JP2010213515A

JP2010213515A - ディジタル電流制御装置

Info

Publication number: JP2010213515A
Application number: JP2009058867A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Tanaka; 康司田中; Yoichi Omori; 洋一大森
Original assignee: Toyo Electric Manufacturing Ltd
Current assignee: Toyo Electric Manufacturing Ltd
Priority date: 2009-03-12
Filing date: 2009-03-12
Publication date: 2010-09-24

Abstract

【課題】電流制御周期ごとに電動機の電流を検出し、制御演算の後、電圧指令をインバータに入力するディジタル電流制御装置において、電流の検出から電圧指令入力までの時間を低減し、電流の応答性を向上する。
【解決手段】電圧指令をインバータに出力するタイミングの一定微小時間前に検出される電動機の検出電流（第一検出電流とする）と指令電流を用いて比例制御を行い、座標変換や積分制御等、時間を要する演算は電圧指令出力タイミング直後に検出される電動機の電流（第二検出電流とする）を用いて次の第一検出電流の検出タイミングの前までに演算を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、インバータで駆動される交流電動機に流れる電流を制御するディジタル電流制御装置に関するものである。

インバータで駆動される交流電動機に流れる電流を制御する一般的なディジタル電流制御装置の構成を図５に示し、図５に基づいて構成を説明する。

ディジタル電流制御装置８は電流制御周期５０ごとにインバータ２に電圧指令値を出力し、インバータ２は前記電圧指令値に基づいた電圧を交流電動機１に印加し、交流電動機１に電流が流れる。

ディジタル電流制御装置８は、電流指令値８０、サンプルホールド・ディジタル変換装置８１、電流検出値８２、電流制御器８３を有する。

電流検出器３は交流電動機１に流れる電流を検出し、サンプルホールド・ディジタル装置８１はディジタル電流制御装置８内で発生するサンプルホールドトリガ信号９０により電流検出器３が検出した電流値をサンプルホールドし、サンプルホールドした値をディジタル値に変換し、変換されたディジタル値を電流検出値８２として出力する。

電流制御器８３においては、電流指令値８０と電流検出値８２との偏差が０となるように比例積分制御演算された値と、電動機電気定数変動補償など交流電動機１の特性に応じた電圧補正値と、インバータ２内の半導体スイッチのスイッチング時間補償や半導体スイッチの電圧降下補償などインバータ２の特性に応じた電圧補正値との和を、電圧指令値として演算し、電圧指令値をインバータ２に出力する。

インバータ２に入力された電圧指令値は、三角波比較方式などのＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅変調）によりインバータ２内部の複数の半導体スイッチをオン・オフ動作させる信号に変換され、インバータ２内部の半導体スイッチをオン・オフ動作させ、電圧指令値に基づいた電圧が交流電動機１に印加される。

このような交流電動機に流れる電流をディジタル制御する制御装置の構成は特許文献１〜５などにも適用されている。

図５に示したディジタル電流制御装置８における電流制御のタイミングチャートを図６に示し、図５および図６に基づいて一般的な交流電動機の電流を制御するディジタル電流制御の制御タイミングを説明する。

ディジタル電流制御装置８は電流制御周期５０の周期で電流制御を行う。サンプルホールド・ディジタル変換装置８１はサンプルホールドトリガ信号９０が入力されるタイミングで電流検出器３が出力する電流値をサンプルホールドする。電流制御器８３は、サンプルホールド・ディジタル変換装置８１が出力する電流検出値８２を用いて電流制御演算時時間９１の間に電圧指令値を演算する。電圧指令値は電圧指令値出力タイミング６のタイミングでインバータ２に出力される。

