JP2019083673A - Inverter and motor drive control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータ(誘導電動機、永久磁石同機電動機)の駆動時に生じる電源の周波数に同期した電流歪を抑制する技術に関する。 The present invention relates to a technology for suppressing current distortion synchronized with the frequency of a power source generated when a motor (an induction motor, a permanent magnet motor) is driven.
モータ(誘導電動機、永久磁石同機電動機)をPWMインバータで駆動する際、インバータ内のスイッチング素子のゲート信号(オンオフ指令信号)に設けるデッドタイムによってインバータ電流(モータ電流)に歪が生じる。この歪はトルクの脈動や制御性能の劣化などの悪影響を及ぼすため、抑制する必要がある。 When a motor (induction motor, permanent magnet motor) is driven by a PWM inverter, distortion occurs in the inverter current (motor current) due to a dead time provided to a gate signal (on / off command signal) of a switching element in the inverter. This distortion needs to be suppressed because it has adverse effects such as torque pulsation and deterioration of control performance.
歪は電源の基本波周波数に同期した電流高調波として現れる。この電流高調波は主に基本波の−5,7,−11,13倍の周波数であり、基本波に同期した座標でみると6,12倍の周波数となる。 Distortion appears as current harmonics synchronized to the fundamental frequency of the power supply. The current harmonics are mainly -5, 7, 11, and 13 times the frequency of the fundamental wave, and when viewed in coordinates synchronized with the fundamental wave, they have a frequency of 6 and 12 times.
上記周波数の高調波歪が基本波に同期した周波数を持つことを利用して、電流のフィードバックによって歪を抑制する方法に、非特許文献1,2のPR制御(比例共振制御)を利用した高調波抑制法がある。
The harmonic distortion using PR control (proportional resonance control) of
PR制御は演算負荷や使用するメモリが少なく実装が容易であるが、特定の周波数について高ゲインを持たせることが可能であり、効率的に歪成分を抑制することができる。 The PR control is easy to implement because the calculation load and memory used are small, but high gain can be provided for a specific frequency, and distortion components can be efficiently suppressed.
非特許文献2で述べられているように、電流制御とPR制御による高調波抑制を併用した場合、PR制御で抑制する周波数が電流制御の帯域を超えると不安定になることが知られている。
As described in Non-Patent
ディジタル制御においてPI(比例積分)電流制御の帯域の上限は電流制御周期で決まる(一般的に電流制御のサンプリング周波数の1/10程度である)。PWMインバータでは電流制御はキャリア信号(電圧指令と比較して、スイッチング素子のオンオフ信号を生成するための三角波信号)に同期して行われるので、電流制御周期はキャリア周波数(すなわち、スイッチング素子のスイッチング周波数)で決まる。スイッチング周波数を上げるとスイッチング素子のスイッチング損失が増加してしまうので、スイッチング周波数にも上限がある。 The upper limit of the PI (proportional integration) current control band in digital control is determined by the current control cycle (generally, it is about 1/10 of the sampling frequency of current control). In the PWM inverter, the current control is performed in synchronization with the carrier signal (a triangular wave signal for generating the on / off signal of the switching element as compared to the voltage command), so the current control period is the carrier frequency (that is, switching of the switching element It depends on the frequency). Since the switching loss of the switching element increases when the switching frequency is increased, the switching frequency also has an upper limit.
したがって、基本波周波数が高く高調波の周波数も高くなる高速モータや、効率や熱設計の面からスイッチング周波数を上げられない大容量モータを駆動する場合、PR制御では安定に高調波を抑制するための電流制御の帯域を確保できなくなる。このため、従来のPI電流制御とPR制御高調波抑制の組み合わせでは高速モータや大容量モータを定格回転数で回した時に不安定になるという問題があった。 Therefore, when driving a high-speed motor whose fundamental frequency is high and the frequency of harmonics is high, or a large-capacity motor whose switching frequency can not be increased from the viewpoint of efficiency and thermal design, PR control stably suppresses harmonics. Can not secure the current control band of Therefore, there is a problem that the combination of the conventional PI current control and the PR control harmonic suppression becomes unstable when the high speed motor or the large capacity motor is rotated at the rated rotational speed.
本発明は、上記の事情の鑑み、モータを駆動制御する際の電流制御の不安定現象を抑制することを課題とする。 An object of the present invention is to suppress the unstable phenomenon of current control at the time of drive control of a motor, in view of the above-mentioned circumstances.
