JP2022174416A - Control device and control method - Google Patents

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大輔 吉沢
Daisuke Yoshizawa
和則 松本
Kazunori Matsumoto
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Abstract

To provide a control device and a control method capable of further enhancing the stability of current control during braking of an electric motor.SOLUTION: A control device is equipped with a current control unit and a braking control unit. The current control unit controls the magnitude of current flowing in windings of a motor by means of current control using a current feedback value for a detected value of the current flowing in the windings of the motor and a current reference, which is an index of a control target for the magnitude of the current flowing in the windings of the motor. The braking control unit outputs a braking command for braking control of the electric motor. In response to the output of the braking control command, the current control unit switches the control gain of the current control from a first gain for driving the motor to a second gain for braking the motor.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の実施形態は、制御装置及び制御方法に関する。 TECHNICAL FIELD Embodiments of the present invention relate to a control device and a control method.

電気推進装置により駆動される船舶において、電気推進装置の制御装置は、電力変換器を介して電動機を制御して、これによって発生する電動機の動力を船舶の推力にする。制御装置は、電動機の制動力を用いて船舶の減速又は停止に利用する。しかしながら、電動機の制動時に電動機の巻線に流れる電流の大きさが振動的に変化したり、電力変換器内のコンバータとインバータとを繋ぐ直流リンクに、電動機の制動中に許容値を超える過電圧が生じて、これにより保護回路が作動して電気推進装置が停止したりする可能性があった。 In a ship driven by an electric propulsion device, a control device of the electric propulsion device controls an electric motor via a power converter, and the power generated by the electric motor is used as thrust for the ship. The control device uses the braking force of the electric motor to slow down or stop the ship. However, when the motor is braked, the magnitude of the current flowing through the windings of the motor changes oscillatingly, and an overvoltage exceeding the allowable value is applied to the DC link that connects the converter and the inverter in the power converter while the motor is being braked. This could trigger a protection circuit and stop the electric propulsion system.

特開2008-022660号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-022660

本発明が解決しようとする課題は、電動機の制動時に電流制御の安定性をより高めることができる制御装置及び制御方法を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a control device and a control method that can further improve the stability of current control during braking of an electric motor.

実施形態の制御装置は、電流制御部と、制動制御部とを備える。前記電流制御部は、電動機の巻線に流れる電流の検出値に対する電流帰還値と、前記電動機の巻線に流れる電流の大きさの制御目標の指標である電流基準とを用いた電流制御により、前記電動機の巻線に流れる電流の大きさを制御する。前記制動制御部は、前記電動機の制動制御のための制動指令を出力する。前記電流制御部は、前記制動制御の指令の出力に応じて、前記電流制御の制御ゲインについて、前記電動機を駆動させる駆動時の第1ゲインから、前記電動機を制動させる制動時の第2ゲインに切替える。 A control device according to an embodiment includes a current control section and a braking control section. The current control unit performs current control using a current feedback value for a detected value of the current flowing through the windings of the motor and a current reference that is an index of a control target for the magnitude of the current flowing through the windings of the motor. Control the magnitude of the current flowing through the windings of the motor. The braking control unit outputs a braking command for braking control of the electric motor. The current control unit changes the control gain of the current control from a first gain during driving for driving the electric motor to a second gain during braking for braking the electric motor, according to the output of the braking control command. switch.

実施形態に係る電気推進装置の制御装置の構成図。The block diagram of the control apparatus of the electric propulsion apparatus which concerns on embodiment. 実施形態の電流制御部の構成図。FIG. 3 is a configuration diagram of a current control unit according to the embodiment; 図2Aに示した電流制御部の等価回路図。FIG. 2B is an equivalent circuit diagram of the current controller shown in FIG. 2A; 実施形態の電流制御部のゲインについて説明するための図。FIG. 4 is a diagram for explaining the gain of the current control section of the embodiment; 実施形態の制動制御に関するフローチャート。4 is a flowchart related to braking control according to the embodiment;

以下、実施形態の制御装置及び制御方法を、図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、同一又は類似の機能を有する構成に同一の符号を付す。そして、それらの構成の重複する説明は省略する場合がある。なお、電気的に接続されることを、単に「接続される」ということがある。以下の説明に示す「直交する」とは、略直交する場合を含む。なお、「大きさが等しい」場合には、略等しい場合も含む。 Hereinafter, a control device and a control method according to embodiments will be described with reference to the drawings. In addition, in the following description, the same code|symbol is attached|subjected to the structure which has the same or similar function. Duplicate descriptions of those configurations may be omitted. It should be noted that being electrically connected is sometimes simply referred to as being “connected”. In the following description, "perpendicular" includes substantially perpendicular. It should be noted that the case of "having the same size" includes the case of being substantially the same.

図1は、実施形態の電気推進装置の制御装置の構成図である。
図1には、電気推進装置1を形成する、発電機2と、電力変換器3と、推進器4と、制御装置5とが示されている。
FIG. 1 is a configuration diagram of a control device for an electric propulsion device according to an embodiment.
FIG. 1 shows a generator 2 , a power converter 3 , a thruster 4 and a control device 5 forming an electric propulsion device 1 .

発電機2は、発電した交流電力を、発電機2の出力から電力変換器3に供給する。電力変換器3は、発電機2から供給される交流電力を変換して、推進器4内の交流電動機4aの駆動に利用する。交流電動機4aの出力軸に連結されるプロペラ4bは、交流電動機4aの出力軸の回転に応じて転動する。交流電動機4aは、例えば誘導電動機である。 The generator 2 supplies the generated AC power from the output of the generator 2 to the power converter 3 . The power converter 3 converts the AC power supplied from the generator 2 and uses it to drive the AC motor 4 a in the propeller 4 . A propeller 4b connected to the output shaft of the AC motor 4a rolls according to the rotation of the output shaft of the AC motor 4a. The AC motor 4a is, for example, an induction motor.

電力変換器3は、例えば変圧器3aと、コンバータ3bと、インバータ3cとを備える。電力変換器3は、変圧器3aを介して受電した交流電力をコンバータ3bによって直流電力に変換し、さらにインバータ3cによって交流電動機4aの速度制御に必要な電圧、周波数の交流電力に変換する。コンバータ3bとインバータ3cとの接続を直流リンクと呼ぶ。インバータ3cは、例えば、図示しない複数個のスイッチング素子をブリッジ接続して構成されており、これ等の複数個のスイッチング素子は、制御装置5によってオンオフ制御される。インバータ3cは、2レベル型インバータでも、3レベル型インバータでもよい。本実施形態は、インバータの方式によらず適用できる。 The power converter 3 includes, for example, a transformer 3a, a converter 3b, and an inverter 3c. The power converter 3 converts the AC power received via the transformer 3a into DC power by the converter 3b, and further converts it into AC power of the voltage and frequency required for speed control of the AC motor 4a by the inverter 3c. A connection between the converter 3b and the inverter 3c is called a DC link. The inverter 3 c is configured by, for example, bridge-connecting a plurality of switching elements (not shown). The inverter 3c may be a two-level inverter or a three-level inverter. This embodiment can be applied regardless of the type of inverter.

インバータ3cの出力電流は、インバータ3cの出力と交流電動機4aの端子との間の配線に設けられた電流検出器31によって検出され、制御装置5に与えられる。例えば、インバータ3cの出力電流は、交流電動機4aの各相の巻線に流す電流(線電流)に対応する。制御装置5は、インバータ3cの出力電流に基づいた電流制御の帰還制御系を形成する。また、交流電動機4aには回転子位置検出器41が取り付けられ、交流電動機4aの回転子位置を検出して制御装置5に与える。制御装置5は、回転子位置検出器41の回転子位置の検出結果を用いた速度制御の帰還制御系を形成する。 The output current of the inverter 3c is detected by a current detector 31 provided in the wiring between the output of the inverter 3c and the terminals of the AC motor 4a, and supplied to the control device 5. For example, the output current of the inverter 3c corresponds to the current (line current) flowing through each phase winding of the AC motor 4a. The control device 5 forms a feedback control system for current control based on the output current of the inverter 3c. A rotor position detector 41 is attached to the AC motor 4a to detect the rotor position of the AC motor 4a and provide it to the controller 5. FIG. The control device 5 forms a feedback control system for speed control using the rotor position detection result of the rotor position detector 41 .