電流制御器演算時間９１は電流制御器８３が実行する制御演算が煩雑になるほど大きくなり、電流制御周期５０は電流制御器演算時間９１以上となる。

このような交流電動機に流れる電流をディジタル制御する制御装置の従来の制御タイミングについては、特許文献４、５などにも説明されている。

特開２００２−３２５４９９号公報特許３１５６４２７号公報特許３５２７０６９号公報特開２００５−３１２２７４号公報特開平８−２１４５８１号公報

解決しようとする問題点は、電流をディジタル制御する際に電流制御周期５０の無駄時間が発生する点である。

上記課題を解決する本発明の請求項１は、電圧指令値に基づいた電圧を電動機に電流制御周期ごとに印加するインバータと該電動機に流れる電流を検出する電流検出器と該電流検出器が検出する電流値をサンプルホールドトリガ信号によりサンプルホールドしてディジタル値に変換するサンプルホールド・ディジタル変換装置を備え、該サンプルホールド・ディジタル変換装置によりディジタル値に変換された電流検出値と電流指令値を用いて電流制御器により電圧指令値を演算し、該電圧指令値を該インバータに該電流制御周期ごとに出力することで前記電動機の電流を制御するディジタル電流制御装置において、
前記電圧指令値を前記インバータに出力するタイミングの直後に検出され前記サンプルホールド・ディジタル変換装置により変換された前記電動機の電流のディジタル値を第一電流検出値とし、前記電圧指令値を前記インバータに出力するタイミングの一定微小時間前に検出され前記サンプルホールド・ディジタル変換装置により変換された前記電動機の電流のディジタル値を第二電流検出値とし、第二電流検出値を用いて比例演算を行い、第一電流検出値を用いて前記電流制御器で実行される演算の内、比例演算を除いた演算を行い、両者の演算結果を加えて電圧指令値とすることを特徴とする。

本発明の請求項２は、請求項１と同じ構成のディジタル電流制御装置において、
前記第一電流検出値と、前記第一電流検出値が更新された直前の前記電流制御周期において演算された前記電圧指令値とを用いて電動機定数変動補償演算、前記インバータ内の半導体スイッチのスイッチング時間補償演算、前記インバータ内の半導体スイッチの電圧降下補償演算を行うことを特徴とする。

本発明の請求項３は、請求項１、または請求項２と同じ構成のディジタル電流制御装置において、前記第一電流検出値と、前記第一電流検出値が更新された直前の電流制御周期において更新された第二電流検出値の平均値を演算し、電流の座標変換演算、積分制御演算、微分制御演算、電動機定数変動補償演算に前記平均値を使用することを特徴とする。

電流の比例演算分の無駄時間を前記一定微小時間に低減し、電流の応答性を高めることができる。

電流の座標変換演算、積分制御演算、微分制御演算、電動機定数変動補償など電動機の特性に応じた制御則演算、半導体スイッチのスイッチング時間補償演算や半導体スイッチの電圧降下補償演算などインバータの特性に応じた制御則演算など、比例制御演算を除く煩雑で演算に要する時間が大きい演算は、第一電流検出値が出力されるタイミングから第二電流検出値の検出タイミングまでの間に行うことができるため、従来の電流制御装置における制御則演算をそのまま実行することができる。

請求項１を、インバータで駆動される交流電動機に適用した場合の構成を示したブロック図である。（実施例１）請求項１を、インバータで駆動される交流電動機に適用した場合の構成において、電流制御の制御タイミングを示したタイミングチャート図である。（実施例１）請求項２を、インバータで駆動される交流電動機に適用した場合の構成を示したブロック図である。（実施例２）請求項３を、インバータで駆動される交流電動機に適用した場合の構成を示したブロック図である。（実施例３）背景技術の構成を示したブロック図である。背景技術の電流制御の制御タイミングを示したタイミングチャート図である。

以下に図面を参照して、本発明にかかる交流電動機の電流制御装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。

図１に本発明の請求項１の実施例を示し、図２に請求項１の実施例の電流制御の制御タイミングを示す。図１および図２に基づいて本発明の詳細な説明をする。

ディジタル電流制御装置４は電流制御周期５０ごとにインバータ２に電圧指令値を出力し、インバータ２は前記電圧指令値に基づいた電圧を交流電動機１に印加し、交流電動機１に電流が流れる