そこで、本発明の一態様は、モータを駆動制御するインバータであって、現在の時刻のモータのd,q軸電流検出値と前回のd,q軸電圧指令値と前回のd,q軸外乱電圧推定値とから当該モータの離散化モデルに基づく演算により次の時刻のd,q軸電流予測値を算出し、この算出された次の時刻のd,q軸電流予測値と当該モータのステータ抵抗及び磁束と周波数指令値とに基づき当該次の時刻のd,q軸外乱電圧推定値を算出し、この算出された次の時刻のd,q軸外乱電圧推定値と当該モータのd,q軸電流指令値と前記次の時刻のd,q軸電流予測値とに基づき当該次の時刻の第一のd,q軸電圧指令値を算出するデッドビート制御部と、前記モータのd,q軸電流指令値と同期座標系に座標変換されたd,q軸電流検出値と前記周波数指令値とから当該モータの離散化モデルに基づく演算により高調波を抑制させる第二のd,q軸電圧指令値を算出する比例共振制御部と、前記第一のd,q軸電圧指令値に前記第二のd,q軸電圧指令値を加算して前記モータのd,q軸電圧指令値を算出する加算部とを有する。 Therefore, one aspect of the present invention is an inverter that drives and controls a motor, and the d and q axis current detection values of the motor at the current time, the previous d and q axis voltage command values, and the previous d and q axis disturbance The d and q axis current predicted values at the next time are calculated from the voltage estimated value and the discretized model of the motor, and the d and q axis current predicted values at the calculated next time and the stator of the motor are calculated. The d and q axis disturbance voltage estimated values of the next time are calculated based on the resistance and the magnetic flux and the frequency command value, and the d and q axis disturbance voltage estimated values of the calculated next time and the d and q of the motor are calculated. A dead beat control unit that calculates a first d, q axis voltage command value at the next time based on the axis current command value and the d, q axis current predicted value of the next time; d, q of the motor The motor is separated from the axis current command value and the d, q axis current detection values that are coordinate-converted to the synchronous coordinate system and the frequency command value. A proportional resonance control unit for calculating a second d, q-axis voltage command value for suppressing harmonics by calculation based on a simulation model, and the second d, q axis as the first d, q-axis voltage command value And an adding unit for calculating a d, q-axis voltage command value of the motor by adding the voltage command value.
本発明の一態様は、前記インバータにおいて、前記比例共振制御部は、前記周波数指令値の6倍の周波数指令値を前記離散化モデルに基づく演算に供して当該6倍の周波数の高調波を抑制させる前記第二のd,q軸電圧指令値を算出する。 In one embodiment of the present invention, in the inverter, the proportional resonance control unit provides a frequency command value that is six times the frequency command value to an operation based on the discretization model to suppress harmonics of the six times the frequency. The second d and q axis voltage command values to be calculated are calculated.
本発明の一態様は、誘導電動機仕様のモータを駆動制御する請求項1または2に記載のインバータであって、前記モータの回転速度に基づき当該モータの機械角速度を検出する検出部と、外部からの速度指令値と前記機械角速度とに基づき前記モータのトルク指令値を出力する速度制御部と、前記機械角速度を電気角速度に変換する角速度変換部と、前記トルク指令値と前記モータの電気角速度とに基づき前記d,q軸電流指令値と前記周波数指令値とを出力するトルク制御部と、このトルク制御部からの周波数指令値の時系列信号を積分して電気角を算出する積分部と、前記トルク制御部からの周波数指令値と電流制御の周期の1.5倍値との積を算出する乗算部と、当該インバータの出力側の三相電流検出値を前記積分部からの電気角に基づき前記d,q軸電流検出値に変換する第一の座標変換部と、前記加算部からの前記d,q軸電圧指令値を前記積分部からの前記電気角と前記乗算部からの前記積の値との和に基づき三相電圧指令値に変換する第二の座標変換部と、この第二の座標変換部から供される三相電圧指令値に基づきパルス幅変調を行い生成した三相交流電圧を前記モータに出力するパルス幅変調部とをさらに備える。 One aspect of the present invention is the inverter according to claim 1 or 2 which drives and controls a motor of an induction motor specification, and a detection unit that detects a mechanical angular velocity of the motor based on the rotation speed of the motor; A speed control unit that outputs a torque command value of the motor based on the speed command value of the motor and the mechanical angular velocity, an angular velocity conversion unit that converts the mechanical angular velocity into an electrical angular velocity, the torque command value, and the electrical angular velocity of the motor A torque control unit that outputs the d, q axis current command value and the frequency command value based on the following equation, and an integration unit that integrates a time series signal of the frequency command value from the torque control unit to calculate an electrical angle; The multiplication unit that calculates the product of the frequency command value from the torque control unit and the 1.5-fold value of the cycle of current control, the three-phase current detection value on the output side of the inverter is the electrical angle from the integration unit Group A first coordinate conversion unit for converting the d and q axis current detection values; and the electric angle from the integration unit and the product from the multiplication unit; and the d and q axis voltage command values from the addition unit A second coordinate conversion unit for converting into a three-phase voltage command value based on the sum of the values and a three-phase generated by performing pulse width modulation based on the three-phase voltage command value supplied from the second coordinate conversion unit And a pulse width modulation unit for outputting an alternating voltage to the motor.