次に、実施形態のインバータ3cの制御装置5について説明する。 Next, the control device 5 of the inverter 3c of the embodiment will be described.

制御装置5は、交流電動機4aの巻線に流す電流をトルク電流と励磁電流とに分解して制御する所謂ベクトル制御を、交流電動機4aの制御に利用する。以下このベクトル制御を中心として制御装置5の構成を説明する。 The control device 5 uses so-called vector control for controlling the AC motor 4a by separating the current flowing through the windings of the AC motor 4a into a torque current and an excitation current. The configuration of the control device 5 will be described below with a focus on this vector control.

例えば、制御装置5は、速度制御器5aと、速度演算部5bと、磁束演算部5cと、磁化電流演算部5dと、滑り周波数演算部5eと、滑り角演算部5fと、3相/2相座標変換器5g、電流制御器5hと、2相/3相変換器5iと、PWM制御器5jと、ゲート回路5kと、除算器5mと、加算器5nと、減算器5r、5sと、逆相制動制御回路6とを備える。 For example, the control device 5 includes a speed controller 5a, a speed calculator 5b, a magnetic flux calculator 5c, a magnetizing current calculator 5d, a slip frequency calculator 5e, a slip angle calculator 5f, a 3-phase/2 A phase coordinate converter 5g, a current controller 5h, a two-phase/three-phase converter 5i, a PWM controller 5j, a gate circuit 5k, a divider 5m, an adder 5n, subtractors 5r and 5s, A reverse phase braking control circuit 6 is provided.

逆相制動制御回路6は、例えば逆相制動制御器6aと、制御信号切替スイッチ6bと、電流設定部6cと、電流調節部6dと、周波数設定部6eと、回転方向切替器6fと、反転選択器6gと、減算器6hとを備える。 The reverse-phase braking control circuit 6 includes, for example, a reverse-phase braking controller 6a, a control signal selector switch 6b, a current setting unit 6c, a current adjusting unit 6d, a frequency setting unit 6e, a rotation direction switcher 6f, and a reverse A selector 6g and a subtractor 6h are provided.

以下、上記の各部について順に説明する。 Each of the above units will be described below in order.

速度制御器5aは、速度設定器51からの速度基準信号ωr*(以下*は目標値を示す)と、回転子位置検出器41からの回転子位置θrを速度演算部5bによって微分して得られる速度フィードバック信号ωrとの偏差に基づいて、この偏差がゼロとなるようにトルク基準信号Tm*を演算して出力する。磁束演算部5cは、速度フィードバック信号ωrに基づいて、交流電動機4aの2次磁束基準信号φ2*を演算する。除算器5mは、トルク基準信号Tm*を2次磁束基準信号φ2*で除算して、トルク電流基準信号iq*を得る。磁化電流演算部5dは、2次磁束基準信号φ2*に基づいて、励磁電流基準信号id*を演算する。滑り周波数演算部5eは、トルク成分の電流基準信号iq*と2次磁束基準信号φ2*とに基づいて、滑り周波数信号ωsを演算する。 The speed controller 5a differentiates the speed reference signal ωr* from the speed setter 51 (hereinafter * indicates a target value) and the rotor position θr from the rotor position detector 41 by the speed calculator 5b. Based on the deviation from the speed feedback signal ωr received, the torque reference signal Tm* is calculated and output so that this deviation becomes zero. The magnetic flux calculator 5c calculates a secondary magnetic flux reference signal φ2* of the AC motor 4a based on the speed feedback signal ωr. The divider 5m divides the torque reference signal Tm* by the secondary magnetic flux reference signal φ2* to obtain the torque current reference signal iq*. The magnetizing current calculator 5d calculates the excitation current reference signal id* based on the secondary magnetic flux reference signal φ2*. The slip frequency calculator 5e calculates a slip frequency signal ωs based on the torque component current reference signal iq* and the secondary magnetic flux reference signal φ2*.

このようにして得られたトルク電流基準信号iq*、及び滑り周波数信号ωsは、逆相制動制御回路6に与えられる。逆相制動制御回路6は、少なくともトルク電流基準信号iq*、及び滑り周波数信号ωsに基づいて、通常運転モードと逆相制動運転モードとを含む幾つかの運転モードを切替えて各部を制御する。なお、通常運転モードとは、後述する逆相制動運転モード以外の場合に適用する運転モードである。逆相制動運転モードとは、交流電動機4aの逆相制動を行う場合に適用する運転モードである。逆相制動運転モードでは、船舶の推進時にその電動機の出力軸を駆動させる方向のトルクとは逆方向のトルクを、交流電動機4aの出力軸に発生させて、船舶を制動させる逆相制動が選択される。逆相制動制御回路6の詳細は後述するが、通常運転モードと逆相制動運転モードの中の何れの運転モードで制御するかについて、逆相制動制御回路6内の逆相制動制御器6aが決定する。逆相制動制御器6aは、決定した運転モードに基づいて、制御信号切替スイッチ6bと、電流設定部6cと、電流制御器5hとを制御するとよい。電流設定部6cと、電流制御器5hとに対する制御の詳細については、後述する。なお、逆相制動制御回路6の逆相制動制御器6aは、上記の他、速度基準信号ωr*と速度フィードバック信号ωrと、その偏差を制動制御に用いるとよい。 The torque current reference signal iq* and slip frequency signal ωs thus obtained are applied to the anti-phase braking control circuit 6 . The anti-phase braking control circuit 6 switches between several operation modes including a normal operation mode and an anti-phase braking operation mode based on at least the torque current reference signal iq* and the slip frequency signal ωs to control each section. The normal operation mode is an operation mode other than the reverse phase braking operation mode described later. The reverse-phase braking operation mode is an operation mode applied when performing reverse-phase braking of the AC motor 4a. In the reverse-phase braking operation mode, reverse-phase braking is selected to brake the ship by causing the output shaft of the AC motor 4a to generate torque in the direction opposite to the torque that drives the output shaft of the electric motor during propulsion of the ship. be done. Although the details of the reverse phase braking control circuit 6 will be described later, the reverse phase braking controller 6a in the reverse phase braking control circuit 6 determines which of the normal operation mode and the reverse phase braking operation mode is to be controlled. decide. The reverse phase braking controller 6a preferably controls the control signal changeover switch 6b, the current setting section 6c, and the current controller 5h based on the determined operation mode. Details of control over the current setting unit 6c and the current controller 5h will be described later. In addition to the above, the anti-phase braking controller 6a of the anti-phase braking control circuit 6 may use the speed reference signal ωr*, the speed feedback signal ωr, and their deviation for braking control.

例えば、通常運転モードであれば、制御信号切替スイッチ6bは、上記トルク電流基準信号iq*、励磁電流基準信号id*及び滑り周波数信号ωsをそのまま逆相制動制御回路6の出力とする。 For example, in the normal operation mode, the control signal selector switch 6b outputs the torque current reference signal iq*, the exciting current reference signal id*, and the slip frequency signal ωs to the anti-phase braking control circuit 6 as they are.

