JP2009124871A - V/f control system of synchronous electric motor - Google Patents
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Description
本発明は、同期電動機のV/f制御装置に係り、特に、低慣性の特徴を持つ同期電動機のV/f安定化制御に関する。 The present invention relates to a synchronous motor V / f control device, and more particularly to V / f stabilization control of a synchronous motor having a low inertia characteristic.
永久磁石同期電動機は、通常、回転子の磁極位置情報を位置センサで検出する必要があるが、使用環境によっては位置センサの取り付けが困難、あるいは低コスト化や位置センサ故障回避のために、位置センサがなくても駆動できるセンサレス制御法が数多く提案されている。 Permanent magnet synchronous motors usually require the position sensor to detect the magnetic pole position information of the rotor. However, depending on the usage environment, it may be difficult to attach the position sensor, or the position may be reduced in order to reduce costs and avoid position sensor failure. Many sensorless control methods that can be driven without a sensor have been proposed.
V/f制御法は、電動機の一次電圧を回転数に合わせて一定に制御する手法であり、基本的に位置センサや電流センサを用いないオープンループ構成となる。しかし、V/f制御法を同期電動機の駆動装置に適用した場合は、磁極位置を検出していないために負荷の急変などによって不安定な制御状態を招き、場合によっては脱調する可能性が高い。 The V / f control method is a method of controlling the primary voltage of the motor to be constant according to the rotation speed, and basically has an open loop configuration in which no position sensor or current sensor is used. However, when the V / f control method is applied to a synchronous motor drive device, the magnetic pole position is not detected, so that an unstable control state is caused by a sudden change in the load, and there is a possibility of stepping out in some cases. high.
図7は、一般的な電圧形PWMインバータによる同期電動機の駆動装置である。この装置をV/f制御法で制御する場合に脱調なく安定化を図るために、同期電動機1の2相の電流を交流電流センサ2で検出し、このモータ電流に含まれる脈動成分をコントローラ3で抽出することでPWMインバータ4の制御位相を補正する。5はPWMインバータ4の直流電圧源、6は平滑コンデンサである。
FIG. 7 shows a driving apparatus for a synchronous motor using a general voltage source PWM inverter. In order to stabilize the apparatus without step-out when this apparatus is controlled by the V / f control method, the two-phase current of the
このV/f制御における安定化手法として、モータ電流検出値をインバータ出力電圧基準のγδ座標(インバータの電圧ベクトル方向をδ軸として、δ軸より90度遅れた位相をγ軸とするインバータの直交座標)に変換し、δ軸電流の脈動成分を周波数指令値にフィードバックして安定化する手法がある(例えば、非特許文献1参照)。この手法では電流をフィードバックすることで負荷変動にも対応できる。 As a stabilization method in this V / f control, the motor current detection value is the inverter output voltage reference γδ coordinate (the inverter voltage vector direction is the δ axis, and the inverter orthogonality with the phase delayed 90 degrees from the δ axis as the γ axis) There is a method of converting the pulsation component of the δ-axis current to a frequency command value and stabilizing it (for example, see Non-Patent Document 1). This method can cope with load fluctuations by feeding back current.
図8の(a)は、非特許文献1等で提案される同期電動機のV/f安定化制御の構成図である。V/f制御装置になるコントローラ3は、基本的にはf/V変換器31では周波数指令値ω*から所望の電圧振幅値になる電圧指令V*を求める。このf/V変換は、駆動する同期電動機の定格速度と定格電圧の比率を用いる。積分器32は周波数指令値ω*の積分によってインバータ電圧指令値の位相θを求める。これら電圧指令V*(vδ*)と位相θおよびγ軸成分の電圧指令vγ*から座標変換器33がPWMインバータ4の3相電圧指令値に変換する。PWMインバータ4は、各種PWM手法、例えば一般的な三角波比較PWM方式などによってインバータをPWM制御する。
(A) of FIG. 8 is a block diagram of the V / f stabilization control of the synchronous motor proposed in
V/f安定化制御手段として、座標変換器34は電流センサ2で検出するモータ電流iu,iwを、PWMインバータの出力電圧の位相情報θを基に座標変換してγ、δ軸の電流iγ,iδに変換し、安定化処理部35は座標変換器34からのδ軸電流iδを用いて補正周波数Δωを求め、補正周波数Δωで周波数指令値ω*をω1*に補正する。安定化処理部35は、例えば、図8の(b)に示す構成とし、ハイパスフィルタ35Aで直流に近い成分をカットして脈動成分(補正周波数Δω)のみを抽出し、安定化ゲイン設定器35Bで補正ゲインKiを決定する。
As a V / f stabilization control means, the
上記の同期電動機のV/f安定化手法を低慣性のPMモータに適用した場合、フィードバックループに積分器が入るため、負荷変動や速度変動に対し、オーバーシュートや振動成分が残り、静定にも時間がかかる。この現象を改善する他のV/f安定化制御方法として、q軸トルク電流の脈動成分をインバータd軸電圧に直接フィードバックして(比例項)、応答の速い安定化制御を実現する方法も提案されている(例えば、非特許文献2参照)。 When the above-mentioned synchronous motor V / f stabilization method is applied to a low-inertia PM motor, an integrator is inserted in the feedback loop, so overshoot and vibration components remain for load fluctuations and speed fluctuations. It takes time. As another V / f stabilization control method that improves this phenomenon, a method is also proposed in which the pulsation component of the q-axis torque current is directly fed back to the inverter d-axis voltage (proportional term) to achieve a quick response stabilization control. (For example, see Non-Patent Document 2).
