JP4675264B2 - Rotor frequency estimation device and rotor frequency estimation method - Google Patents

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Description

本発明は、出力指令値に従って制御動作を行うインバータによって駆動される誘導電動機のロータ周波数を推定するロータ周波数推定装置及びその方法に関する。   The present invention relates to a rotor frequency estimation apparatus and method for estimating a rotor frequency of an induction motor driven by an inverter that performs a control operation according to an output command value.

速度センサを不要とした誘導電動機のベクトル制御では、ロータ鎖交磁束誘起電圧を介した電気的情報をステータ側(1次側)で得ることによって、ロータの回転数(ロータ周波数)を推定している。そのため、誘起電圧が低くなる極低速域では、ステータ側に現れる電流・電圧等の電気的情報だけでのロータ周波数の推定が困難になる。そこで、極低速域におけるロータ周波数の推定方式について種々の考案がなされている。例えば、非特許文献1には、鉄道車両を駆動する誘導電動機の速度センサレスベクトル制御方法が記載され、車両の運動方程式に基づいてロータ周波数を推定する方法が記載されている。   In vector control of an induction motor that does not require a speed sensor, the rotor speed (rotor frequency) is estimated by obtaining electrical information via the rotor flux linkage induced voltage on the stator side (primary side). Yes. Therefore, in an extremely low speed region where the induced voltage is low, it is difficult to estimate the rotor frequency only with electrical information such as current and voltage appearing on the stator side. Therefore, various devices have been devised for estimating the rotor frequency in the extremely low speed range. For example, Non-Patent Document 1 describes a speed sensorless vector control method for an induction motor that drives a railway vehicle, and a method for estimating a rotor frequency based on a motion equation of the vehicle.

この非特許文献1に開示されたロータ周波数推定に関わるブロック線図を図8に示す。
図8は、誘導電動機及び誘導電動機を駆動するインバータを備える実機システム10と、機械シミュレータ数式モデルに従ってロータ周波数を推定する機械シミュレータ部20との関係を示す図である。実機システム10は、インバータが1次側(ステータ側)の磁束及びトルクそれぞれの電圧出力指令値V1d ,V1q に従って直交変換した3相電圧を誘導電動機に供給することで誘導電動機を駆動するシステムである。なお、電圧出力指令値V1d ,V1q は、インバータが出力する実際の電流値が電流指令値I1d ,I1q に追従するように制御される過程で求められる。このため、インバータは電圧出力指令V1d ,V1q ではなく電流指令値I1d ,I1q に従って電動機を駆動しているともいえる。
A block diagram related to the rotor frequency estimation disclosed in Non-Patent Document 1 is shown in FIG.
FIG. 8 is a diagram showing a relationship between an actual motor system 10 including an induction motor and an inverter that drives the induction motor, and a machine simulator unit 20 that estimates a rotor frequency according to a machine simulator mathematical model. The actual machine system 10 drives an induction motor by supplying an induction motor with a three-phase voltage orthogonally transformed according to voltage output command values V 1d * and V 1q * of the primary side (stator side) magnetic flux and torque, respectively. System. The voltage output command values V 1d * and V 1q * are obtained in a process in which the actual current value output from the inverter is controlled to follow the current command values I 1d * and I 1q * . Therefore, it can be said that the inverter drives the motor according to the current command values I 1d * and I 1q * instead of the voltage output commands V 1d * and V 1q * .