本発明の一態様は、永久磁石同期電動機仕様のモータを駆動制御する請求項1または2に記載のインバータであって、前記モータの回転速度に基づき当該モータの機械角速度及び電気角を検出する検出部と、外部からの速度指令値と前記機械角速度とに基づき前記モータのトルク指令値を出力する速度制御部と、前記機械角速度を周波数指令値に変換する角速度変換部と、前記トルク指令値に基づき前記d,q軸電流指令値を出力するトルク制御部と、前記角速度変換部からの前記周波数指令値と電流制御の周期の1.5倍値との積を算出する乗算部と、当該インバータの出力側の三相電流検出値を前記検出部からの電気角に基づき前記d,q軸電流検出値に変換する第一の座標変換部と、前記加算部からの前記d,q軸電圧指令値を前記検出部からの電気角と前記乗算部からの前記積の値との和に基づき三相電圧指令値に変換する第二の座標変換部と、この第二の座標変換部から供される三相電圧指令値に基づきパルス幅変調を行い生成した三相交流電圧を前記モータに出力するパルス幅変調部とをさらに備える。 One aspect of the present invention is an inverter according to claim 1 or 2 which drives and controls a motor of a permanent magnet synchronous motor specification, and detects an angular velocity and an electrical angle of the motor based on the rotation speed of the motor. A speed control unit that outputs a torque command value of the motor based on an external speed command value and the mechanical angular velocity, an angular velocity conversion unit that converts the mechanical angular velocity into a frequency command value, and the torque command value A torque control unit that outputs the d, q axis current command value based on the multiplication unit that calculates a product of the frequency command value from the angular velocity conversion unit and a value 1.5 times the period of current control; A first coordinate transformation unit for converting the three-phase current detection value on the output side of the sensor into the d, q axis current detection value based on the electrical angle from the detection unit; and the d, q axis voltage command from the addition unit Values from the detector A second coordinate conversion unit for converting into a three-phase voltage command value based on the sum of an electrical angle and the value of the product from the multiplication unit; and a three-phase voltage command value provided from the second coordinate conversion unit And a pulse width modulation unit for outputting a generated three-phase AC voltage to the motor by performing pulse width modulation on the basis of the pulse width modulation.
本発明の一態様は、インバータによるモータの駆動制御方法であって、現在の時刻のモータのd,q軸電流検出値と前回のd,q軸電圧指令値と前回のd,q軸外乱電圧推定値とから当該モータの離散化モデルに基づく演算により次の時刻のd,q軸電流予測値を算出し、この算出された次の時刻のd,q軸電流予測値と当該モータのステータ抵抗及び磁束と周波数指令値とに基づき当該次の時刻のd,q軸外乱電圧推定値を算出し、この算出された次の時刻のd,q軸外乱電圧推定値と当該モータのd,q軸電流指令値と前記次の時刻のd,q軸電流予測値とに基づき当該次の時刻の第一のd,q軸電圧指令値を算出する過程と、前記モータのd,q軸電流指令値と同期座標系に座標変換されたd,q軸電流検出値と前記周波数指令値とから当該モータの離散化モデルに基づく演算により高調波を抑制させる第二のd,q軸電圧指令値を算出する過程と、前記第一のd,q軸電圧指令値に前記第二のd,q軸電圧指令値を加算して前記モータのd,q軸電圧指令値を算出する過程とを有する。 One aspect of the present invention is a method of driving control of a motor by an inverter, which includes: d and q axis current detection values of a motor at a current time, previous d and q axis voltage command values, and previous d and q axis disturbance voltages The d and q axis current predicted values of the next time are calculated from the estimated value and the discretized model of the motor, and the d and q axis current predicted values of the calculated next time and the stator resistance of the motor are calculated. The d and q axis disturbance voltage estimated value of the next time is calculated based on the magnetic flux and the frequency command value, and the d and q axis disturbance voltage estimated value of the calculated next time and the d and q axes of the motor are calculated. Calculating a first d, q axis voltage command value at the next time based on the current command value and the d, q axis current predicted value at the next time; and d, q axis current command values of the motor Based on the discretized model of the motor concerned from the d, q axis current detection values and the frequency Calculating a second d, q axis voltage command value for suppressing harmonics by calculation; adding the second d, q axis voltage command value to the first d, q axis voltage command value Calculating a d, q axis voltage command value of the motor.
以上の本発明によればモータを駆動制御する際の電流制御の不安定現象を抑制できる。 According to the present invention as described above, it is possible to suppress the unstable phenomenon of current control at the time of drive control of the motor.