なお、モータ電流を検出するセンサを不要にする手法として、インバータの直流電流をシャント抵抗等で検出し、この直流電流からモータ電流を演算する手法もある(例えば、非特許文献3参照)。
永久磁石同期電動機のV/f制御装置において、前記の非特許文献1や2の手法では、モータ電流(少なくとも2相分)を検出して脈動成分を抽出し、その脈動を打ち消す方向に周波数指令値や電圧指令値を調整するフィードバック制御を行っている。このV/f制御には交流電流センサが必要となるが、実用上はモータの過電流保護などの安全装置にもつ交流電流センサを利用することができる。しかし、低コストおよび小型化重視の用途では交流電流センサがコスト高の要因となるし、実装スペースの問題も発生する。
In the V / f control device for a permanent magnet synchronous motor, the methods of
この点、非特許文献3の手法は、インバータの直流電流を1つのシャント抵抗で検出し、この直流電流から3相のモータ電流を再現することができ、3相電流を再現した後は非特許文献1あるいは2の手法を用いて、図8のようなブロック構成にしたV/f安定化制御が考えられる。また、交流電流センサが不要となるため、低コスト化が実現できる。さらに、シャント抵抗器の両端電圧を直流電流情報として過電流保護を行っている場合にはシャント抵抗の追加が不要となる。
In this respect, the method of Non-Patent
ここで、PWMインバータの直流電流は図9のようにPWMパルスを含んだ波形となる。この瞬時のパルス電流値は、交流電流のいずれの相の情報を持っているので、PWMインバータの通電パターンから把握できる。そこで、非特許文献3ではパルス電流値を入手できるタイミングでA/D変換して、その瞬時電流値を基にモータの交流電流値を推定・再現している。このため、PWMインバータの直流電流からモータの交流3相電流を再現するには、高速のA/D変換器および複雑なソフトウェア演算処理が必要となる。
Here, the direct current of the PWM inverter has a waveform including a PWM pulse as shown in FIG. Since this instantaneous pulse current value has information of any phase of the alternating current, it can be grasped from the energization pattern of the PWM inverter. Therefore, in
特に、PWM制御のキャリア周波数を高くする用途、あるいは高速回転駆動を必要とする用途では、A/D変換処理も高速に行う必要があり、コストアップの要因となるし、モータ電流の再現が困難となることが予測される。 In particular, in applications that increase the carrier frequency of PWM control or applications that require high-speed rotation drive, A / D conversion processing must also be performed at high speed, which increases costs and makes it difficult to reproduce motor current. It is predicted that
これら課題を解決するものとして、インバータ直流母線のパルス状の電流からPWMキャリア成分を除去するローパスフィルタ等を用いて平均化処理し、この直流平均電流に含まれる脈動成分(周波数変動分)を抑制するように周波数指令値を補正、またはインバータの直流平均電流に直流電圧検出値を乗じて直流平均電力を求め、この直流平均電力に含まれる脈動成分(周波数変動分)を抑制するように周波数指令値を補正するV/f制御装置を本願出願人は既に提案している。この提案では、安定化ゲイン設定器35Bの出力を周波数指令値ω*が高くなるほど低くした補正値Δωを求めること、または直流平均電流または直流平均電力の検出値を周波数指令値ω*で除算してトルク推定値を求め、このトルク推定値から直流に近い成分をカットした脈動成分を抽出して周波数指令値ω*を補正することも提案している。
To solve these problems, average processing is performed using a low-pass filter that removes the PWM carrier component from the pulsed current of the inverter DC bus, and the pulsation component (frequency fluctuation) contained in this DC average current is suppressed. The frequency command value is corrected so that the DC average current is obtained by multiplying the DC average current of the inverter by the DC voltage detection value, and the pulsation component (frequency fluctuation) contained in this DC average power is suppressed. The present applicant has already proposed a V / f control device for correcting the value. In this proposal, the correction value Δω is obtained by lowering the output of the
上記の直流平均電力による安定化制御のブロック構成図を図10の(a)に示す。図8における交流電流センサ2に代えて、直流母線の電流をシャント抵抗器7で検出し、シャント抵抗器7で検出するインバータ直流母線電流に比例した電圧vshからフィルタ平均処理部(ローパスフィルタ)36で平均化処理した平均化電流idcを求める。この平均化電流idcは図11に示すように有効電流分になる。PWMインバータ4の直流電圧Vdcを電圧検出器8で検出する。3相電圧指令値生成部37は、電圧指令瞬時値Vmと位相θからPWMインバータ4の3相電圧指令V*を生成する。この演算式は下記のようになる。PWMインバータのスイッチングパターン生成方法は任意であるが、例えばキャリア比較方式によって電圧指令値とキャリア波をコンパレートしてPWM信号を生成し、PWMインバータおよび電動機を駆動する。
FIG. 10A shows a block configuration diagram of the stabilization control using the DC average power. In place of the AC
安定化処理部35は、図10の(b)に示すように、直流電圧Vdcと平均化電流idcを乗算器35Cで乗じて直流平均電力を求め、この直流平均電力を割り算器35Dで周波数指令値ω*で除算し、トルク推定値(T^=P/ω*)を求め、これをハイパスフィルタ35Aの入力とする。この安定化処理により、直流電流・直流電圧検出値および周波数指令値からトルク推定値を演算して、そのトルク脈動成分を抑制するように周波数指令値を補正するので、高負荷時や高速回転時においても常にトルク変動に基づいて安定化制御を行うことができ、同期電動機のトルク変動に応じて全速度/全負荷領域でより安定なV/f制御を実現できる。
As shown in FIG. 10B, the
ここで、図10の装置構成では、V/f制御を不安定にするトルク脈動を検出し、その脈動を抑制するように周波数指令値ω*を変化させているが、周波数指令値ω1*の積分で得られる位相θから見ると、周波数フィードバックゲインKiによる位相補正は一次遅れの応答(積分項)となる。この一次遅れは、通常の一般的な電動機であれば問題にはならないが、機械的時定数の小さい低慣性モータ(例えば超高速回転が必要な電動機等)であると、負荷トルク変動等の外乱に対して補償が遅れ、トルク変動の整定に時間がかかり、振動的な挙動となる。このことは、非特許文献2に詳細に言及されている。
Here, in the device structure of FIG. 10, to detect the torque pulsation to destabilize the V / f control, but by changing the frequency command value omega * to suppress the pulsation frequency command value .omega.1 * of Viewed from the resulting phase θ by integrating the phase corrected by the frequency feedback gain K i is the response of a first-order lag (integral term). This first-order lag is not a problem for ordinary general motors, but for low-inertia motors with a small mechanical time constant (for example, motors that require ultra-high speed rotation), disturbances such as load torque fluctuations However, the compensation is delayed, and it takes time to settle the torque fluctuation, resulting in vibrational behavior. This is described in detail in Non-Patent
本発明の目的は、低慣性の特徴を持つ永久磁石同期電動機等の同期電動機に負荷外乱が発生した場合にも過渡振動的な応答を抑制・改善できる同期電動機のV/f制御装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a V / f control device for a synchronous motor that can suppress and improve a transient vibration response even when a load disturbance occurs in a synchronous motor such as a permanent magnet synchronous motor having low inertia characteristics. There is.