滑り角演算部5fは、滑り周波数信号ωsに基づいて、滑り角θsを演算する。加算器5nは、回転子位置θrと滑り角θsとを加算して、2次磁束位置θ0を得る。なお、回転子位置検出器41が回転子位置θrでなく回転速度を出力する場合は、回転速度を積分してこの回転子位置θrを求めれば良い。 The slip angle calculator 5f calculates the slip angle θs based on the slip frequency signal ωs. The adder 5n adds the rotor position .theta.r and the slip angle .theta.s to obtain the secondary magnetic flux position .theta.0. When the rotor position detector 41 outputs the rotational speed instead of the rotor position θr, the rotor position θr can be obtained by integrating the rotational speed.

3相/2相座標変換器5gは、この2次磁束位置θ0を基準位相として用いて、電流検出器31からの電流信号を、トルク電流フィードバック信号iqとこれと直交する励磁電流フィードバック信号idとに分解してこれらを出力する。 The three-phase/two-phase coordinate converter 5g uses the secondary magnetic flux position θ0 as a reference phase to convert the current signal from the current detector 31 into a torque current feedback signal iq and an excitation current feedback signal id orthogonal thereto. and output them.

電流制御器5hは、減算器5rによって算出されたトルク電流基準信号iq*とトルク電流フィードバック信号iqの偏差Δiqが小さくなるように、又はゼロになるように、その偏差Δiqに所定のゲインを乗じて、トルク電圧基準信号Eq*を算出して出力する。電流制御器5hは、減算器5sによって算出された励磁電流基準信号id*と励磁電流フィードバック信号idの偏差Δidが小さくなるように、又はゼロになるように、偏差Δidに所定のゲインを乗じて、励磁電圧基準信号Ed*を算出して出力する。例えば、電流制御器5hは、通常運転モードと逆相制動運転モードとの内から選択された運転モードに応じた所定のゲインを用いて、前段から入力される偏差に基づいてトルク電圧基準信号Eq*と励磁電圧基準信号Ed*とを夫々演算して出力する。上記の所定のゲインとして、制御系の安定性を確保できるような値が予め設定されている。上記の所定のゲインについて後述する。 The current controller 5h multiplies the deviation .DELTA.iq by a predetermined gain so that the deviation .DELTA.iq between the torque current reference signal iq* and the torque current feedback signal iq calculated by the subtractor 5r becomes small or zero. to calculate and output the torque voltage reference signal Eq*. The current controller 5h multiplies the deviation .DELTA.id by a predetermined gain so that the deviation .DELTA.id between the excitation current reference signal id* calculated by the subtractor 5s and the excitation current feedback signal id becomes small or zero. , to calculate and output the excitation voltage reference signal Ed*. For example, the current controller 5h uses a predetermined gain according to the operation mode selected from the normal operation mode and the reversed-phase braking operation mode, and based on the deviation input from the previous stage, the torque voltage reference signal Eq * and the excitation voltage reference signal Ed* are calculated and output. As the predetermined gain, a value is set in advance so as to ensure the stability of the control system. The predetermined gain will be described later.

2相/3相変換器5iは、トルク電圧基準信号Eq*と励磁電圧基準信号Ed*及び2次磁束位置θ0に基づいて、3相電圧基準信号Vu*、Vv*、Vw*を演算して出力する。ここでPWM制御器5jは、得られた3相電圧基準信号Vu*、Vv*、Vw*に基づき、パルス幅変調されたゲートパルス信号を出力する。ゲート回路5kは、このゲートパルス信号を絶縁・増幅し、インバータ3cの主回路スイッチングデバイスにゲートパルスを与えて、これらの主回路スイッチングデバイスをオン・オフさせることにより、所望の電力変換を行う。 The two-phase/three-phase converter 5i calculates three-phase voltage reference signals Vu*, Vv*, Vw* based on the torque voltage reference signal Eq*, the excitation voltage reference signal Ed*, and the secondary magnetic flux position θ0. Output. Here, the PWM controller 5j outputs pulse width modulated gate pulse signals based on the obtained three-phase voltage reference signals Vu*, Vv*, Vw*. The gate circuit 5k insulates and amplifies this gate pulse signal, applies a gate pulse to the main circuit switching devices of the inverter 3c, and turns these main circuit switching devices on and off to perform desired power conversion.

次に、逆相制動制御回路6の内部構成について説明する。
逆相制動制御器6aは、運転停止条件回路7から与えられる運転/停止信号、トルク電流基準信号iq*、滑り周波数信号ωs、速度フィードバック信号ωr及び速度基準信号ωr*を監視し、これ等の信号の状態の検出結果に従って、通常運転モードと逆相制動運転モードとを切替える。その際、逆相制動制御器6aは、例えば、制御信号切替スイッチ6bによってトルク電流基準信号iq*、励磁電流基準信号id*及び滑り周波数信号ωsを切替える。
Next, the internal configuration of the antiphase braking control circuit 6 will be described.
The anti-phase braking controller 6a monitors the run/stop signal, the torque current reference signal iq*, the slip frequency signal ωs, the speed feedback signal ωr and the speed reference signal ωr* provided from the stop condition circuit 7, The normal operation mode and the negative phase braking operation mode are switched according to the detection result of the state of the signal. At that time, the anti-phase braking controller 6a switches the torque current reference signal iq*, the excitation current reference signal id*, and the slip frequency signal ωs by, for example, the control signal selector switch 6b.

以下の説明では、逆相制動を行う場合(逆相制動運転モード)を基準にして説明する。
例えば、逆相制動制御器6aは、運転/停止信号、トルク電流基準信号iq*、滑り周波数信号ωs、速度フィードバック信号ωr及び速度基準信号ωr*の状態に基づいて、逆相制動運転モードを選択すべき状態にあることを検出した場合に、制御信号切替スイッチ6bを逆相制動側に選択し、トルク電流基準信号iq*を電流設定部6cで設定された逆相トルク電流io*に切替える。上記の場合には、逆相制動制御器6aは、同様に、励磁電流基準信号id*を電流調節部6dで設定された逆相励磁電流ip*に切替えて、さらに、滑り周波数信号ωsを逆相制動時すべり周波数ωsiに切替える。
The following description is based on the case where the reverse phase braking is performed (the reverse phase braking operation mode).
For example, the anti-phase braking controller 6a selects the anti-phase braking operation mode based on the states of the run/stop signal, torque current reference signal iq*, slip frequency signal ωs, speed feedback signal ωr, and speed reference signal ωr*. When it is detected that it should be in a state where it should be, the control signal changeover switch 6b is selected to the negative phase braking side, and the torque current reference signal iq* is switched to the negative phase torque current io* set by the current setting unit 6c. In the above case, the anti-phase braking controller 6a similarly switches the excitation current reference signal id* to the anti-phase excitation current ip* set by the current adjustment section 6d, and furthermore reverses the slip frequency signal ωs. Switch to the slip frequency ωsi during phase braking.

なお、逆相励磁電流ip*の一例は、ゼロ、又はゼロに近い微小な値である。この逆相制動時すべり周波数ωsiは、例えば減算器6hによって、逆相制動周波数基準ωp*から速度フィードバック信号ωrを減算して求まる。 An example of the anti-phase excitation current ip* is zero or a very small value close to zero. This anti-phase braking slip frequency ωsi is obtained by subtracting the speed feedback signal ωr from the anti-phase braking frequency reference ωp*, for example, by a subtractor 6h.