機械シミュレータ数式モデルは、インバータ周波数が数Hz程度である極低速域領域における車輪の回転方程式に基づく数式モデルであり、その内容は次式(1)に示す通りである。

Figure 0004675264
The machine simulator mathematical model is a mathematical model based on the rotation equation of the wheel in the extremely low speed region where the inverter frequency is about several Hz, and the content is as shown in the following equation (1).
Figure 0004675264

ここで、frestはロータ周波数推定値、I1dはステータd軸(磁束成分)電流、I1qはステータq軸(トルク成分)電流、Pは極対数、Gは歯車比、Mmsetは相互インダクタンス設定値、L2setは2次(ロータ)自己インダクタンス設定値、Jwsetは等価慣性質量設定値、rは車輪半径、Rtsetは走行抵抗設定値である。 Here, f rest is the estimated rotor frequency, I 1d is the stator d-axis (magnetic flux component) current, I 1q is the stator q-axis (torque component) current, P m is the number of pole pairs, G r is the gear ratio, and M mset is A mutual inductance setting value, L 2set is a secondary (rotor) self-inductance setting value, J wset is an equivalent inertia mass setting value, r w is a wheel radius, and R tset is a running resistance setting value.

この数式(1)による機械シミュレータ数式モデルによれば、極低速域の機械的挙動が状態方程式でモデル化されるため、実際の入力であるステータ側電流ベクトルをこの機械シミュレータ数式モデルに与えることで、ロータ周波数を推定することができる。   According to the machine simulator mathematical model according to the mathematical formula (1), the mechanical behavior in the extremely low speed range is modeled by the state equation. Therefore, the stator side current vector that is the actual input is given to the mechanical simulator mathematical model. The rotor frequency can be estimated.

推定されたロータ周波数frestには、所定の演算器によってトルクと磁束の比に比例したすべり周波数fが所定の演算器によって算出・加算され、インバータ周波数fとして実システム10にフィードバックされる。 A slip frequency f s proportional to the ratio of torque to magnetic flux is calculated and added by a predetermined calculator to the estimated rotor frequency f rest and fed back to the actual system 10 as an inverter frequency f 1. .

なお、1次電流ベクトル値の磁束成分I1d及びトルク成分I1qは、電流検出器によってインバータのu,v,wの3相出力電流が検出され、検出された3相電流がd−q軸座標系へ座標変換されることによって求められる。この座標変換は公知技術であるため、詳細な説明を省略する。 As for the magnetic flux component I 1d and the torque component I 1q of the primary current vector value, the current detector detects the three-phase output currents of the inverters u, v, and w, and the detected three-phase current is the dq axis. It is obtained by coordinate conversion to the coordinate system. Since this coordinate transformation is a known technique, a detailed description thereof is omitted.

近藤、結城「誘導電動機速度センサレスベクトル制御の鉄道車両駆動への適用検討」、電気学会論文誌D、Vol.125-D、2005年1月号、p.1-8Kondo, Yuki, “Examination of Application of Induction Motor Speed Sensorless Vector Control to Railway Vehicle Drive”, IEEJ Transactions D, Vol.125-D, January 2005, p.1-8

しかしながら、非特許文献1の方法は、誘導電動機の機械的な状態を定式化した機械シミュレータ数式モデルに基づき、1次電流の磁束成分I1d及びトルク成分I1qからロータ周波数を推定している。このため、極低速域におけるロータ周波数の推定値は、機械シミュレータ数式モデルの各パラメータ値の誤差や変動に対して、また鉄道車両駆動用の誘導電動機であれば勾配や荷重条件(例えば、乗車人数)の変化に対して、大きく変動することとなる。推定されるロータ周波数に基づいて電動機の駆動制御を行っているため、変動したロータ周波数に基づく制御はすべり周波数を変化させることとなり、その結果磁束ベクトルが変化することとなって、大きなトルク変動が生じる場合があった。また、場合によっては脱調に至る可能性もあった。 However, the method of Non-Patent Document 1 estimates the rotor frequency from the magnetic flux component I 1d and the torque component I 1q of the primary current based on a mechanical simulator mathematical model that formulates the mechanical state of the induction motor. For this reason, the estimated value of the rotor frequency in the extremely low speed range is determined based on the gradient and load conditions (for example, the number of passengers) with respect to errors and fluctuations of the parameter values of the machine simulator mathematical model and in the case of an induction motor for driving a railway vehicle. ) Will fluctuate greatly with respect to changes. Since the drive control of the motor is performed based on the estimated rotor frequency, the control based on the changed rotor frequency changes the slip frequency, and as a result, the magnetic flux vector changes, resulting in a large torque fluctuation. There was a case. In some cases, there was a possibility of step-out.