本発明は、前記の課題を解決するため、インバータの直流平均電流からトルク脈動成分を推定し、このトルク脈動分に応じて電圧指令瞬時値Vmの大きさに対してフィードバック補償、補正した周波数指令の積分で得る位相θに対してフィードバック補償、電圧指令瞬時値Vmと位相θの両方に対してフィードバック補償、回転座標上の磁束方向の電圧指令値に対してフィードバック補償するようにしたもので、以下の構成を特徴とする。 In order to solve the above-described problem, the present invention estimates a torque pulsation component from the DC average current of the inverter, and performs feedback compensation and correction on the magnitude of the voltage command instantaneous value V m according to the torque pulsation. Feedback compensation for phase θ obtained by command integration, feedback compensation for both voltage command instantaneous value V m and phase θ, and feedback compensation for voltage command value in the magnetic flux direction on the rotating coordinate Thus, it is characterized by the following configuration.
(1)同期電動機を電圧型インバータで駆動し、インバータの直流母線電流をローパスフィルタで平均化処理して、この直流平均電流に含まれる脈動成分を抑制するようにインバータの周波数指令値ω*を補正する安定化処理手段を備えた同期電動機のV/f制御装置において、
前記直流平均電流にインバータの直流電圧を乗じて直流平均電力Pを求め、この直流平均電力Pと周波数指令値ω*からトルク推定値T^を求め、トルク推定値T^から直流に近い成分を除去することでトルク脈動成分ΔTを求めるトルク脈動推定部と、
前記トルク脈動分ΔTに対応させた電圧補正値Δvを求め、この電圧補正値Δvでインバータの電圧指令瞬時値Vmに対してフィードバック補償する安定化ゲイン設定器と、
を備えたことを特徴とする。
(1) The synchronous motor is driven by a voltage type inverter, and the inverter's DC bus current is averaged by a low-pass filter, and the inverter frequency command value ω * is set so as to suppress the pulsation component contained in the DC average current. In the synchronous motor V / f control device including the stabilization processing means for correction,
A DC average power P is obtained by multiplying the DC average current by the DC voltage of the inverter, a torque estimated value T ^ is obtained from the DC average power P and the frequency command value ω *, and a component close to DC is obtained from the torque estimated value T ^. A torque pulsation estimating unit for obtaining a torque pulsation component ΔT by removing;
A stabilization gain setting unit that obtains a voltage correction value Δv corresponding to the torque pulsation component ΔT and performs feedback compensation on the voltage command instantaneous value V m of the inverter with the voltage correction value Δv;
It is provided with.
(2)同期電動機を電圧型インバータで駆動し、インバータの直流母線電流をローパスフィルタで平均化処理して、この直流平均電流に含まれる脈動成分を抑制するようにインバータの周波数指令値ω*を補正する安定化処理手段を備えた同期電動機のV/f制御装置において、
前記直流平均電流にインバータの直流電圧を乗じて直流平均電力Pを求め、この直流平均電力Pと周波数指令値ω*からトルク推定値T^を求め、トルク推定値T^から直流に近い成分を除去することでトルク脈動成分ΔTを求めるトルク脈動推定部と、
前記トルク脈動分ΔTに対応させた位相補正値Δθを求め、この位相補正値Δθでインバータの電圧位相θに対してフィードバック補償する安定化ゲイン設定器と、
を備えたことを特徴とする。
(2) The synchronous motor is driven by a voltage-type inverter, and the inverter's DC bus current is averaged by a low-pass filter, and the inverter frequency command value ω * is set so as to suppress the pulsation component contained in the DC average current. In the synchronous motor V / f control device including the stabilization processing means for correction,
A DC average power P is obtained by multiplying the DC average current by the DC voltage of the inverter, a torque estimated value T ^ is obtained from the DC average power P and the frequency command value ω *, and a component close to DC is obtained from the torque estimated value T ^. A torque pulsation estimating unit for obtaining a torque pulsation component ΔT by removing;
A stabilization gain setter that obtains a phase correction value Δθ corresponding to the torque pulsation component ΔT and performs feedback compensation on the voltage phase θ of the inverter with the phase correction value Δθ;
It is provided with.