ディジタル電流制御装置４は、電流指令値４０、サンプルホールド・ディジタル変換装置４１、第一電流検出値４２、第二電流検出値４３、第一電流制御器４４、第二電流制御器４５を有する。

第一電流制御器４４および第二電流制御器４５の演算値の和を電圧指令値とする。

交流電動機１に流れる電流は電流検出器３により検出され、電圧指令値がインバータ２に出力される電圧指令値出力タイミング６の直後に発生する第一サンプルホールドトリガ信号７０によりサンプルホールド・ディジタル変換装置４１によりディジタル値に変換された電流値を第一電流検出値４２とし、電圧指令値出力タイミング６より一定微小時間５１前に発生する第二サンプルホールドトリガ信号７１によりサンプルホールド・ディジタル変換装置４１によりディジタル値に変換された電流値を第二電流検出値４３とする。

第二電流制御器４５は第二電流検出値４３と電流指令値４０との偏差が零となるように比例制御演算を行う。

第二電流制御器４５による比例制御演算は、第二電流検出値４３が出力されるタイミングから第二電流制御器演算時間７３の間に行われる。

一定微小時間５１は、サンプルホールド・ディジタル変換装置４１が第二電流検出値４３を出力するのに要する時間と、第二電流制御器演算時間７３と、第一電流制御器４４および第二電流制御器４５の演算値を加算して電圧指令値を得るのに要する時間の和が最小となり、一定微小時間５１は電流制御周期５０に比べて十分微小である。

第一電流制御器４４は、電流の座標変換、積分制御、電動機電気定数変動補償など交流電動機１の特性に応じた制御演算、インバータ２内の半導体スイッチのスイッチング時間補償演算や半導体スイッチの電圧降下補償演算などインバータ２の特性に応じた電圧補正制御演算など、第二電流演算器４５で実行される比例制御演算を除く、煩雑で時間を要する演算を行う。

第一電流制御器４４による演算は、第一電流検出値４２が出力されるタイミングから第一電流制御器演算時間７２の間に行われる。

第一電流制御器演算時間７２は、第一電流検出値４２が更新されるタイミングから、同一電流制御周期５０内の第二サンプルホールドトリガ信号７１が出力されるタイミングの前までの時間を最長とする。

第二電流制御器４５による比例制御の無駄時間は一定微小時間５１であり、一方、従来の電流制御装置の無駄時間の最小は第一電流制御器演算時間７２および第二電流制御器演算時間７３の和に相当する。したがって、比例制御分の無駄時間は従来の無駄時間に比べて大幅に小さくなり、電流応答性が大幅に向上する。

電流の座標変換演算、積分制御演算、微分制御演算、電動機定数変動補償など交流電動機１の特性に応じた制御則演算、半導体スイッチのスイッチング時間補償演算や半導体スイッチの電圧降下補償演算などインバータ２の特性に応じた制御則演算など、煩雑で演算に要する時間が大きい演算は、第一電流検出値４２が出力されるタイミングから第二サンプルホールドトリガ信号７１が出力されるタイミングまでの間に行うため、従来の電流制御装置における制御則演算をそのまま実行することができる。

本発明の請求項１を適用したディジタル電流制御装置４を構成することで、比例制御分の無駄時間を低減し、かつ従来の制御則演算を適用することが可能となる。

図３に本発明の請求項２の実施例を示し、図３に基づいて本発明の詳細な説明をする。

実施例１と同じ構成のディジタル電流制御装置４において、第一電流検出値と該第一電流検出値が更新された直前の前記電流制御周期において演算された電圧指令値を第一電流制御器４４に入力し、第一電流制御器４４において、電動機定数変動補償演算、インバータ２内の半導体スイッチのスイッチング時間補償演算、インバータ２内の半導体スイッチの電圧降下補償演算に前回の電流制御周期において演算された電圧指令値を使用することを特徴とする。