本発明は、上述の課題に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、極低速域におけるロータ周波数をより正確に推定することである。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to more accurately estimate the rotor frequency in the extremely low speed region.

以上の課題を解決するための第1の発明は、
出力指令値に従った制御動作を行うインバータによって駆動される誘導電動機のロータ周波数を推定するロータ周波数推定装置であって、
前記誘導電動機の回転方程式に基づいて予め定められた機械シミュレータ数式モデル(例えば、式(1))に従って、前記誘導電動機の1次電流ベクトル値からロータ周波数を推定して周波数推定値として出力する機械シミュレータ手段(例えば、図1の機械シミュレータ部20)と、
前記誘導電動機の電圧方程式に基づいて予め定められた誘導機シミュレータ数式モデル(例えば、式(2))に従って、前記出力指令値と、前記周波数推定値と、前記誘導電動機のすべり周波数とから1次トルク電流を推定して1次トルク電流推定値として出力する誘導機シミュレータ手段(例えば、図1の誘導機シミュレータ部30)と、
を備え、前記1次トルク電流推定値に基づいて、前記機械シミュレータ手段の推定誤差を補償することを特徴とするロータ周波数推定装置である。
The first invention for solving the above problems is:
A rotor frequency estimation device for estimating a rotor frequency of an induction motor driven by an inverter that performs a control operation according to an output command value,
A machine that estimates a rotor frequency from a primary current vector value of the induction motor and outputs it as a frequency estimated value according to a machine simulator mathematical model (for example, Expression (1)) determined in advance based on the rotation equation of the induction motor. Simulator means (for example, the machine simulator unit 20 in FIG. 1);
In accordance with an induction machine simulator mathematical model (for example, Expression (2)) determined in advance based on the voltage equation of the induction motor, the first order is derived from the output command value, the estimated frequency value, and the slip frequency of the induction motor. Induction machine simulator means for estimating the torque current and outputting it as a primary torque current estimation value (for example, induction machine simulator unit 30 in FIG. 1);
And a rotor frequency estimation device that compensates for an estimation error of the mechanical simulator means based on the estimated value of the primary torque current.

また、他の発明として、出力指令値に従った制御動作を行うインバータによって駆動される誘導電動機のロータ周波数を推定するロータ周波数推定方法であって、
前記誘導電動機の回転方程式に基づいて予め定められた機械シミュレータ数式モデル(例えば、式(1))に従って、前記誘導電動機の1次電流ベクトル値からロータ周波数を推定する機械シミュレータ推定ステップ(例えば、図1の機械シミュレータ部20)と、
前記誘導電動機の電圧方程式に基づいて予め定められた誘導機シミュレータ数式モデル(例えば、式(2))に従って、前記出力指令値と、前記機械シミュレータ推定ステップにおいて推定されたロータ周波数と、前記誘導電動機のすべり周波数とから1次トルク電流を推定する誘導機シミュレータ推定ステップ(例えば、図1の誘導機シミュレータ部30)と、
前記誘導機シミュレータ推定ステップにおいて推定された1次トルク電流に基づいて、前記機械シミュレータ推定ステップにおける推定誤差を補償する補償ステップと、
を含むロータ周波数推定方法を構成してもよい。
Moreover, as another invention, a rotor frequency estimation method for estimating a rotor frequency of an induction motor driven by an inverter that performs a control operation according to an output command value,
A machine simulator estimation step for estimating a rotor frequency from a primary current vector value of the induction motor according to a machine simulator mathematical model (for example, Expression (1)) determined in advance based on the rotation equation of the induction motor (for example, FIG. 1 machine simulator section 20),
According to the induction machine simulator mathematical model (for example, Expression (2)) determined in advance based on the voltage equation of the induction motor, the output command value, the rotor frequency estimated in the machine simulator estimation step, and the induction motor An induction machine simulator estimation step (for example, induction machine simulator unit 30 in FIG. 1) for estimating the primary torque current from the slip frequency of
A compensation step for compensating for an estimation error in the machine simulator estimation step based on the primary torque current estimated in the induction machine simulator estimation step;
A rotor frequency estimation method including

