generator 202 Comparator 203 Current controller 203a Proportional calculator 203b Integration calculation Unit 203c Adder 204 Coordinate converter 205 Integrator 206 Coordinate converter 209 Multiplier 210a Carrier generator 210b Comparator 211a Absolute value calculator 211b Function unit 301 Inverter unit 302 AC motor 311 Current detector 312 Current sample hold unit 313 Current compensation 314 current control calculation unit 315 PWM pulse pattern generating section 316 PWM inverter 317 triangular wave generating unit 318 voltage command update timing generator 319 current sample-and-hold timing generator

Claims (9)

接続された負荷に電力を供給するPWM電力変換手段と、前記負荷に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記検出した電流と電流指令とを比較して前記負荷へ供給する電圧指令を計算する電流制御手段と、前記電圧指令に従ってPWM電力変換への指令を設定するPWM制御手段とを備えたPWMインバータ装置において、
前記電流指令が与えられた時に、前回の電流指令値と今回の電流指令値との差分に基づいて電圧指令修正量を求め、前記電圧指令修正量を前記電圧指令に加算して前記PWM制御手段への前記電圧指令を修正する電圧指令修正部を備えたことを特徴とするPWMインバータ装置。
PWM power conversion means for supplying power to the connected load, current detection means for detecting current flowing through the load, and comparing the detected current and current command to calculate a voltage command to be supplied to the load In a PWM inverter device comprising current control means and PWM control means for setting a command to PWM power conversion according to the voltage command,
When the current command is given, a voltage command correction amount is obtained based on a difference between the previous current command value and the current current command value, and the voltage control correction amount is added to the voltage command, and the PWM control means A PWM inverter device comprising a voltage command correcting unit that corrects the voltage command to the motor.
前記電圧指令修正部は、負荷の電気的モデルに基づいた電圧変化量を演算することを特徴とする請求項1記載のPWMインバータ装置。   2. The PWM inverter device according to claim 1, wherein the voltage command correction unit calculates a voltage change amount based on an electrical model of a load. 前記電圧指令修正部は、前記電流指令値の差分を用いてPI制御により演算するPI制御手段を備えることを特徴とする請求項1または2記載のPWMインバータ装置。   3. The PWM inverter device according to claim 1, wherein the voltage command correcting unit includes PI control means for calculating by PI control using a difference between the current command values. 前記PI制御手段は、前記電流制御手段の出力を用いて演算し、その演算結果を用いて前記電流制御手段の積分器の積分値を修正することを特徴とする請求項3のPWMインバータ装置。   4. The PWM inverter device according to claim 3, wherein the PI control means calculates using an output of the current control means, and corrects an integral value of an integrator of the current control means using a result of the calculation. 前記PI制御手段の比例ゲインは、前記電流制御手段の比例ゲインと、電流制御周期と電流指令演算周期との比とから決定することを特徴とする請求項4記載のPWMインバータ装置。   5. The PWM inverter device according to claim 4, wherein the proportional gain of the PI control means is determined from a proportional gain of the current control means and a ratio of a current control period and a current command calculation period. 前記電圧指令修正量Δvd,Δvqは、今回の電流指令と前回の電流指令の差分ΔId、ΔIqを用いた次式で求めることを特徴とする請求項1記載のPWMインバータ装置。

ここで、電動機回転子と同期して回転するdq軸回転座標系を用いIdn,Iqnは今回のd軸、q軸の電流指令、Idn-1,Iqn-1は前回のd軸、q軸の電流指令、Rは一次抵抗、Ld、Lqは各々d軸インダクタンス、q軸インダクタンス、ωは回転速度である。
2. The PWM inverter device according to claim 1, wherein the voltage command correction amounts [Delta] vd and [Delta] vq are obtained by the following equations using differences [Delta] Id and [Delta] Iq between the current command and the previous current command.

Here, Id n, Iq n is the current d-axis current command of the q-axis, Id n-1, Iq n -1 the previous d-axis using the dq-axis rotating coordinate system that rotates in synchronization with the motor rotor , Q-axis current command, R is primary resistance, Ld and Lq are d-axis inductance, q-axis inductance, and ω is rotational speed, respectively.
前記電圧指令修正量Δvd,Δvqは、前回の電流指令と今回の電流指令との差にPI制御を施した次式で求めることを特徴とする請求項6記載のPWMインバータ装置。

ここで、KPd’,KPq’は各々d軸、q軸のPI制御の比例ゲイン、TId、TIqは各々d軸、q軸のPI制御の積分定数、sはラプラス演算子である。
7. The PWM inverter device according to claim 6, wherein the voltage command correction amounts [Delta] vd, [Delta] vq are obtained by the following equation in which PI control is performed on the difference between the previous current command and the current command.