以下に図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1,2に例示のモータ駆動システム1において、PWMインバータ2とモータ3は三相電線5で接続され、モータ3は負荷4にカップリングされている。
In the
(PWMインバータ2の態様例1)
図1に例示されたモータ駆動システム1は誘導電動機仕様のモータ3を駆動制御するPWMインバータ2を備える。以下にPWMインバータ2の各機能部について説明する。
(
The
検出部20は、モータ3の回転速度に基づきモータ3の機械角速度を検出する。
The
速度制御部21は、外部からの速度指令値と前記機械角速度とに基づきモータ3のトルク指令値を出力する。
The
角速度変換部22は、前記機械角速度を電気角速度ωrに変換する。
The
トルク制御部23は、前記トルク指令値と電気角速度ωrとに基づき、d,q軸電流指令値i* d,i* qと周波数指令値ωeとを出力する。
The
積分部24は、トルク制御部23からの周波数指令値ωeの時系列信号を積分して電気角θeを算出する。
The integration unit 24 integrates the time-series signal of the frequency command value ω e from the
乗算部25は、トルク制御部23からの周波数指令値ωeと電流制御の周期Tsの1.5倍値との積を算出する。
The
座標変換部26(第一座標変換部に相当)は、PWMインバータ2の出力側で検出された三相電流検出値iu,iv,iwを、積分部24からの電気角θeに基づき、d,q軸電流検出値id,iqに変換する。
The coordinate conversion unit 26 (corresponding to the first coordinate conversion unit) converts the three-phase current detection values i u , i v , i w detected at the output side of the
三相電流検出値iu,iv,iwは三相電線5に付帯された電流センサ7により検出される。電流センサ7は非特許文献4の電流検出方式により三相電流検出値iu,iv,iwを検出する。
Three-phase current detection values i u , i v , i w are detected by a current sensor 7 attached to the three-phase
電流制御部27は、トルク制御部23からのd,q軸電流指令値i* d,i* q及び周波数指令値ωeと座標変換部26からのd,q軸電流検出値id,iqとに基づき、d,q軸電圧指令値v* d,v* qを算出する。
The
座標変換部28(第二座標変換部に相当)は、電流制御部27からのd,q軸電圧指令値v* d,v* qを、積分部24からの電気角θeと乗算部25からの前記積の値との和に基づき、三相電圧指令値v* u,v* v,v* wに変換する。
The coordinate conversion unit 28 (corresponding to a second coordinate conversion unit) calculates the d, q axis voltage command values v * d and v * q from the
パルス幅変調部29(以下、PWM部29)は、座標変換部28から供される三相電圧指令値v* u,v* v,v* wに基づきパルス幅変調(PWM)を行い生成した三相交流電圧をモータ3に出力する。
The pulse width modulation unit 29 (hereinafter, the PWM unit 29) performs pulse width modulation (PWM) based on the three-phase voltage command values v * u , v * v and v * w supplied from the coordinate
(PWMインバータ2の態様例2)
図2に例示されたモータ駆動システム1は永久磁石同期電動機仕様のモータ3を駆動制御するPWMインバータ2を備える。以下、PWMインバータ2の各機能部について説明する。
(Example 2 of PWM inverter 2)
The
検出部20は、モータ3の回転速度に基づきモータ3の機械角速度及び電気角θeを検出する。
速度制御部21は、態様例1と同様に、外部からの速度指令と前記機械角速度とに基づきモータ3のトルク指令値を出力する。
The
角速度変換部22は、前記機械角速度を周波数指令値ωeに変換する。
The angular
トルク制御部23は、前記トルク指令値に基づきd,q軸電流指令値i* d,i* qを出力する。
The
乗算部25は、角速度変換部22からの周波数指令値ωeと電流制御の周期Tsの1.5倍値との積を算出する。
The
座標変換部26は、PWMインバータ2の出力側で電流センサ7により検出された三相電流検出値iu,iv,iwを、検出部20からの電気角θeに基づき、d,q軸電流検出値id,iqに変換する。
The coordinate
電流制御部27は、態様例1と同様に、トルク制御部23からのd,q軸電流指令値i* d,i* q及び周波数指令値ωeと座標変換部26からのd,q軸電流検出値id,iqとに基づき、d,q軸電圧指令値v* d,v* qを算出する。
Similar to
座標変換部28は、電流制御部27からのd,q軸電圧指令値v* d,v* qを、検出部20からの電気角θeと乗算部25からの積の値との和に基づき三相電圧指令値v* u,v* v,v* wに変換する。
The coordinate
PWM部29は、態様例1と同様に、座標変換部28から供される三相電圧指令値v* u,v* v,v* wに基づきパルス幅変調(PWM)を行い生成した三相交流電圧をモータ3に出力する。
Similar to
(電流制御部27の態様例)
電流制御部27は、図3に示されたように、デッドビート制御部11と比例共振制御部12(以下、PR制御部12)とを並列に実装する。
(Aspect Example of Current Control Unit 27)
The
デッドビート制御部11,PR制御部12のいずれにも、d,q軸電流指令値i* d,i* qと同期座標系に座標変換されたd,q軸電流検出値id,iqと周波数指令値ωeが入力される。
In both the dead
以下に電流制御部27の各機能部について説明する。
Each functional unit of the
デッドビート制御部11は、モータ3のd,q軸電流指令値i* d,i* qと同期座標系に座標変換されたd,q軸電流検出値id,iqと周波数指令値ωeとから第一のd,q軸電圧指令値v* d,DB,v* q,DBを算出する。
PR制御部12は、モータ3のd,q軸電流指令値i* d,i* qと同期座標系に座標変換されたd,q軸電流検出値id,iqと周波数指令値ωeとからモータ3の離散化モデルに基づく演算により所定の高調波を抑制させる第二のd,q軸電圧指令値v* d,PR,v* q,PRを算出する。
The
加算部13は、デッドビート制御部11からの前記第一のd,q軸電圧指令値v* d,DB,v* q,DBにPR制御部12からの前記第二のd,q軸電圧指令値v* d,PR,v* q,PRを加算してモータ3のd,q軸電圧指令値v* d,v* qを算出する。
The adding
(PR制御部12の態様例)
PR制御部12は、図4に例示された制御のブロック構成を成し、同期座標系で所定の高調波(本態様例では周波数指令値の6倍の周波数である高調波)を抑制する。
(Example of PR control unit 12)
The
PR制御部12は、モータ3のd,q軸電流指令値i* d,i* qと同期座標系に座標変換されたd,q軸電流検出値id,iqと周波数指令値ωeとからモータ3の離散化モデルに基づく演算により所定の高調波を抑制させる電圧指令値v* PR(前記第二のd,q軸電圧指令値v* d,PR,v* q,PRに相当)を算出する。
The
前記演算にあたり、以下の式(1)を双一次変換によってディジタル電流制御の周期Tsで離散化したものが供される。式(1)において、sは微分演算子であり、KPRは電流比例制御のゲインである。 In the above calculation, the following equation (1) is provided by discretization at a period Ts of digital current control by bilinear conversion. In equation (1), s is a differential operator, and KPR is a gain of current proportional control.