(3)同期電動機を電圧型インバータで駆動し、インバータの直流母線電流をローパスフィルタで平均化処理して、この直流平均電流に含まれる脈動成分を抑制するようにインバータの周波数指令値ω*を補正する安定化処理手段を備えた同期電動機のV/f制御装置において、
前記直流平均電流にインバータの直流電圧を乗じて直流平均電力Pを求め、この直流平均電力Pと周波数指令値ω*からトルク推定値T^を求め、トルク推定値T^から直流に近い成分を除去することでトルク脈動成分ΔTを求めるトルク脈動推定部と、
前記トルク脈動分ΔTに対応させた電圧補正値Δvを求め、この電圧補正値Δvでインバータの電圧指令瞬時値Vmに対してフィードバック補償する第1の安定化ゲイン設定器と、
前記トルク脈動分ΔTに対応させた位相補正値Δθを求め、この位相補正値Δθでインバータの電圧位相θに対してフィードバック補償する第2の安定化ゲイン設定器と、
を備えたことを特徴とする。
(3) The synchronous motor is driven by a voltage type inverter, and the inverter's DC bus current is averaged by a low-pass filter, and the inverter frequency command value ω * is set so as to suppress the pulsation component contained in the DC average current. In the synchronous motor V / f control device including the stabilization processing means for correction,
A DC average power P is obtained by multiplying the DC average current by the DC voltage of the inverter, a torque estimated value T ^ is obtained from the DC average power P and the frequency command value ω *, and a component close to DC is obtained from the torque estimated value T ^. A torque pulsation estimating unit for obtaining a torque pulsation component ΔT by removing;
A first stabilization gain setter that obtains a voltage correction value Δv corresponding to the torque pulsation component ΔT and performs feedback compensation on the voltage command instantaneous value V m of the inverter with the voltage correction value Δv;
A second stabilization gain setter that obtains a phase correction value Δθ corresponding to the torque pulsation component ΔT and performs feedback compensation on the voltage phase θ of the inverter with the phase correction value Δθ;
It is provided with.
(4)同期電動機を電圧型インバータで駆動し、インバータの直流母線電流をローパスフィルタで平均化処理して、この直流平均電流に含まれる脈動成分を抑制するようにインバータの周波数指令値ω*を補正する安定化処理手段を備えた同期電動機のV/f制御装置において、
前記直流平均電流にインバータの直流電圧を乗じて直流平均電力Pを求め、この直流平均電力Pと周波数指令値ω*からトルク推定値T^を求め、トルク推定値T^から直流に近い成分を除去することでトルク脈動成分ΔTを求めるトルク脈動推定部と、
前記トルク脈動分ΔTに対応させたγδ回転座標上のγ軸電圧補正値Δvγを求め、このγ軸電圧補正値Δvγでインバータのγδ回転座標上のγ軸電圧指令値vγ1*に対してフィードバック補償する安定化ゲイン設定器と、
を備えたことを特徴とする。
(4) The synchronous motor is driven by a voltage-type inverter, and the inverter's DC bus current is averaged by a low-pass filter, and the frequency command value ω * of the inverter is set so as to suppress the pulsation component contained in this DC average current. In the synchronous motor V / f control device including the stabilization processing means for correction,
A DC average power P is obtained by multiplying the DC average current by the DC voltage of the inverter, a torque estimated value T ^ is obtained from the DC average power P and the frequency command value ω *, and a component close to DC is obtained from the torque estimated value T ^. A torque pulsation estimating unit for obtaining a torque pulsation component ΔT by removing;
A γ-axis voltage correction value Δvγ on the γδ rotation coordinate corresponding to the torque pulsation component ΔT is obtained, and feedback compensation is performed on the γ-axis voltage command value vγ1 * on the γδ rotation coordinate of the inverter with the γ-axis voltage correction value Δvγ. A stabilization gain setter to
It is provided with.
(5)トルク脈動推定部は、前記安定化処理手段で周波数指令値ω*を補正した周波数指令値ω1*と前記直流平均電力Pからトルク推定値T^を求め、トルク推定値T^から直流に近い成分を除去することでトルク脈動成分ΔTを求めることを特徴とする。 (5) The torque pulsation estimating unit obtains a torque estimated value T ^ from the frequency command value ω1 * obtained by correcting the frequency command value ω * by the stabilization processing means and the DC average power P, and the DC estimated from the torque estimated value T ^. The torque pulsation component ΔT is obtained by removing a component close to.
(6)トルク脈動推定部は、前記安定化処理手段で周波数指令値ω*を補正した周波数指令値ω1*に含まれるトルク脈動分を除去し、この周波数指令値ω1*と前記直流平均電力Pからトルク推定値T^を求め、トルク推定値T^から直流に近い成分を除去することでトルク脈動成分ΔTを求めることを特徴とする。 (6) The torque pulsation estimating unit removes the torque pulsation included in the frequency command value ω1 * obtained by correcting the frequency command value ω * by the stabilization processing unit, and the frequency command value ω1 * and the DC average power P From the torque estimation value T ^, a torque pulsation component ΔT is obtained by removing a component close to direct current from the torque estimation value T ^.
(7)前記安定化処理手段は、周波数指令値ω*が高くなるほど前記補正値Δωを低くするゲインKiにしたことを特徴とする。 (7) the stabilizing processing means, characterized in that the gain K i to lower the correction value Δω as the frequency command value omega * is high.
(8)前記安定化処理手段は、前記トルク脈動推定部のトルク推定値から直流に近い成分をカットした脈動成分を抽出して前記補正値Δωを得ることを特徴とする。 (8) The stabilization processing unit extracts the pulsation component obtained by cutting a component close to a direct current from the estimated torque value of the torque pulsation estimation unit, and obtains the correction value Δω.