例えば、周波数設定部6eは、逆相制動周波数を設定する。周波数設定部6eの出力には、反転選択器6gの入力が接続されている。回転方向切替器6fによる速度フィードバック信号ωrの識別結果に基づいて、反転選択器6gは、周波数設定部6eで設定された逆相制動周波数をそのまま出力するか、極性を変えて出力する。反転選択器6gは、これを逆相制動周波数基準ωp*とする。例えば、回転方向切替器6fは、速度フィードバック信号ωrが正のときには反転選択器6gで極性を反転させ、負のときには反転させない。 For example, the frequency setting unit 6e sets the anti-phase damping frequency. The input of the inverting selector 6g is connected to the output of the frequency setting section 6e. Based on the identification result of the speed feedback signal ωr by the rotating direction switcher 6f, the inversion selector 6g outputs the anti-phase braking frequency set by the frequency setting unit 6e as it is or after changing the polarity. The inversion selector 6g uses this as the anti-phase damping frequency reference ωp*. For example, the rotational direction selector 6f reverses the polarity by the reversal selector 6g when the speed feedback signal ωr is positive, and does not reverse the polarity when it is negative.

図2A、図2B、及び図3を参照して、実施形態の電流制御器5hについて説明する。
図2Aは、実施形態の電流制御器5hの構成図である。図2Bは、図2Aに示す電流制御器5hの等価回路図である。図3は、実施形態の電流制御器5hのゲインについて説明するための図である。
The current controller 5h of the embodiment will be described with reference to FIGS. 2A, 2B, and 3. FIG.
FIG. 2A is a configuration diagram of the current controller 5h of the embodiment. FIG. 2B is an equivalent circuit diagram of the current controller 5h shown in FIG. 2A. FIG. 3 is a diagram for explaining the gain of the current controller 5h of the embodiment.

図2Aに示すように電流制御器5hは、比例演算部211、221と、積分演算部212、222と、加算器213、223とを備える。 As shown in FIG. 2A, the current controller 5h includes proportional calculation units 211 and 221, integral calculation units 212 and 222, and adders 213 and 223.

先に、電流制御器5hのうちq軸成分に関する構成について説明する。説明中の各ゲインについては図3を参照する。 First, the configuration regarding the q-axis component of the current controller 5h will be described. Refer to FIG. 3 for each gain in the description.

比例演算部211の入力には偏差Δiqが供給され、比例演算部211は、偏差Δiqに所定の比例ゲインKp(例えば、比例ゲインK11)を乗じて、その結果を出力する。比例演算部211の出力には、積分演算部212の入力と、加算器213の第1入力とが接続されている。積分演算部212の入力には、比例演算部211の演算結果が供給され、積分演算部212は、偏差Δiqに基づいた比例演算部211の演算結果に所定の積分ゲインKi(例えば、積分ゲインK12)を乗じて、その結果を出力する。積分演算部212の出力には、加算器213の第2入力が接続されている。加算器213は、比例演算部211の演算結果と積分演算部212の演算結果とを加算して、これをトルク電圧基準信号Eq*として出力する。比例ゲインK11と積分ゲインK12の夫々は、予め定められた実数である。 The deviation Δiq is supplied to the input of the proportional calculation unit 211, and the proportional calculation unit 211 multiplies the deviation Δiq by a predetermined proportional gain Kp (for example, proportional gain K11) and outputs the result. The output of the proportional calculator 211 is connected to the input of the integral calculator 212 and the first input of the adder 213 . The calculation result of the proportional calculation unit 211 is supplied to the input of the integral calculation unit 212, and the integral calculation unit 212 applies a predetermined integral gain Ki (for example, integral gain K12 ) and outputs the result. A second input of the adder 213 is connected to the output of the integral operation section 212 . The adder 213 adds the calculation result of the proportional calculation section 211 and the calculation result of the integral calculation section 212, and outputs this as the torque voltage reference signal Eq*. Each of the proportional gain K11 and the integral gain K12 is a predetermined real number.

次に、電流制御器5hのうちd軸成分に関する構成について説明する。d軸成分に関する構成も、上記のq軸成分に関する構成と同様である。 Next, the configuration regarding the d-axis component of the current controller 5h will be described. The configuration regarding the d-axis component is also the same as the configuration regarding the q-axis component described above.

例えば、比例演算部221の入力には偏差Δidが供給され、比例演算部221は、偏差Δidに所定の比例ゲインKp(例えば、比例ゲインK11)を乗じて、その結果を出力する。比例演算部221の出力には、積分演算部222の入力と、加算器223の第1入力とが接続されている。積分演算部222の入力には、比例演算部221の演算結果が供給され、積分演算部222は、偏差Δidに基づいた比例演算部221の演算結果に所定の積分ゲインKi(例えば、積分ゲインK12)を乗じて、その結果を出力する。積分演算部222の出力には、加算器223の第2入力が接続されている。加算器223は、比例演算部221の演算結果と積分演算部222の演算結果とを加算して、これをトルク電圧基準信号Ed*として出力する。 For example, the deviation Δid is supplied to the input of the proportional calculation unit 221, and the proportional calculation unit 221 multiplies the deviation Δid by a predetermined proportional gain Kp (for example, proportional gain K11) and outputs the result. The output of the proportional calculator 221 is connected to the input of the integral calculator 222 and the first input of the adder 223 . The calculation result of the proportional calculation unit 221 is supplied to the input of the integral calculation unit 222, and the integral calculation unit 222 applies a predetermined integral gain Ki (for example, integral gain K12 ) and outputs the result. A second input of the adder 223 is connected to the output of the integral operation section 222 . The adder 223 adds the calculation result of the proportional calculation section 221 and the calculation result of the integral calculation section 222, and outputs this as the torque voltage reference signal Ed*.

なお、上記のように構成された電流制御器5hの見かけの積分ゲインは、比例ゲインK11と積分ゲインK12の積になる。 The apparent integral gain of the current controller 5h configured as described above is the product of the proportional gain K11 and the integral gain K12.

ところで、電流制御器5hの比例演算部211、221の比例ゲインKpは、逆相制動運転モードを指定する制動指令GCONTに応じて切替えられる。図3に示すように、例えば、通常運転モード時に利用するゲインの組を、比例ゲインK11と積分ゲインK12とし、逆相制動運転モード時に利用するゲインの組を、比例ゲインK21と積分ゲインK22とする。比例ゲインK11と比例ゲインK21とを比べると、比例ゲインK11の方が大きく設定される。これにより、電流制御器5hのゲインは、通常運転モード時に比べて逆相制動運転モード時の方が大きくなり、偏差を0にする制御をより強めることができる。 By the way, the proportional gain Kp of the proportional calculation units 211 and 221 of the current controller 5h is switched according to the braking command GCONT that specifies the reverse phase braking operation mode. As shown in FIG. 3, for example, the set of gains used in the normal operation mode is proportional gain K11 and integral gain K12, and the set of gains used in the reversed-phase braking operation mode is proportional gain K21 and integral gain K22. do. Comparing the proportional gain K11 and the proportional gain K21, the proportional gain K11 is set larger. As a result, the gain of the current controller 5h becomes larger in the reversed-phase braking operation mode than in the normal operation mode, and the control to make the deviation zero can be strengthened.

図2Bに示すように、電流制御器5hを、PI演算部231から234と、切替スイッチ235、236との組み合わせた構成で示すことができる。
例えば、PI演算部231は、図2Aに示す比例ゲインK11が設定された比例演算部211と、積分ゲインK12が設定された積分演算部212と、加算器213とを含む。PI演算部232は、図2Aに示す比例ゲインK21が設定された比例演算部211と、積分ゲインK22が設定された積分演算部212と、加算器213とを含む。
As shown in FIG. 2B, the current controller 5h can be represented by a configuration in which PI calculation units 231 to 234 and changeover switches 235 and 236 are combined.
For example, the PI calculator 231 includes a proportional calculator 211 set with a proportional gain K11, an integral calculator 212 with an integral gain K12, and an adder 213 shown in FIG. 2A. The PI calculation unit 232 includes a proportional calculation unit 211 set with a proportional gain K21, an integral calculation unit 212 with an integral gain K22, and an adder 213 shown in FIG. 2A.