尚、PR制御部12は、二次のIIRフィルタであるが、永久磁石同機電動機ではモータの回転速度、誘導電動機ではモータ3の回転速度および負荷に応じて、周波数指令値ωeが変動するため、係数は周波数指令値ωeに応じて変更できるようになっている。
Note that although the
(デッドビート制御部11の態様例)
デッドビート制御部11は、図5に例示されたように、電流予測部111、外乱電圧推定部112及び電圧指令計算部113を実装する。図示された電流,電圧は、ベクトルで表記してあり、説明の便宜上、電流is=[id,iq]T、電圧vs=[vd,vq]Tと示す(式(2)〜(4)も同様)。添え字kはディジタル電流制御のサンプリング時刻を表す。
(Example of the dead beat control unit 11)
The dead
電流予測部111は、現在の時刻に計測されたd,q軸電流検出値と前回のd,q軸電圧指令値と前回のd,q軸外乱電圧推定値とから前記モータの離散化モデルに基づく演算により次の時刻k+1のd,q軸電流予測値を算出する。
The
すなわち、電流予測部111は、現在の時刻のd,q軸電流検出値is,kと前回のd,q軸電圧指令値v* s,kと前回のd,q軸外乱電圧推定値^vl,kとから以下の式(2)の演算により1サンプル後(次の時刻k+1)の電流予測値^is,k+1を算出する。
That is, the
式(2)において、L-1は「モータ3が誘導電動機の場合は漏れインダクタンスLσの逆数を対角に持つ対角行列」「モータ3が永久磁石同期電動機の場合はd軸インダクタンスLdの逆数を1行1列目、q軸インダクタンスLqの逆数を2行2列目に持つ対角行列」である。Tsは「ディジタルd,q軸電流制御の周期」である。
In equation (2), L −1 is “diagonal matrix having a reciprocal of leakage inductance L σ at diagonal when
外乱電圧推定部112は、電流予測部111から供された次の時刻k+1のd,q軸電流予測値^is,k+1とモータ3のステータ抵抗Rs及び磁束φrと周波数指令値ωeとに基づき当該次の時刻k+1のd,q軸外乱電圧推定値^vl,k+1を算出する。
The disturbance
すなわち、外乱電圧推定部112は、d,q軸電流予測値^is,k+1と角速度変換部22から供された周波数指令値ωeとから以下の式(3)の演算により次の時刻k+1のd,q軸外乱電圧推定値^vl,k+1を算出する。
That is, the disturbance
式(3)において、Rsは「モータ3のステータ抵抗」、Lは「モータ3が誘導電動機仕様の場合はLσを対角に持つ対角行列」「モータ3が永久磁石同期電動機仕様の場合はLdを1行1列目、Lqを2行2列目に持つ対角行列」である。また、モータ3が誘導電動機の場合、φrは二次磁束であり、推定値,指令値のいずれを用いてもよい。モータ3が永久磁石同期電動機仕様の場合、φrは永久磁石磁束λmで表され、φr=[λm,0]Tである。
In equation (3), Rs is “stator resistance of
電圧指令計算部113は、前記算出された次の時刻のd,q軸外乱電圧推定値^vl,k+1とモータ3のd,q軸電流指令値i* s,kと前記次の時刻のd,q軸電流予測値^is,k+1とに基づき、以下の式(4)の演算により当該次の時刻のd,q軸電圧指令値v* sDB,k+1を算出する。
The voltage
(態様例1,2の作用及び動作の説明)
電動機のデッドビート電流制御部は、当該電動機が永久磁石同期電動機であれば例えば非特許文献3等、誘導電動機であれば例えば非特許文献4や特許文献1等の制御器に適用されている。
(Description of the operation and operation of the first and second embodiments)
The deadbeat current control unit of the motor is applied to the controller of
特に、本態様例のデッドビート制御部11はディジタル電流制御のサンプル時刻kにて次のサンプル時刻k+1の電流を予測し、この予測した電流に基づき算出したd,q軸電圧指令値を時刻k+1からk+2にかけて図1のPWM部29に出力することにより、時刻k+2の電流を電流指令値に一致させる。したがって、高周波数領域までゲインが一定となるという特徴を有する。
In particular, the dead
図7に図5のデッドビート制御(DB)と図6のPI制御(PI)のBode線図を示す。Bode線図は入力(図3のd,q軸電流指令値i* d,i* q)に対する出力(図3のd,q軸電流検出値id,iq)の周波数応答を見たものである。 FIG. 7 shows Bode diagrams of the dead beat control (DB) of FIG. 5 and the PI control (PI) of FIG. Bode plots are those seen the frequency response of the input (d of FIG. 3, q-axis current command value i * d, i * q) output for (d in FIG. 3, q-axis current detection value i d, i q) It is.