以上のとおり、本発明によれば、インバータの直流平均電流からトルク脈動成分を推定し、このトルク脈動分に応じて電圧指令瞬時値Vmの大きさに対してフィードバック補償、補正した周波数指令の積分で得る位相θに対してフィードバック補償、電圧指令瞬時値Vmと位相θの両方に対してフィードバック補償、回転座標上の磁束方向の電圧指令値に対してフィードバック補償するようにしたため、低慣性の特徴を持つ永久磁石同期電動機等の同期電動機に負荷外乱が発生した場合にも過渡振動的な応答を抑制・改善できる。 As described above, according to the present invention, the torque pulsation component is estimated from the DC average current of the inverter, and the frequency command of the frequency command that is feedback-compensated and corrected for the magnitude of the voltage command instantaneous value V m according to the torque pulsation component. Feedback compensation for phase θ obtained by integration, feedback compensation for both voltage command instantaneous value V m and phase θ, and feedback compensation for voltage command value in the magnetic flux direction on the rotating coordinate Even when a load disturbance occurs in a synchronous motor such as a permanent magnet synchronous motor having the above characteristics, transient vibration response can be suppressed and improved.
特に、インバータの直流平均電流に含まれる脈動成分(周波数変動分)を抑制するように周波数指令値を補正、またはインバータの直流平均電流に直流電圧検出値を乗じて直流平均電力を求め、この直流平均電力に含まれる脈動成分(周波数変動分)を抑制するように周波数指令値を補正するV/f制御装置に適用して、コスト低減を図る上で効果的になる。 In particular, the frequency command value is corrected so as to suppress the pulsation component (frequency fluctuation) contained in the inverter DC average current, or the DC average current is obtained by multiplying the inverter DC average current by the DC voltage detection value. This is effective for cost reduction when applied to a V / f control device that corrects a frequency command value so as to suppress a pulsation component (frequency fluctuation) included in average power.
(実施形態1)
図1は、本実施形態を示す同期電動機のV/f制御装置のブロック構成図である。同図が図10と異なる部分は、トルク脈動推定による周波数指令値ω*に対するフィードバック補償に加え、電圧指令値(瞬時値)Vmに対するフィードバック補償を追加した点にある。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram of a V / f control device for a synchronous motor showing the present embodiment. 10 differs from FIG. 10 in that feedback compensation for the voltage command value (instantaneous value) V m is added in addition to feedback compensation for the frequency command value ω * based on torque pulsation estimation.
図1において、トルク脈動推定部38は、同図の(b)に示すように、乗算器38Aでは直流平均電流idcと直流電圧検出値Vdcから直流平均電力Pを求め、割り算器38Bでは直流平均電力Pと周波数指令値ω*からトルク推定値(T^=P/ω*)を求め、ハイパスフィルタ38Cはトルク推定値から直流に近い成分を除去することでトルク脈動成分ΔTを求める。安定化ゲイン設定器39は、補正ゲインKiが設定され、トルク脈動推定部38で求めるトルク脈動成分ΔTに対応させた速度補正値Δωを求める。なお、ハイパスフィルタ38Cは、実際は高周波成分の高ゲイン化を防止するローパスフィルタを設けることもできる。
In FIG. 1, the torque
上記までのトルク脈動推定部38と安定化ゲイン設定器39による速度補正制御は図10の構成と同様になる。本実施形態では、安定化ゲイン設定器40を追加する。安定化ゲイン設定器40は、トルク脈動推定部38で推定するトルク脈動成分ΔTに対応する電圧補正値ΔvをゲインKvをΔTに乗じて求め、この補正値Δvを電圧指令瞬時値Vmに対するフィードバック値とする。
The speed correction control by the torque
この構成により、負荷トルクに外乱が発生したときに、これをトルク脈動成分ΔTとして求め、これに対応する補正値Δvを求め、電圧指令瞬時値Vmの大きさに対して直接的にフィードバックを与えている。すなわち、周波数フィードバック補償Kiによるトルク脈動の抑制に加えて、位相θと分離した電圧指令瞬時値Vmの大きさ成分のみに更なる補償を与えている。 With this configuration, when a disturbance occurs in the load torque, this is obtained as a torque pulsation component ΔT, a correction value Δv corresponding to this is obtained, and direct feedback is provided for the magnitude of the voltage command instantaneous value V m. Giving. That is, in addition to the suppression of the torque pulsation by frequency feedback compensation K i, it has given only to further compensation magnitude component of the voltage command instantaneous value V m separate from the phase theta.
本実施形態によれば、位相θの補償とは分離して、安定化ゲイン設定器40のゲインKvで電圧指令値Vmの大きさに対する補償効果を加減することができる。これにより、特に低慣性な電動機に対して、基本的には周波数補正のゲインKiによる一次遅れの安定化制御を施した後に、負荷外乱による過渡振動的な応答については、積分器32を介さない電圧指令値(瞬時値)Vmに対するフィードバックのゲインKvで補償量を調整することができる。
According to the present embodiment, the compensation effect for the magnitude of the voltage command value V m can be adjusted with the gain Kv of the
(実施形態2)
図2は、本実施形態を示す同期電動機のV/f制御装置のブロック構成図である。同図が図1と異なる部分は、安定化ゲイン設定器40に代えて、安定化ゲイン設定器41を設けた点にある。
(Embodiment 2)
FIG. 2 is a block diagram of a V / f control device for a synchronous motor showing the present embodiment. 1 is different from FIG. 1 in that a stabilization
実施形態1では、電圧指令瞬時値Vmに対するフィードバック補償を追加して、負荷外乱による過渡振動的な応答を安定化した。それに対し、本実施形態では、安定化ゲイン設定器41では補正した周波数指令値ω1*の積分によって積分器32に得る位相θに対して、安定化フィードバック補償を行う点が異なる。
In the first embodiment, feedback compensation for the voltage command instantaneous value V m is added to stabilize the transient vibration response due to the load disturbance. On the other hand, the present embodiment is different in that the stabilization
実施形態1と同様に、基本的には周波数フィードバックゲインKiによって安定化を行うが、前述のとおり、位相θを介したフィードバックループに積分を含むため、一次遅れの応答になる。そこで、本実施形態では、位相θに対してゲインKθをもつ位相補正値Δθを求め、この位相補正値で直接にフィードバック補償を行う。このフィードバックループには積分を含まないため、より高速な補償応答を実現することができる。特に低慣性な電動機に適用する場合、負荷外乱による振動的な応答に対して振動を抑制する(整定時間を短くする)改善効果がある。 As in the first embodiment, the stabilization is basically performed by the frequency feedback gain K i , but as described above, since the feedback loop via the phase θ includes integration, the response becomes a first-order lag. Therefore, in this embodiment, a phase correction value Δθ having a gain Kθ with respect to the phase θ is obtained, and feedback compensation is directly performed using this phase correction value. Since this feedback loop does not include integration, a faster compensation response can be realized. In particular, when applied to a low-inertia motor, there is an improvement effect of suppressing vibration (reducing settling time) against a vibrational response due to a load disturbance.