切替スイッチ235は、PI演算部231の演算結果と、PI演算部232の演算結果とを、制動指令GCONTに従い切替える。切替スイッチ235は、制動指令GCONTが活性化されていない場合(無効な場合)に、PI演算部231の演算結果をトルク電圧基準信号Eq*として出力し、制動指令GCONTが活性化された場合(有効な場合)に、PI演算部232の演算結果をトルク電圧基準信号Eq*として出力する。 The switch 235 switches between the calculation result of the PI calculation unit 231 and the calculation result of the PI calculation unit 232 according to the braking command GCONT. The selector switch 235 outputs the calculation result of the PI calculation unit 231 as the torque voltage reference signal Eq* when the braking command GCONT is not activated (when it is invalid), and when the braking command GCONT is activated ( valid), the calculation result of the PI calculation unit 232 is output as the torque voltage reference signal Eq*.

PI演算部233は、図2Aに示す比例ゲインK11が設定された比例演算部221と、積分ゲインK12が設定された積分演算部222と、加算器223とを含む。PI演算部234は、図2Aに示す比例ゲインK21が設定された比例演算部221と、積分ゲインK22が設定された積分演算部222と、加算器223とを含む。 The PI calculator 233 includes a proportional calculator 221 set with a proportional gain K11, an integral calculator 222 with an integral gain K12, and an adder 223 shown in FIG. 2A. The PI calculator 234 includes a proportional calculator 221 set with a proportional gain K21, an integral calculator 222 with an integral gain K22, and an adder 223 shown in FIG. 2A.

切替スイッチ236は、PI演算部233の演算結果と、PI演算部234の演算結果とを、切替える。切替スイッチ236は、制動指令GCONTが活性化されていない場合に、PI演算部233の演算結果をトルク電圧基準信号Ed*として出力し、制動指令GCONTが活性化された場合に、PI演算部234の演算結果をトルク電圧基準信号Ed*として出力する。
なお、上記の図2Bに示す構成を等価回路として説明したが、実際の構成に適用することを制限するものではなく、適宜利用してよい。
The selector switch 236 switches between the computation result of the PI computation section 233 and the computation result of the PI computation section 234 . The selector switch 236 outputs the calculation result of the PI calculation unit 233 as the torque voltage reference signal Ed* when the braking command GCONT is not activated, and outputs the PI calculation unit 234 when the braking command GCONT is activated. is output as the torque voltage reference signal Ed*.
Although the configuration shown in FIG. 2B has been described as an equivalent circuit, it does not limit application to the actual configuration and may be used as appropriate.

次に、図4を参照して、交流電動機4aの制動制御について説明する。
図4は、実施形態の制動制御に関するフローチャートである。
例えば、交流電動機4aの運転中に運転停止条件回路7から停止指令が与えられると、逆相制動制御器6aは、これを検出して、この検出に応じて以下の処理を実施する。
Next, braking control of the AC motor 4a will be described with reference to FIG.
FIG. 4 is a flowchart relating to braking control according to the embodiment.
For example, when a stop command is given from the operation stop condition circuit 7 while the AC motor 4a is running, the reverse phase braking controller 6a detects this and performs the following processing according to this detection.

逆相制動制御器6aは、速度フィードバック信号ωrが制動不能回転数以下を示しているか否かを識別する(ST1)。制動不能回転数以下であれば、逆相制動制御器6aは、トルク電流基準信号iq*が所定値以下であるか否かを識別する(ST3)。
トルク電流基準信号iq*が所定値を超える状態、又はステップST1で制動不能回転数を超える状態は、逆相制動を行うことが好ましくない状態である。そのため、逆相制動制御器6aは、停止指令が与えられた時点の速度基準信号ωr*の値に拘わらず、所定の減速レートで減速させる(ST4)。
The anti-phase braking controller 6a identifies whether or not the speed feedback signal .omega.r indicates a non-braking rotation speed or less (ST1). If it is equal to or less than the unbraking rotation speed, the reverse phase braking controller 6a identifies whether or not the torque current reference signal iq* is equal to or less than a predetermined value (ST3).
A state in which the torque current reference signal iq* exceeds a predetermined value or a state in which the braking-disabled rotational speed is exceeded in step ST1 is a state in which reverse-phase braking is not desirable. Therefore, the antiphase braking controller 6a decelerates at a predetermined deceleration rate regardless of the value of the speed reference signal ωr* at the time when the stop command is given (ST4).

ステップST3において、トルク電流基準信号iq*が所定値以下であれば、逆相制動制御器6aは、逆相制動を行う条件が満たされたと識別して、ゲートブロック指令GBを有効化して、これをゲート回路5kに対して出力してゲートブロック状態にする。交流電動機4aはフリーラン状態になる(ST5)。逆相制動制御器6aは、このステップST5の動作を、少なくとも交流電動機4aの逆起電圧が適度に低下するだけの所定の時間に亘って継続させる。この所定の時間は、交流電動機4aの誘起電圧が低下する時定数に基づいてその数倍程度に設定するとよい。 In step ST3, if the torque current reference signal iq* is equal to or less than a predetermined value, the anti-phase braking controller 6a recognizes that the conditions for performing anti-phase braking are satisfied, and validates the gate block command GB. is output to the gate circuit 5k to set the gate block state. The AC motor 4a enters a free-running state (ST5). The reverse-phase braking controller 6a continues the operation of step ST5 at least for a predetermined period of time during which the counter-electromotive voltage of the AC motor 4a moderately decreases. This predetermined time is preferably set to several times based on the time constant for the decrease of the induced voltage of the AC motor 4a.

次に、逆相制動制御器6aは、速度フィードバック信号ωrが制動可能な最大回転数(制動最大回転数)以下を示すようになったか否かを識別する(ST6)。 Next, the anti-phase braking controller 6a identifies whether or not the speed feedback signal .omega.r indicates a braking maximum rotational speed (braking maximum rotational speed) or less (ST6).

そして、速度フィードバック信号ωrが制動最大回転数以下を示すようになった場合、その後に、逆相制動制御器6aは、以下の制御を行うことで逆相制動運転モードによる制動(逆相制動という。)を開始する(ST7)。 When the speed feedback signal ωr becomes equal to or less than the maximum braking speed, the anti-phase braking controller 6a performs the following control to perform braking in the anti-phase braking operation mode (called anti-phase braking). .) is started (ST7).

例えば、逆相制動制御器6aは、電流制御器5hにおけるゲインを、通常運転モード用のゲインから、逆相制動運転モード用のゲインに切替えて、この後に上記のゲートブロック指令GBを無効化してゲートブロック状態を解除する。逆相制動制御器6aは、さらに制御信号切替スイッチ6bにおいて逆相制動側を選択し、トルク電流基準信号iq*を徐々に値が変化する逆相トルク電流io*に切替え、励磁電流基準信号id*を電流調節部6dによって設定される逆相励磁電流ip*に切替え、また滑り周波数信号ωsを逆相制動時すべり周波数ωsiに切替える。 For example, the reverse phase braking controller 6a switches the gain in the current controller 5h from the gain for the normal operation mode to the gain for the reverse phase braking operation mode, and then invalidates the gate block command GB. Cancel the gate block state. The negative-phase braking controller 6a further selects the negative-phase braking side in the control signal selector switch 6b, switches the torque current reference signal iq* to the negative-phase torque current io* whose value gradually changes, and controls the excitation current reference signal id. * is switched to the anti-phase excitation current ip* set by the current adjusting section 6d, and the slip frequency signal ωs is switched to the slip frequency ωsi during anti-phase braking.