特に、図7(a)はPI制御(PI)とデッドビート制御(DB)のゲイン(gain[dB])を比較したものである。PI制御(PI)のゲインが周波数の上昇にしたがって減衰するのに対し、デッドビート制御(DB)のゲインは高周波数領域までほぼ一定となる。PI制御器の帯域はゲインが直流付近のフラットな値から3dB程度下がった周波数なので、図7(b)に示されたPI制御の帯域はおよそ700Hzである。したがって、図3の電流制御において「デッドビート制御」ではなく「PI制御」を適用した場合、周波数指令値ωeの6倍の周波数である高調波が700Hz付近になると6倍高調波抑制のPR制御は不安定となる。これに対し、電流制御に「デッドビート制御」を適用した場合は700Hzを超えてもゲインは下がってこないため、PR制御は安定となる。 In particular, FIG. 7A compares the gains (gain [dB]) of PI control (PI) and dead beat control (DB). While the gain of PI control (PI) attenuates as the frequency rises, the gain of dead beat control (DB) becomes almost constant up to the high frequency region. The bandwidth of the PI control shown in FIG. 7B is approximately 700 Hz, since the bandwidth of the PI controller is a frequency whose gain is about 3 dB lower than the flat value near DC. Therefore, when “PI control” is applied instead of “dead beat control” in the current control of FIG. 3, PR of 6th harmonic suppression is performed when the harmonic that is 6 times the frequency command value ω e reaches 700 Hz. Control becomes unstable. On the other hand, when “dead beat control” is applied to current control, the gain does not decrease even if the frequency exceeds 700 Hz, and thus PR control becomes stable.
図8に示された表はキャリア周波数5kHz、ディジタル電流制御の周期Ts=100μs、デッドタイム6μsのインバータにより永久磁石同期電動機を100Hz(周波数指令値ωe=2π×100)で駆動したときの5次、7次の高調波成分の振幅を比較している。デッドビート制御の実施の際、PR制御によって高調波が抑制されていることがわかる。PI制御にPR制御を組み合わせると不安定となる。 The table shown in FIG. 8 is 5 when the permanent magnet synchronous motor is driven at 100 Hz (frequency command value ω e = 2π × 100) by an inverter with a carrier frequency of 5 kHz, a digital current control cycle Ts = 100 μs, and a dead time of 6 μs. The amplitudes of the next and seventh harmonic components are compared. It can be seen that the harmonics are suppressed by the PR control when performing the dead beat control. When PI control is combined with PR control, it becomes unstable.
図9は図8と同じ条件で電流制御にPI制御を用いてPR制御による高調波抑制を試みた場合の三相電流の波形図である。PR制御は0.17秒の時点で開始している。PR制御開始とともに電流が不安定になり発散することがわかる。 FIG. 9 is a waveform diagram of a three-phase current when harmonic suppression is attempted by PR control using PI control for current control under the same conditions as FIG. PR control is started at 0.17 seconds. It can be seen that the current becomes unstable and diverges with the start of PR control.
図10は図8と同じ条件で電流制御にデッドビート制御を用いてPR制御による高調波抑制を試みた場合の三相電流の波形図である。PR制御は0.17秒の時点で開始している。PR制御開始とともに電流の歪が抑制され、不安定になることもない。 FIG. 10 is a waveform diagram of a three-phase current when harmonic suppression is attempted by PR control using dead beat control for current control under the same conditions as FIG. PR control is started at 0.17 seconds. The distortion of the current is suppressed with the start of the PR control, and there is no instability.