本発明の請求項２を適用したディジタル電流制御装置４を構成することで、電動機定数変動補償演算、インバータ２内の半導体スイッチのスイッチング時間補償演算、半導体スイッチの電圧降下補償演算に前回電流制御周期５０において演算された電圧指令値を使用することが可能となる。

図４に本発明の請求項３の実施例を示し、図４に基づいて本発明の詳細な説明をする。

実施例２と同じ構成のディジタル電流制御装置４において、第二電流検出値４３を第一電流制御器４４に入力し、第一電流制御器４４において、第一電流検出値４２と該第一電流検出値４２が出力された直前の電流制御周期５０において出力された第二電流検出値４３の平均値を演算し、電流の座標変換演算、積分制御演算、微分制御演算、電動機定数変動補償演算に前記平均値を使用することを特徴とする。

本発明の請求項３を適用したディジタル電流制御装置４を構成することで、インバータ２における半導体スイッチのスイッチングノイズの影響を低減した制御を行うことが可能となる。

本発明により、電動機に流れる電流をディジタル制御する際の無駄時間を従来に比べ短縮し、また、比例演算を除く、煩雑で演算に時間を要する制御則演算も組み込むことができるため、電流制御の応答性を向上させることができ、産業上の利用の可能性は大いにある。

１交流電動機
２インバータ
３電流検出器
４ディジタル電流制御装置
４０電流指令値
４１サンプルホールド・ディジタル変換装置
４２第一電流検出値
４３第二電流検出値
４４第一電流制御器
４５第二電流制御器
５０電流制御周期
５１一定微小時間
６電圧指令値出力タイミング
７０第一サンプルホールドトリガ信号
７１第二サンプルホールドトリガ信号
７２第一電流制御器演算時間
７３第二電流制御器演算時間
８ディジタル電流制御装置
８０電流指令値
８１サンプルホールド・ディジタル変換装置
８２電流検出値
８３電流制御器
９０サンプルホールドトリガ信号
９１電流制御器演算時間

Claims

電圧指令値に基づいた電圧を電動機に電流制御周期ごとに印加するインバータと該電動機に流れる電流を検出する電流検出器と該電流検出器が検出する電流値をサンプルホールドトリガ信号によりサンプルホールドしてディジタル値に変換するサンプルホールド・ディジタル変換装置を備え、該サンプルホールド・ディジタル変換装置によりディジタル値に変換された電流検出値と電流指令値を用いて電流制御器により電圧指令値を演算し、該電圧指令値を該インバータに該電流制御周期ごとに出力することで前記電動機の電流を制御するディジタル電流制御装置において、前記電圧指令値を前記インバータに出力するタイミングの直後に検出され前記サンプルホールド・ディジタル変換装置により変換された前記電動機の電流のディジタル値を第一電流検出値とし、前記電圧指令値を前記インバータに出力するタイミングの一定微小時間前に検出され前記サンプルホールド・ディジタル変換装置により変換された前記電動機の電流のディジタル値を第二電流検出値とし、第二電流検出値を用いて比例演算を行い、第一電流検出値を用いて前記電流制御器で実行される演算の内、比例演算を除いた演算を行い、両者の演算結果を加えて電圧指令値とすることを特徴とするディジタル電流制御装置。
請求項１と同じ構成のディジタル電流制御装置において、前記第一電流検出値と、前記第一電流検出値が更新された直前の前記電流制御周期において演算された前記電圧指令値とを用いて電動機定数変動補償演算、前記インバータ内の半導体スイッチのスイッチング時間補償演算、前記インバータ内の半導体スイッチの電圧降下補償演算を行うことを特徴とするディジタル電流制御装置。
請求項１、または請求項２と同じ構成のディジタル電流制御装置において、前記第一電流検出値と、前記第一電流検出値が更新された直前の電流制御周期において更新された第二電流検出値の平均値を演算し、電流の座標変換演算、積分制御演算、微分制御演算、電動機定数変動補償演算に前記平均値を使用することを特徴とするディジタル電流制御装置。