さらに、逆相制動制御器6aは、電流設定部6cを制御して、電流設定部6cから逆相制動運転モード時の指標値である逆相トルク電流io*0を出力させる。逆相トルク電流io*0は、電流設定部6cの後段に設けられたフィルタ6rによって急峻に変化する信号成分が抑制される。これにより、フィルタ6rによって、変化量(変化率)が適当に制限された逆相トルク電流io*が生成される。このような方法で、電流設定部6cの出力の切替え後に、ステップ状ではなく、徐々に単調に増加する逆相トルク電流io*を得る。逆相トルク電流io*について、運転モードの切替えに応じて生じ得る急峻な変動を抑制することができる。このフィルタ6rは、一次応答型のローパスフィルタとして構成されていてもよく、出力の変化率が所定の範囲内に制限するレート制限型回路で構成されていてもよい。 Further, the anti-phase braking controller 6a controls the current setting section 6c to output the anti-phase torque current io*0, which is the index value for the anti-phase braking operation mode, from the current setting section 6c. The reverse-sequence torque current io*0 has a sharply changing signal component suppressed by a filter 6r provided after the current setting section 6c. As a result, the filter 6r generates the anti-phase torque current io* whose change amount (change rate) is appropriately limited. By such a method, after switching the output of the current setting section 6c, the reversed-phase torque current io* that gradually increases monotonically rather than stepwise is obtained. With regard to the negative-sequence torque current io*, it is possible to suppress sharp fluctuations that may occur in response to switching of the operation mode. The filter 6r may be configured as a primary response type low-pass filter, or may be configured as a rate limiting type circuit that limits the rate of change of the output within a predetermined range.

なお、例えば、コンバータ3bにダイオードコンバータを使用した場合などのように、直流リンク側から発電機2側に電力を回生することができない場合がある。このような場合には、通常運転モード中のその値を通常0%に設定するとよい。電流設定部6cは、この値を、逆相トルク電流io*0の基準値として用いてもよい。 Note that there are cases where power cannot be regenerated from the DC link side to the generator 2 side, such as when a diode converter is used as the converter 3b, for example. In such a case, the value during the normal operation mode should normally be set to 0%. The current setting unit 6c may use this value as a reference value for the negative phase torque current io*0.

ただし、逆相制動を開始してから所定の時間が経過した後、交流電動機4aが有する運動エネルギーが低下していれば、過大な回生エネルギーが、インバータ3cを介して直流リンク側に流入する可能性が低くなる。このような状態にあれば、逆相トルク電流io*を0%以外の値にすることで、より大きな制動トルクを発生させることができる場合がある。 However, if the kinetic energy of the AC motor 4a has decreased after a predetermined period of time has elapsed since the start of reverse-phase braking, excessive regenerative energy may flow into the DC link side via the inverter 3c. become less sexual. In such a state, it may be possible to generate a larger braking torque by setting the reverse-phase torque current io* to a value other than 0%.

そこで、電流設定部6cについて、逆相制動を開始段階の逆相トルク電流io*0の初期値として、通常運転モード中の基準値と同じ0%に設定して、逆相制動運転モードを開始した後の目標値として、0%以外の所望の値を予め設定するとよい。例えば、運転モードの切替えによって、逆相トルク電流io*0の値が0%から0%以外の所望の値に変更する際に、フィルタ6rは、逆相トルク電流io*が急峻に変化することを抑制する。 Therefore, in the current setting unit 6c, the initial value of the negative phase torque current io*0 at the start stage of the negative phase braking is set to 0%, which is the same as the reference value during the normal operation mode, and the negative phase braking operation mode is started. A desired value other than 0% may be set in advance as the target value after the adjustment. For example, when the value of the negative-sequence torque current io*0 changes from 0% to a desired value other than 0% by switching the operation mode, the filter 6r detects that the negative-sequence torque current io* changes sharply. suppress

実施形態において、電流調節部6dについて、例えば逆相励磁電流ip*をゼロ(0%)に設定するとよい。 In the embodiment, for example, the negative-phase exciting current ip* may be set to zero (0%) for the current adjusting section 6d.

次に、逆相制動制御器6aは、逆相制動期間中に、速度基準信号ωr*と速度フィードバック信号ωrを比較する(ST7A)。ステップST7Aにおける偏差が所定値未満となった場合に、逆相制動制御器6aは、逆相制動を終了させて(ST9)、そしてこの状態で運転を停止する。 Next, the anti-phase braking controller 6a compares the speed reference signal ωr* and the speed feedback signal ωr during the anti-phase braking period (ST7A). When the deviation in step ST7A becomes less than the predetermined value, the anti-phase braking controller 6a ends the anti-phase braking (ST9) and stops the operation in this state.

ステップST7Aにおける偏差が所定値以上であれば、逆相制動制御器6aは、速度フィードバック信号ωrを識別して、交流電動機4aの回転数が制動状態を継続する回転数の下限値である最小回転数(制動最小回転数という)以下か否かを識別する(ST8)。速度フィードバック信号ωrが、制動最小回転数を超えた回転数で交流電動機4aが回転している状態を示す場合には、逆相制動制御器6aは、ステップST8の速度フィードバック信号ωrの識別を繰り返して、交流電動機4aの回転数(速度)が低下するまで待機する。速度フィードバック信号ωrが制動最小回転数未満を示すようになった場合に、逆相制動制御器6aは、逆相制動を終了させて(ST9)、そしてこの状態で運転を停止する。 If the deviation in step ST7A is equal to or greater than the predetermined value, the anti-phase braking controller 6a identifies the speed feedback signal ωr and determines that the rotation speed of the AC motor 4a is the minimum rotation speed, which is the lower limit of rotation speed for continuing the braking state. (ST8). If the speed feedback signal ωr indicates that the AC motor 4a is rotating at a speed exceeding the minimum speed for braking, the anti-phase braking controller 6a repeats identification of the speed feedback signal ωr in step ST8. and waits until the rotation speed (speed) of the AC motor 4a decreases. When the speed feedback signal .omega.r becomes less than the braking minimum rotation speed, the anti-phase braking controller 6a terminates anti-phase braking (ST9) and stops driving in this state.

なお、以上の説明においては、交流電動機4aが制動最小回転数以上で回転中に停止指令が与得られた状況を例示して説明したが、交流電動機4aが制動最小回転数未満で回転中である状況において、ステップST5によるフリーラン動作を行う必要はないので直接運転を停止すれば良い。また、ステップST3のトルク電流基準の判定を省略しても良い。なお、このステップST3のトルク電流基準の判定を行ったとき、トルク電流基準信号iq*が所定値を超えている場合には、電気推進装置1は、これを異常状態としてアラームを発することが好ましい。 In the above description, the situation in which the stop command is given while the AC motor 4a is rotating at the braking minimum rotation speed or more has been described as an example. In a certain situation, there is no need to perform the free-running operation in step ST5, so the operation can be stopped directly. Also, the determination of the torque current reference in step ST3 may be omitted. When the torque current reference signal iq* exceeds a predetermined value when the torque current reference signal iq* is determined in step ST3, it is preferable that the electric propulsion device 1 regard this as an abnormal state and issue an alarm. .

なお、上記は、電気推進装置1の運転中に交流電動機4aを制動する場合の事例であるが、交流電動機4aを減速させている場合についても、上記と同様の手法を適用可能である。 Although the above is an example of braking the AC motor 4a during operation of the electric propulsion device 1, the same method as described above can also be applied to the case of decelerating the AC motor 4a.