(実施形態3)
本実施形態では、実施形態1と実施形態2を合わせた形態で、負荷外乱に対する過渡的な振動を改善する。ブロック構成図を図3に示し、安定化ゲイン設定器40による電圧指令瞬時値Vmの安定化フィードバック補償と、安定化ゲイン設定器41による位相θの安定化フィードバック補償を行う。
(Embodiment 3)
In the present embodiment, the transient vibration with respect to the load disturbance is improved by combining the first embodiment and the second embodiment. A block configuration diagram is shown in FIG. 3, and stabilization feedback compensation of the voltage command instantaneous value V m by the stabilization
本実施形態によれば、位相θと電圧Vmに対して、別々に安定化フィードバック補償ゲインを調整・決定することができ、位相/電圧の調整量に自由度がある。 According to the present embodiment, the stabilization feedback compensation gain can be adjusted and determined separately for the phase θ and the voltage V m , and there is a degree of freedom in the phase / voltage adjustment amount.
(実施形態4)
実施形態1〜3では、位相、電圧指令値の大きさ、あるいはその両方についてフィードバックゲインを与えるため、その調整に自由度がある一方で、調整項目を増やすことにもなる。
(Embodiment 4)
In the first to third embodiments, the feedback gain is given to the phase, the magnitude of the voltage command value, or both, so that there is a degree of freedom in the adjustment, but the adjustment items are increased.
そこで、本実施形態では調整すべきゲインをまとめて簡素化する。本実施形態のブロック構成図を図4に示す。 Therefore, in this embodiment, gains to be adjusted are collectively simplified. A block diagram of this embodiment is shown in FIG.
一般に、永久磁石同期電動機の制御において、永久磁石の磁束方向をd軸としd軸に対して90度進んだ位相をq軸とした直交2軸dq座標系を考える。これに対し、制御器内部の周波数で回転する推定d軸をγ軸とし、γ軸に対して90度進んだ位相をδ軸とした直交2軸γδ座標系を定義する。前記の図8においては、インバータ電圧指令の位相θを基準とし、周波数指令値ω1*で回転するγδ回転座標を定義して、インバータ電圧指令値V*を生成する。 In general, in the control of a permanent magnet synchronous motor, consider an orthogonal two-axis dq coordinate system in which the magnetic flux direction of the permanent magnet is the d axis and the phase advanced 90 degrees with respect to the d axis is the q axis. On the other hand, an orthogonal two-axis γδ coordinate system is defined in which the estimated d-axis rotating at the frequency inside the controller is the γ-axis, and the phase advanced 90 degrees with respect to the γ-axis is the δ-axis. In FIG. 8, the inverter voltage command value V * is generated by defining the γδ rotation coordinates that rotate at the frequency command value ω1 * with the phase θ of the inverter voltage command as a reference.
図4に示す構成は、周波数フィードバック補償、フィルタ平均処理とトルク脈動推定などについては前述の実施形態1〜3と同等である。補正された周波数指令値ω1*を積分器32で積分して電圧指令の位相θを導き、これを座標変換器33でのγδ座標から3相交流への変換に用いる。座標変換器33ではVδ*とVγ*と電圧位相θを用いて座標変換し、3相の電圧指令値に変換する。
The configuration shown in FIG. 4 is equivalent to the first to third embodiments with respect to frequency feedback compensation, filter averaging processing, torque pulsation estimation, and the like. The corrected frequency command value ω1 * is integrated by the
f/V変換器31による変換については、前述までの実施形態では電圧指令値(瞬時値)Vmに変換していたが、ここではγδ座標系におけるδ軸電圧Vδ*に変換する。3相電圧指令値Vmからγδ座標への変換係数は√(3/2)であるため、簡単に求められる。
The conversion by the f /
γ軸電圧指令値Vγ*については、安定化ゲイン設定機42によるゲインKvγの安定化フィードバック補償で、トルク脈動成分ΔTに応じたγ軸電圧補正値Δvγをフィードバックする。元来のγ軸電圧指令値vγ1*(表面磁石同期電動機ならば通常vγ1*=0)とΔvγを合わせて、最終的なγ軸電圧指令値vγ*を生成する。
With respect to the γ-axis voltage command value Vγ * , the γ-axis voltage correction value Δvγ corresponding to the torque pulsation component ΔT is fed back by stabilizing feedback compensation of the gain Kvγ by the stabilization
なお、vγ1*に加える安定化制御項の符号は正となっている。これは負荷トルクによる変動は、最終的にγ軸の電圧外乱に等価であることが前記の非特許文献2で示されており、正のトルク(電流)が発生したときは正のγ軸電圧を与えてトルク(電流)の変化を抑制するためである。
Note that the sign of the stabilization control term added to vγ1 * is positive. The
本実施形態によれば、直交2軸回転座標上の電圧vγへのフィードバック補償を行うことにより、位相と大きさの両方をひとつのゲイン調整で行うことができる。そのため、調整が容易となる。 According to the present embodiment, by performing feedback compensation to the voltage vγ on the orthogonal two-axis rotational coordinate, both the phase and the magnitude can be performed by one gain adjustment. Therefore, adjustment becomes easy.