Here, K Pd ′ and K Pq ′ are proportional gains for PI control of d-axis and q-axis, respectively, T Id and T Iq are integration constants for PI control of d-axis and q-axis, respectively, and s is a Laplace operator. .
電流制御のサンプリング周期と電流指令を更新する電流指令演算部のサンプリング周期が異なる場合にd軸、q軸のPI制御の比例ゲインKPd’、KPq’は、次式で求めることを特徴とする請求項7記載のPWMインバータ装置。

ここで、KPd 、KPqは電流制御器の比例ゲイン、Tは電流制御周期、Tは電流指令演算部の演算周期である。
When the sampling period of the current control and the sampling period of the current command calculation unit that updates the current command are different, the proportional gains K Pd ′ and K Pq ′ of the PI control of the d-axis and the q-axis are obtained by the following equations: The PWM inverter device according to claim 7.

Here, K Pd and K Pq are the proportional gains of the current controller, T I is the current control period, and T v is the calculation period of the current command calculation unit.
電流制御周期Tの方が電流指令演算部の演算周期Tより短い場合は、式(5)の演算をする際に、電流制御器の積分値を積分初期値とし、式(5)の演算後に変更された積分量を用いて電流制御器の積分値を修正することを特徴とする請求項7記載のPWMインバータ装置。 If towards the current control period T I is shorter than the calculation period T v of the current calculation unit, at the time of the calculation of the equation (5), the integral value of the current controller as the integral initial value, the formula (5) 8. The PWM inverter device according to claim 7, wherein the integration value of the current controller is corrected using the integration amount changed after the calculation.
JP2007136849A 2007-05-23 2007-05-23 PWM inverter device Active JP5018236B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007136849A JP5018236B2 (en) 2007-05-23 2007-05-23 PWM inverter device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007136849A JP5018236B2 (en) 2007-05-23 2007-05-23 PWM inverter device

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2008295163A true JP2008295163A (en) 2008-12-04
JP2008295163A5 JP2008295163A5 (en) 2011-12-08
JP5018236B2 JP5018236B2 (en) 2012-09-05

Family

ID=40169341

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007136849A Active JP5018236B2 (en) 2007-05-23 2007-05-23 PWM inverter device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5018236B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016205300B4 (en) 2016-03-31 2019-08-08 Wago Verwaltungsgesellschaft Mbh Current regulation of a pulse width modulated converter
WO2024034113A1 (en) * 2022-08-12 2024-02-15 日立Astemo株式会社 Inverter control device

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1118469A (en) * 1997-06-24 1999-01-22 Mitsubishi Electric Corp Digital current controller for motor
JP2001037248A (en) * 1999-07-23 2001-02-09 Meidensha Corp Inverter
JP2005312274A (en) * 2004-04-26 2005-11-04 Mitsubishi Electric Corp Control device for ac motor
JP2006109635A (en) * 2004-10-06 2006-04-20 Fuji Electric Holdings Co Ltd Power conversion controller

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1118469A (en) * 1997-06-24 1999-01-22 Mitsubishi Electric Corp Digital current controller for motor
JP2001037248A (en) * 1999-07-23 2001-02-09 Meidensha Corp Inverter
JP2005312274A (en) * 2004-04-26 2005-11-04 Mitsubishi Electric Corp Control device for ac motor
JP2006109635A (en) * 2004-10-06 2006-04-20 Fuji Electric Holdings Co Ltd Power conversion controller

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016205300B4 (en) 2016-03-31 2019-08-08 Wago Verwaltungsgesellschaft Mbh Current regulation of a pulse width modulated converter
WO2024034113A1 (en) * 2022-08-12 2024-02-15 日立Astemo株式会社 Inverter control device

Also Published As

Publication number Publication date
JP5018236B2 (en) 2012-09-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9471047B2 (en) Motor control apparatus having part for phase compensation
TWI654827B (en) Converter control device and motor driving system
JP2008109850A (en) Method and system for controlling synchronous motor drive system
US9483036B2 (en) Motor control apparatus having part for phase compensation
US9166513B2 (en) Inverter apparatus, method of controlling inverter apparatus, and electric motor drive system
JP3843391B2 (en) Synchronous motor drive
CN107968611B (en) Synchronous motor control circuit and control method
JP2010011600A (en) Controller for rotating machine, and control system for rotating machine
JP5510842B2 (en) Three-phase motor control device, three-phase motor system, three-phase motor control method and program
JP5779862B2 (en) Rotating machine control device
JP2009142112A (en) Motor controller and its control method
JP5412820B2 (en) AC motor control device and control method
US10931213B2 (en) Control apparatus for a synchronous motor
JP6579195B2 (en) Power control method and power control apparatus
JP5233427B2 (en) Rotating machine control device and rotating machine control system
JP2015165757A (en) Inverter controller and control method
JP5473289B2 (en) Control device and control method for permanent magnet type synchronous motor
JP5018236B2 (en) PWM inverter device
JP2013141345A (en) Motor control device and air conditioner
Casadei et al. A robust method for field weakening operation of induction motor drives with maximum torque capability
JP6358834B2 (en) Vector control device, inverter incorporating the same, and inverter and motor setting device incorporating the same
JP2010166633A (en) Controller and control system of rotating machine
Casadei et al. Field-weakening control schemes for high-speed drives based on induction motors: a comparison
WO2017122490A1 (en) Motor control system
JP2015126607A (en) Motor control system

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20100217

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20111026

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20120206

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120215

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20120216

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120416

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120515

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120528

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5018236

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150622

Year of fee payment: 3