上記の実施形態によれば、電流制御器5hは、交流電動機4aの巻線に流れる電流の検出値に対する電流帰還値と、交流電動機4aの巻線に流れる電流の大きさの制御目標の指標である電流基準iq*とを用いた電流制御により、交流電動機4aの巻線に流れる電流の大きさを制御する。逆相制動制御器6aは、交流電動機4aの制動制御のための制動指令GCONTを有効にして出力する。逆相制動制御器6aは、制動制御の指令の出力に応じて、電流制御の制御ゲインについて、交流電動機4aを駆動させる駆動時の第1ゲインから、交流電動機4aを制動させる制動時の第2ゲインに切替える。これにより、制御装置5は、逆相制動による交流電動機4aの制動時に電流制御の安定性をより高めることができる。
なお、交流電動機4aを駆動させる駆動時の状態は、通常運転モードを選択した状態の一例である。通常運転モードは、上記の駆動時、フリーラン時の制御等に適用できる。
According to the above embodiment, the current controller 5h uses the current feedback value for the detected value of the current flowing through the windings of the AC motor 4a and the index of the control target for the magnitude of the current flowing through the windings of the AC motor 4a. Current control using a certain current reference iq* controls the magnitude of the current flowing through the windings of the AC motor 4a. The reverse-phase braking controller 6a validates and outputs a braking command GCONT for braking control of the AC motor 4a. The reverse-phase braking controller 6a changes the control gain of the current control from the first gain during driving for driving the AC motor 4a to the second gain during braking for braking the AC motor 4a, according to the output of the braking control command. Switch to gain. As a result, the control device 5 can further enhance the stability of the current control when the AC motor 4a is braked by reverse-phase braking.
The driving state in which the AC motor 4a is driven is an example of a state in which the normal operation mode is selected. The normal operation mode can be applied to control during driving and during free-running described above.

また、電流制御器5hは、交流電動機4aの巻線に流れる電流の検出値に対するトルク電流フィードバック信号iqと励磁電流フィードバック信号idとを電流帰還値として利用して、電流帰還値と電流基準との偏差に対する比例演算を、制動時用の第2ゲイン(例えば、上記の比例ゲインK21)を利用して実施して、その偏差が小さくなるように制御してもよい。 Further, the current controller 5h utilizes the torque current feedback signal iq and the excitation current feedback signal id for the detected value of the current flowing through the windings of the AC motor 4a as current feedback values, and compares the current feedback value and the current reference. A proportional calculation for the deviation may be performed using the second gain for braking (for example, the above proportional gain K21) to control the deviation to be small.

電流制御器5hは、上記の電流帰還値と、電流基準との偏差に対する比例積分演算を、制動時用の第2ゲイン(例えば、上記の比例ゲインK21と積分ゲインK22)を利用して実施して、その偏差が小さくなるように制御してもよい。 The current controller 5h performs the proportional integral calculation for the difference between the current feedback value and the current reference using the second gain for braking (for example, the proportional gain K21 and the integral gain K22). may be controlled so that the deviation becomes small.

電流制御器5hは、比例積分演算における積分成分の見かけのゲインを、比例積分演算における比例成分のゲインの大きさに応じた大きさにするように形成されていてもよい。 The current controller 5h may be formed so as to set the apparent gain of the integral component in the proportional integral calculation to a magnitude corresponding to the magnitude of the gain of the proportional component in the proportional integral calculation.

電流設定部6cは、制御により前記電動機の逆相トルクを発生させるための前記電流基準を生成する。フィルタ6rは、制動時の電流基準の変化を緩やかにする。電流制御器5hは、電流設定部6cを制御して、制動時の電流基準を生成させてよい。 The current setting unit 6c generates the current reference for generating the reverse phase torque of the motor by control. The filter 6r moderates changes in the current reference during braking. The current controller 5h may control the current setting section 6c to generate a current reference during braking.

比較例において、制動制御時の制御状態が通常運転時とは異なるために、通常運転時のゲインを制動制御時に適用すると、制御が不安定になることがあり得る。本実施形態のように、通常運転モード時のゲインと、逆相制動運転モード時のゲインを分けたことにより、夫々の状況と制御に適した値に夫々設定できる。
例えば、逆相制動運転モード時には、積分成分による補償よりも、比例成分による補償を多くすると、交流電動機4aの減速を効率よく行うことができる。
In the comparative example, since the control state during braking control is different from that during normal operation, if the gain for normal operation is applied during braking control, the control may become unstable. By dividing the gain in the normal operation mode and the gain in the reversed-phase braking operation mode as in the present embodiment, it is possible to set values suitable for each situation and control.
For example, in the reversed-phase braking operation mode, the AC motor 4a can be decelerated efficiently by increasing the compensation by the proportional component rather than the compensation by the integral component.

また、電流基準をステップ状に変化させるのではなく、フィルタ6rを用いて、制御系の応答性に合わせた制御目標を設定することが可能になり、過電流が発生することを抑制している。フィルタ6rの特性は、制御系の応答特性をモデル化して、これを用いるモデル予測制御の手法を適用して決定してもよい。
なお、逆相トルク電流io*が、逆相制動の開始後に逆相トルク電流io*0に対する所定の比率の大きさになるまでの時間に対して、逆相制動時の電流制御系の応答時間の方が短くなるように、フィルタ6rの応答特性(時定数)を決定する方法で決定してもよい。
フィルタ6rは、電流制御の制御ループの外に設けられている。この位置にフィルタ6rを設けることで、偏差に対する応答性を下げることなく、上記の制御が可能になる。
In addition, instead of changing the current reference stepwise, the filter 6r can be used to set a control target that matches the responsiveness of the control system, thereby suppressing the occurrence of overcurrent. . The characteristics of the filter 6r may be determined by modeling the response characteristics of the control system and applying a model predictive control method using this model.
Note that the response time of the current control system during negative-phase braking is may be determined by a method of determining the response characteristic (time constant) of the filter 6r so that .
The filter 6r is provided outside the control loop of current control. By providing the filter 6r at this position, the above control becomes possible without lowering the responsiveness to the deviation.

(変形例)
上記の実施形態では、制動方法の一例として逆相制動の事例について説明した。これに代えて、他の制動方法を適用してもよい。
他の制動方法として、例えば、直流制動が挙げられる。直流制動の場合には、制御装置5は、制動中に交流電動機4aの巻線に所定の周波数の電流を流すことに代えて、同巻線に直通電圧を印加する。これにより、交流電動機4a内に磁界を発生させて、交流電動機4aの機械的な損失を増加させる。直流制動の具体的な制御方法については、周知の方法を適用してもよく、例えば、国際公開公報WO2019/234920A1などを参照してよい。
(Modification)
In the above embodiment, the case of reverse phase braking has been described as an example of the braking method. Alternatively, other braking methods may be applied.
Other braking methods include, for example, DC braking. In the case of DC braking, the control device 5 applies a direct voltage to the windings of the AC motor 4a instead of causing current of a predetermined frequency to flow through the windings during braking. As a result, a magnetic field is generated in the AC motor 4a to increase the mechanical loss of the AC motor 4a. A well-known method may be applied for a specific control method of DC braking, and reference may be made, for example, to International Publication WO2019/234920A1.

比較例の場合には、直流制動を開始するとき、及び直流制動中に、交流電動機4aの巻線に流れる電流の大きさが振動的に変化したり、電力変換器3内のコンバータ3bとインバータ3cとを繋ぐ直流リンクに逆相制動中に許容値を超える過電圧が生じたりする。 In the case of the comparative example, when DC braking is started and during DC braking, the magnitude of the current flowing through the windings of the AC motor 4a changes oscillatingly, and the converter 3b and the inverter in the power converter 3 change. An overvoltage exceeding the allowable value may occur in the DC link connecting 3c during reverse phase braking.

これに対して、変形例の制御装置5(電流制御器5h)によれば、直流制動の場合であっても、比較例のような電流の振動的な変化を軽減し、許容値を超える過電圧が生じることを抑制することができる。このように本変形例の場合も制動制御中の電流制御の安定性をより高めることができる。 On the other hand, according to the control device 5 (current controller 5h) of the modified example, even in the case of DC braking, the vibrational change in the current as in the comparative example is reduced, and the overvoltage exceeding the allowable value is reduced. can be suppressed. In this manner, the stability of the current control during the braking control can be further enhanced in this modification as well.