(実施形態5)
実施形態1〜4におけるトルク脈動推定部38は、図1の(b)に示す構成になるが、本実施形態では図5にトルク脈動推定部38の構成を示すように、トルク推定演算には周波数指令値ω*を用いるのに代えて、周波数フィードバックによる補正後の周波数指令値ω1*を用いてトルク推定演算を行う。
(Embodiment 5)
The torque
元来の周波数指令値ω*に対して、周波数フィードバックした補正指令値ω1*は、トルク変動による脱調を防止するために、通常は変動が抑制される方向にオフセットを持つことが多い。これにより、元来の周波数指令値ω*と実回転速度の間には若干のオフセット誤差を生じることがある。この影響は微少だが、より実回転数に近い値でトルク推定するために、本実施形態では、補正後の周波数指令値ω1*を用いことで、より実速度に近い値でトルク推定演算を行うことができる。 The correction command value ω1 * obtained by frequency feedback with respect to the original frequency command value ω * usually has an offset in the direction in which the fluctuation is normally suppressed in order to prevent step-out due to torque fluctuation. As a result, a slight offset error may occur between the original frequency command value ω * and the actual rotational speed. Although this influence is slight, in order to estimate the torque with a value closer to the actual rotational speed, in this embodiment, the torque estimation calculation is performed with a value closer to the actual speed by using the corrected frequency command value ω1 *. be able to.
(実施形態6)
本実施形態では、実施形態5の補正周波数指令値ω1*に含まれるトルク脈動分を除去するローパスフィルタを挿入する。トルク脈動推定部38の構成図を図6に示し、周波数指令値ω1*をローパスフィルタ38Dを通して割り算器38Bの入力とする。
(Embodiment 6)
In this embodiment, a low-pass filter for removing the torque pulsation included in the correction frequency command value ω1 * of the fifth embodiment is inserted. A configuration diagram of the torque
周波数フィードバック補償により補正された周波数指令値ω1*は、トルク脈動に応じて変化する指令値であるため、負荷外乱等の過渡時には振動的な指令値になる場合がある。この振動成分は、トルク脈動に対して位相や大きさがずれた形で補償しようとする波形となるため、各部のフィードバック補償ゲインおよびその位相・大きさと干渉して、逆に不安定な振動を引き起こす可能性がある。 Since the frequency command value ω1 * corrected by the frequency feedback compensation is a command value that changes according to torque pulsation, it may become a vibration command value during a transient such as a load disturbance. Since this vibration component has a waveform that is to be compensated in a phase and magnitude shifted with respect to the torque pulsation, it interferes with the feedback compensation gain of each part and its phase / magnitude, and on the contrary, unstable vibration is generated. May cause.
そこで、本実施形態では、周波数指令値ω1*に対して過渡的なトルク脈動成分を除去するローパスフィルタ38Dを挿入して、トルク推定演算には速度の平均値を与えるようにする。これにより、補正した周波数指令値ω1*の過渡的な脈動によって引き起こされる可能性がある不安定なフィードバック補償を除去することができる。
Therefore, in this embodiment, a low-
(変形例)
以上までの実施形態では、インバータの直流平均電流と直流電圧検出値および周波数指令値からトルク脈動を検出して、そのトルク脈動成分を抑制するように周波数指令値を補正する同期電動機のV/f制御装置の場合を示すが、インバータの直流母線電流を平均化処理し、この直流平均電流に含まれる脈動成分(周波数変動分)を抑制するように周波数指令値を補正するV/f制御装置に適用して同等の作用効果を奏する。この場合、各実施形態におけるトルク脈動推定部38は、負荷安定化ゲイン設定器40〜42と共に、負荷外乱による過渡振動的な応答を改善する手段として別途に設ける。
(Modification)
In the embodiments described above, the V / f of the synchronous motor that detects the torque pulsation from the DC average current of the inverter, the DC voltage detection value, and the frequency command value, and corrects the frequency command value so as to suppress the torque pulsation component. In the case of a control device, a V / f control device that averages the DC bus current of the inverter and corrects the frequency command value so as to suppress the pulsation component (frequency variation) included in the DC average current. Applying it produces the same effect. In this case, the torque
同様に、安定化ゲイン設定器39の出力を周波数指令値ω*が高くなるほど低くした補正値Δωを求めること、または直流平均電流または直流平均電力の検出値を周波数指令値ω*で除算してトルク推定値を求め、このトルク推定値から直流に近い成分をカットした脈動成分を抽出して周波数指令値ω*を補正するV/f制御装置に適用して同等の作用効果を奏する。
Similarly, a correction value Δω obtained by lowering the output of the
1 同期電動機
2 交流電流センサ
3 コントローラ
4 PWMインバータ
5 直流電圧源
6 平滑コンデンサ
7 シャント抵抗器
31 f/V変換器
32 積分器
36 フィルタ平均処理部
37 3相電圧指令値生成部
38 トルク脈動推定部
39、40 安定化ゲイン設定器
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記直流平均電流にインバータの直流電圧を乗じて直流平均電力Pを求め、この直流平均電力Pと周波数指令値ω*からトルク推定値T^を求め、トルク推定値T^から直流に近い成分を除去することでトルク脈動成分ΔTを求めるトルク脈動推定部と、
前記トルク脈動分ΔTに対応させた電圧補正値Δvを求め、この電圧補正値Δvでインバータの電圧指令瞬時値Vmに対してフィードバック補償する安定化ゲイン設定器と、
を備えたことを特徴とする同期電動機のV/f制御装置。 A stable motor that drives a synchronous motor with a voltage-type inverter, averages the DC bus current of the inverter with a low-pass filter, and corrects the inverter frequency command value ω * so as to suppress the pulsation component contained in the DC average current In the synchronous motor V / f control device provided with the processing unit,
A DC average power P is obtained by multiplying the DC average current by the DC voltage of the inverter, a torque estimated value T ^ is obtained from the DC average power P and the frequency command value ω *, and a component close to DC is obtained from the torque estimated value T ^. A torque pulsation estimating unit for obtaining a torque pulsation component ΔT by removing;