(本実施形態の効果)
以上のようにPWMインバータ2とこれによるモータ3の駆動制御方法は、誘導電動機仕様または永久磁石同機電動機仕様のモータを駆動制御する際、高周波数領域までゲインが一定であるデッドビート電流制御とPR制御による電流高調波抑制とが実行される。したがって、モータを駆動制御する際の電流制御の不安定現象を抑制できる。よって、高調波を抑制しつつ安定運転できる領域が高回転数まで拡大できる。また、高速モータを安定的に運転できる。さらに、スイッチング周波数を上げられない大容量モータを駆動する場合にも安定的に運転できる。
(Effect of this embodiment)
As described above, the
本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲内で様々な態様で実施が可能である。 The present invention is not limited to the embodiments described above, and can be implemented in various aspects within the scope of the claims of the present invention.
1…モータ駆動システム
2…PWMインバータ
3…モータ
4…負荷
5…三相電線
20…検出部、21…速度制御部、22…角速度変換部、23…トルク制御部、24…積分部、25…乗算部、26…座標変換部(第一座標変換部)、27…電流制御部、28…座標変換部(第二座標変換部)、29…PWM部(パルス幅変調部)
11…デッドビート制御部、12…PR制御部(比例共振制御部)、13…加算部
111…電流予測部、112…外乱電圧推定部、113…電圧指令計算部
DESCRIPTION OF
11 ... dead beat control unit, 12 ... PR control unit (proportional resonance control unit), 13 ...
Claims (5)
現在の時刻のモータのd,q軸電流検出値と前回のd,q軸電圧指令値と前回のd,q軸外乱電圧推定値とから当該モータの離散化モデルに基づく演算により次の時刻のd,q軸電流予測値を算出し、この算出された次の時刻のd,q軸電流予測値と当該モータのステータ抵抗及び磁束と周波数指令値とに基づき当該次の時刻のd,q軸外乱電圧推定値を算出し、この算出された次の時刻のd,q軸外乱電圧推定値と当該モータのd,q軸電流指令値と前記次の時刻のd,q軸電流予測値とに基づき当該次の時刻の第一のd,q軸電圧指令値を算出するデッドビート制御部と、
前記モータのd,q軸電流指令値と同期座標系に座標変換されたd,q軸電流検出値と前記周波数指令値とから当該モータの離散化モデルに基づく演算により高調波を抑制させる第二のd,q軸電圧指令値を算出する比例共振制御部と、
前記第一のd,q軸電圧指令値に前記第二のd,q軸電圧指令値を加算して前記モータのd,q軸電圧指令値を算出する加算部と
を有するインバータ。 An inverter for driving and controlling a motor,
Based on the motor's d, q-axis current detection value, the previous d, q-axis voltage command value, and the previous d, q-axis disturbance voltage estimated value, the next time The d and q axis current predicted values are calculated, and the d and q axes of the next time are calculated based on the d and q axis current predicted values of the calculated next time, the stator resistance and the magnetic flux of the motor, and the frequency command value. The disturbance voltage estimated value is calculated, and the calculated next time d, q axis disturbance voltage estimated value, the d, q axis current command value of the motor, and the next time d, q axis current predicted value A dead beat control unit that calculates a first d, q axis voltage command value at the next time based on
A second method of suppressing harmonics by calculation based on a discretization model of the motor from the d, q-axis current command values of the motor and the d, q-axis current detection values coordinate-converted to the synchronous coordinate system and the frequency command value A proportional resonance control unit that calculates a d, q axis voltage command value of
An adder configured to calculate the d, q-axis voltage command value of the motor by adding the second d, q-axis voltage command value to the first d, q-axis voltage command value;
前記モータの回転速度に基づき当該モータの機械角速度を検出する検出部と、
外部からの速度指令値と前記機械角速度とに基づき前記モータのトルク指令値を出力する速度制御部と、
前記機械角速度を電気角速度に変換する角速度変換部と、
前記トルク指令値と前記モータの電気角速度とに基づき前記d,q軸電流指令値と前記周波数指令値とを出力するトルク制御部と、
このトルク制御部からの周波数指令値の時系列信号を積分して電気角を算出する積分部と、
前記トルク制御部からの周波数指令値と電流制御の周期の1.5倍値との積を算出する乗算部と、
当該インバータの出力側の三相電流検出値を前記積分部からの電気角に基づき前記d,q軸電流検出値に変換する第一の座標変換部と、
前記加算部からの前記d,q軸電圧指令値を前記積分部からの前記電気角と前記乗算部からの前記積の値との和に基づき三相電圧指令値に変換する第二の座標変換部と、
この第二の座標変換部から供される三相電圧指令値に基づきパルス幅変調を行い生成した三相交流電圧を前記モータに出力するパルス幅変調部と
をさらに備えたことを特徴とするインバータ。 The inverter according to claim 1 or 2, which drives and controls a motor of an induction motor specification,
A detection unit that detects a mechanical angular velocity of the motor based on the rotation speed of the motor;
A speed control unit that outputs a torque command value of the motor based on an external speed command value and the mechanical angular velocity;
An angular velocity conversion unit that converts the mechanical angular velocity into an electrical angular velocity;
A torque control unit that outputs the d, q-axis current command value and the frequency command value based on the torque command value and the electric angular velocity of the motor;
An integrating unit that integrates the time-series signal of the frequency command value from the torque control unit to calculate an electrical angle;
A multiplication unit that calculates a product of the frequency command value from the torque control unit and a value 1.5 times the cycle of current control;
A first coordinate conversion unit that converts a three-phase current detection value on the output side of the inverter into the d, q-axis current detection value based on the electrical angle from the integration unit;
A second coordinate transformation for converting the d, q axis voltage command value from the adding unit into a three-phase voltage command value based on the sum of the electrical angle from the integrating unit and the product value from the multiplying unit Department,
An inverter characterized by further comprising: a pulse width modulation unit for performing pulse width modulation on the basis of the three-phase voltage command value supplied from the second coordinate conversion unit and outputting a three-phase AC voltage generated to the motor. .