以上に説明した少なくとも一つの実施形態によれば、制御装置は、電流制御部と、制動制御部とを備える。電流制御部は、電動機の巻線に流れる電流の検出値と、電動機の巻線に流れる電流の大きさの制御目標の指標である電流基準とを用いた電流制御により、電動機の巻線に流れる電流の大きさを制御する。制動制御部は、電動機の制動制御のための制動指令GCONTを出力する。電流制御部は、制動制御の指令の出力に応じて、電流制御の制御ゲインについて、電動機を駆動させる駆動時の第1ゲインから、電動機を制動させる制動時の第2ゲインに切替える。これにより、制御装置は、電動機の制動時に電流制御の安定性をより高めることができる。 According to at least one embodiment described above, the control device comprises a current controller and a braking controller. The current control unit performs current control using a detected value of the current flowing through the windings of the motor and a current reference that is an index of the control target for the magnitude of the current flowing through the windings of the motor. Controls the magnitude of the current. The braking control unit outputs a braking command GCONT for braking control of the electric motor. The current control unit switches a control gain of current control from a first gain for driving the electric motor to a second gain for braking the electric motor in accordance with an output of a braking control command. As a result, the control device can further enhance the stability of current control during braking of the electric motor.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 While several embodiments of the invention have been described, these embodiments have been presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and spirit of the invention, as well as the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof.

1…電気推進装置、2…発電機、3…電力変換器、3c…インバータ、31…電流検出器、4…推進器、4a…交流電動機(電動機)、4b…プロペラ、5…制御装置、5a…速度制御器、5b…速度演算部、5c…磁束演算部、5d…磁化電流演算部、5e…滑り周波数演算部、5f…滑り角演算部、5g…3相/2相座標変換器、5h…電流制御器、5i…2相/3相座標変換器、5j…PWM制御器、5k…ゲート回路、5m…除算器、5n…加算器、5r、5s…減算器、6…逆相制動制御回路、6a…逆相制動制御器(制動制御部)、6b…制御信号切替スイッチ、6c…電流設定部、6d…電流調節部、6e…周波数設定部、6f…回転方向切替器、6g…反転選択器、6h…減算器、7…運転停止条件回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Electric propulsion apparatus, 2... Generator, 3... Power converter, 3c... Inverter, 31... Current detector, 4... Propeller, 4a... AC motor (motor), 4b... Propeller, 5... Control device, 5a Speed controller 5b Speed calculator 5c Magnetic flux calculator 5d Magnetizing current calculator 5e Slip frequency calculator 5f Slip angle calculator 5g 3-phase/2-phase coordinate converter 5h Current controller 5i 2-phase/3-phase coordinate converter 5j PWM controller 5k Gate circuit 5m Divider 5n Adder 5r, 5s Subtractor 6 Anti-phase braking control circuit 6a reverse phase braking controller (braking control unit) 6b control signal switching switch 6c current setting unit 6d current adjusting unit 6e frequency setting unit 6f rotation direction switch 6g reverse Selector 6h Subtractor 7 Operation stop condition circuit

Claims (8)

電動機の巻線に流れる電流の検出値に対する電流帰還値と、前記電動機の巻線に流れる電流の大きさの制御目標の指標である電流基準とを用いた電流制御により、前記電動機の巻線に流れる電流の大きさを制御する電流制御部と、
前記電動機の制動制御のための制動指令を出力する制動制御部と
を備え、
前記電流制御部は、
前記制動制御の指令の出力に応じて、前記電流制御の制御ゲインについて、前記電動機を駆動させる駆動時の第1ゲインから、前記電動機を制動させる制動時の第2ゲインに切替える、
制御装置。
Current control using a current feedback value with respect to a detected value of the current flowing through the windings of the motor and a current reference, which is an index of the control target for the magnitude of the current flowing through the windings of the motor, allows the windings of the motor to a current control unit that controls the magnitude of the flowing current;
a braking control unit that outputs a braking command for braking control of the electric motor,
The current control unit
According to the output of the braking control command, the control gain of the current control is switched from a first gain during driving for driving the electric motor to a second gain during braking for braking the electric motor.
Control device.
前記電流制御部は、
前記電流帰還値と前記電流基準との偏差に対する比例演算を、前記第2ゲインを利用して実施して、前記偏差が小さくなるように制御するように形成されている、
請求項1に記載の制御装置。
The current control unit
A proportional calculation for the deviation between the current feedback value and the current reference is performed using the second gain, and the deviation is controlled so as to be small.
A control device according to claim 1 .
前記駆動時の第1ゲインにおける比例演算のゲインが、前記制動時の第2ゲインにおける比例演算のゲインよりも小さく設定されている、
請求項2に記載の制御装置。
A proportional calculation gain for the first gain during driving is set smaller than a proportional calculation gain for the second gain during braking.
3. A control device according to claim 2.
前記電流制御部は、
前記電流帰還値と、前記電流基準との偏差に対する比例積分演算を、前記第2ゲインを利用して実施して、前記偏差が小さくなるように制御するように形成されている、
請求項1に記載の制御装置。
The current control unit
The second gain is used to perform a proportional integral operation on the deviation between the current feedback value and the current reference, and the deviation is controlled to be small.
A control device according to claim 1 .
前記電流制御部は、
前記比例積分演算における積分成分のゲインを、前記比例積分演算における比例成分のゲインの大きさに応じた大きさにするように形成されている、
請求項4に記載の制御装置。
The current control unit
The gain of the integral component in the proportional-integral calculation is formed to have a magnitude corresponding to the gain of the proportional component in the proportional-integral calculation.
5. A control device according to claim 4.
制御により前記電動機の逆相トルクを発生させるための前記電流基準を生成する電流設定部と、
前記制動時の前記電流基準の変化を緩やかにするフィルタと
を備え、
前記電流制御部は、
前記電流設定部を制御して前記制動時の前記電流基準を生成させる、
請求項1に記載の制御装置。
a current setting unit that generates the current reference for generating the reverse-sequence torque of the electric motor under control;
a filter that moderates changes in the current reference during the braking;
The current control unit
controlling the current setting unit to generate the current reference during the braking;
A control device according to claim 1 .
前記制動制御部は、前記電動機を逆相制動又は直流制動によって制動させる、
請求項1から請求項6の何れか1項に記載の制御装置。
The braking control unit brakes the electric motor by reverse-phase braking or DC braking.
The control device according to any one of claims 1 to 6.
電動機の巻線に流れる電流の検出値に対する電流帰還値と、前記電動機の巻線に流れる電流の大きさの制御目標の指標である電流基準とを用いた電流制御により、前記電動機の巻線に流れる電流の大きさを電流制御部が制御するステップと、
制御装置が前記電動機の制動制御のための制動指令を出力するステップと、
前記制動制御の指令の出力に応じて、前記電流制御部における前記電流制御の制御ゲインについて、前記電動機を駆動させる駆動時の第1ゲインから、前記電動機を制動させる制動時の第2ゲインに前記電流制御部が切替えるステップと
を含む制御方法。
Current control using a current feedback value with respect to a detected value of the current flowing through the windings of the motor and a current reference, which is an index of the control target for the magnitude of the current flowing through the windings of the motor, allows the windings of the motor to a step in which the current control unit controls the magnitude of the flowing current;
a step in which a control device outputs a braking command for braking control of the electric motor;
According to the output of the brake control command, the control gain of the current control in the current control unit is changed from the first gain during driving for driving the electric motor to the second gain during braking for braking the electric motor. A control method comprising the step of switching the current controller.
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