A stabilization gain setting unit that obtains a voltage correction value Δv corresponding to the torque pulsation component ΔT and performs feedback compensation on the voltage command instantaneous value V m of the inverter with the voltage correction value Δv;
A V / f control device for a synchronous motor, comprising:
前記直流平均電流にインバータの直流電圧を乗じて直流平均電力Pを求め、この直流平均電力Pと周波数指令値ω*からトルク推定値T^を求め、トルク推定値T^から直流に近い成分を除去することでトルク脈動成分ΔTを求めるトルク脈動推定部と、
前記トルク脈動分ΔTに対応させた位相補正値Δθを求め、この位相補正値Δθでインバータの電圧位相θに対してフィードバック補償する安定化ゲイン設定器と、
を備えたことを特徴とする同期電動機のV/f制御装置。 A stable motor that drives a synchronous motor with a voltage-type inverter, averages the DC bus current of the inverter with a low-pass filter, and corrects the inverter frequency command value ω * so as to suppress the pulsation component contained in the DC average current In the synchronous motor V / f control device provided with the processing unit,
A DC average power P is obtained by multiplying the DC average current by the DC voltage of the inverter, a torque estimated value T ^ is obtained from the DC average power P and the frequency command value ω *, and a component close to DC is obtained from the torque estimated value T ^. A torque pulsation estimating unit for obtaining a torque pulsation component ΔT by removing;
A stabilization gain setter that obtains a phase correction value Δθ corresponding to the torque pulsation component ΔT and performs feedback compensation on the voltage phase θ of the inverter with the phase correction value Δθ;
A V / f control device for a synchronous motor, comprising:
前記直流平均電流にインバータの直流電圧を乗じて直流平均電力Pを求め、この直流平均電力Pと周波数指令値ω*からトルク推定値T^を求め、トルク推定値T^から直流に近い成分を除去することでトルク脈動成分ΔTを求めるトルク脈動推定部と、
前記トルク脈動分ΔTに対応させた電圧補正値Δvを求め、この電圧補正値Δvでインバータの電圧指令瞬時値Vmに対してフィードバック補償する第1の安定化ゲイン設定器と、
前記トルク脈動分ΔTに対応させた位相補正値Δθを求め、この位相補正値Δθでインバータの電圧位相θに対してフィードバック補償する第2の安定化ゲイン設定器と、
を備えたことを特徴とする同期電動機のV/f制御装置。 A stable motor that drives a synchronous motor with a voltage-type inverter, averages the DC bus current of the inverter with a low-pass filter, and corrects the inverter frequency command value ω * so as to suppress the pulsation component contained in the DC average current In the synchronous motor V / f control device provided with the processing unit,
A DC average power P is obtained by multiplying the DC average current by the DC voltage of the inverter, a torque estimated value T ^ is obtained from the DC average power P and the frequency command value ω *, and a component close to DC is obtained from the torque estimated value T ^. A torque pulsation estimating unit for obtaining a torque pulsation component ΔT by removing;
A first stabilization gain setter that obtains a voltage correction value Δv corresponding to the torque pulsation component ΔT and performs feedback compensation on the voltage command instantaneous value V m of the inverter with the voltage correction value Δv;
A second stabilization gain setter that obtains a phase correction value Δθ corresponding to the torque pulsation component ΔT and performs feedback compensation on the voltage phase θ of the inverter with the phase correction value Δθ;
A V / f control device for a synchronous motor, comprising:
前記直流平均電流にインバータの直流電圧を乗じて直流平均電力Pを求め、この直流平均電力Pと周波数指令値ω*からトルク推定値T^を求め、トルク推定値T^から直流に近い成分を除去することでトルク脈動成分ΔTを求めるトルク脈動推定部と、
前記トルク脈動分ΔTに対応させたγδ回転座標上のγ軸電圧補正値Δvγを求め、このγ軸電圧補正値Δvγでインバータのγδ回転座標上のγ軸電圧指令値vγ1*に対してフィードバック補償する安定化ゲイン設定器と、
を備えたことを特徴とする同期電動機のV/f制御装置。 A stable motor that drives a synchronous motor with a voltage-type inverter, averages the DC bus current of the inverter with a low-pass filter, and corrects the frequency command value ω * of the inverter so as to suppress the pulsation component contained in this DC average current In the synchronous motor V / f control device provided with the processing unit,
A DC average power P is obtained by multiplying the DC average current by the DC voltage of the inverter, a torque estimated value T ^ is obtained from the DC average power P and the frequency command value ω *, and a component close to DC is obtained from the torque estimated value T ^. A torque pulsation estimating unit for obtaining a torque pulsation component ΔT by removing;
A γ-axis voltage correction value Δvγ on the γδ rotation coordinate corresponding to the torque pulsation component ΔT is obtained, and feedback compensation is performed on the γ-axis voltage command value vγ1 * on the γδ rotation coordinate of the inverter with the γ-axis voltage correction value Δvγ. A stabilizing gain setter,
A V / f control device for a synchronous motor, comprising:
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