前記モータの回転速度に基づき当該モータの機械角速度及び電気角を検出する検出部と、
外部からの速度指令値と前記機械角速度とに基づき前記モータのトルク指令値を出力する速度制御部と、
前記機械角速度を周波数指令値に変換する角速度変換部と、
前記トルク指令値に基づき前記d,q軸電流指令値を出力するトルク制御部と、
前記角速度変換部からの前記周波数指令値と電流制御の周期の1.5倍値との積を算出する乗算部と、
当該インバータの出力側の三相電流検出値を前記検出部からの電気角に基づき前記d,q軸電流検出値に変換する第一の座標変換部と、
前記加算部からの前記d,q軸電圧指令値を前記検出部からの電気角と前記乗算部からの前記積の値との和に基づき三相電圧指令値に変換する第二の座標変換部と、
この第二の座標変換部から供される三相電圧指令値に基づきパルス幅変調を行い生成した三相交流電圧を前記モータに出力するパルス幅変調部と
をさらに備えたことを特徴とするインバータ。 The inverter according to claim 1 or 2, wherein a motor of a permanent magnet synchronous motor specification is driven and controlled,
A detection unit that detects a mechanical angular velocity and an electrical angle of the motor based on the rotational speed of the motor;
A speed control unit that outputs a torque command value of the motor based on an external speed command value and the mechanical angular velocity;
An angular velocity conversion unit that converts the mechanical angular velocity into a frequency command value;
A torque control unit that outputs the d, q axis current command value based on the torque command value;
A multiplication unit that calculates a product of the frequency command value from the angular velocity conversion unit and a 1.5-fold value of the period of current control;
A first coordinate conversion unit that converts a three-phase current detection value on the output side of the inverter into the d, q axis current detection value based on the electrical angle from the detection unit;
A second coordinate conversion unit for converting the d, q axis voltage command value from the addition unit into a three-phase voltage command value based on the sum of the electrical angle from the detection unit and the product value from the multiplication unit When,
An inverter characterized by further comprising: a pulse width modulation unit for performing pulse width modulation on the basis of the three-phase voltage command value supplied from the second coordinate conversion unit and outputting a three-phase AC voltage generated to the motor. .
現在の時刻のモータのd,q軸電流検出値と前回のd,q軸電圧指令値と前回のd,q軸外乱電圧推定値とから当該モータの離散化モデルに基づく演算により次の時刻のd,q軸電流予測値を算出し、この算出された次の時刻のd,q軸電流予測値と当該モータのステータ抵抗及び磁束と周波数指令値とに基づき当該次の時刻のd,q軸外乱電圧推定値を算出し、この算出された次の時刻のd,q軸外乱電圧推定値と当該モータのd,q軸電流指令値と前記次の時刻のd,q軸電流予測値とに基づき当該次の時刻の第一のd,q軸電圧指令値を算出する過程と、
前記モータのd,q軸電流指令値と同期座標系に座標変換されたd,q軸電流検出値と前記周波数指令値とから当該モータの離散化モデルに基づく演算により高調波を抑制させる第二のd,q軸電圧指令値を算出する過程と、
前記第一のd,q軸電圧指令値に前記第二のd,q軸電圧指令値を加算して前記モータのd,q軸電圧指令値を算出する過程と
を有することを特徴とするモータの駆動制御方法。 It is a drive control method of a motor by an inverter, and
Based on the motor's d, q-axis current detection value, the previous d, q-axis voltage command value, and the previous d, q-axis disturbance voltage estimated value, the next time The d and q axis current predicted values are calculated, and the d and q axes of the next time are calculated based on the d and q axis current predicted values of the calculated next time, the stator resistance and the magnetic flux of the motor, and the frequency command value. The disturbance voltage estimated value is calculated, and the calculated next time d, q axis disturbance voltage estimated value, the d, q axis current command value of the motor, and the next time d, q axis current predicted value Calculating a first d, q axis voltage command value at the next time based on
A second method of suppressing harmonics by calculation based on a discretization model of the motor from the d, q-axis current command values of the motor and the d, q-axis current detection values coordinate-converted to the synchronous coordinate system and the frequency command value Calculating the d and q axis voltage command values of
Calculating the d, q-axis voltage command value of the motor by adding the second d, q-axis voltage command value to the first d, q-axis voltage command value; Drive control method.
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