この第1の発明等によれば、誘導機シミュレータ手段が、出力指令値と、機械シミュレータ手段によって推定された周波数推定値と、誘導電動機のすべり周波数とから1次トルク電流を推定する。すなわち、周波数推定値と、実際のロータ周波数とが異なる場合には、すべり周波数に誤差が生じ得、すべり周波数の誤差は1次トルク電流に影響する。このため、出力指令値と、周波数推定値と、すべり周波数とから1次トルク電流を推定し、推定した1次トルク電流を基にロータ周波数の推定誤差を補償することで、ロータ周波数を適切に推定することができるようになる。   According to the first aspect of the invention, the induction machine simulator means estimates the primary torque current from the output command value, the estimated frequency value estimated by the mechanical simulator means, and the slip frequency of the induction motor. That is, if the estimated frequency value is different from the actual rotor frequency, an error may occur in the slip frequency, and the slip frequency error affects the primary torque current. Therefore, the primary torque current is estimated from the output command value, the frequency estimated value, and the slip frequency, and the rotor frequency is appropriately adjusted by compensating for the estimation error of the rotor frequency based on the estimated primary torque current. Can be estimated.

具体的には、例えば、第2の発明として、第1の発明のロータ周波数推定装置であって、
所定の検出手段によって検出される前記誘導電動機の1次トルク電流と、前記1次トルク電流推定値との差異に基づいて所定の比例積分演算をすることで補償値を算出する補償値算出手段(例えば、図1の比例積分器40)と、
前記補償値算出手段によって算出された補償値を前記周波数推定値に加えて前記機械シミュレータ手段の推定誤差を補償する補償値加算手段(例えば、図1の加え合わせ点50)と、
を備え、
前記誘導機シミュレータ手段は、前記出力指令値と、前記補償値加算手段により補償値が加算された周波数推定値と、前記誘導電動機のすべり周波数とから1次トルク電流を推定する、
ロータ周波数推定装置を構成してもよい。
Specifically, for example, as a second invention, the rotor frequency estimation device of the first invention,
Compensation value calculation means for calculating a compensation value by performing a predetermined proportional-integral calculation based on the difference between the primary torque current of the induction motor detected by the predetermined detection means and the estimated value of the primary torque current ( For example, the proportional integrator 40) of FIG.
Compensation value addition means (for example, addition point 50 in FIG. 1) for adding the compensation value calculated by the compensation value calculation means to the frequency estimation value to compensate for the estimation error of the machine simulator means;
With
The induction machine simulator means estimates a primary torque current from the output command value, a frequency estimation value obtained by adding a compensation value by the compensation value addition means, and a slip frequency of the induction motor.
A rotor frequency estimation device may be configured.

また、第3の発明として、第1の発明のロータ周波数推定装置であって、
前記機械シミュレータ数式モデルは、ロータの慣性力がトルクと所与のトルク係数とを乗算したものから抵抗を減算した力と釣り合う数式モデル(例えば、式(4))であり、
前記1次トルク電流推定値と前記インバータによる1次トルク電流指令値との差異が大きい程、前記トルク係数を大きくし、差異が小さい程、前記トルク係数を小さくするトルク係数変更手段(例えば、図7の演算器80)を有する、
ロータ周波数推定装置を構成してもよい。
Moreover, as 3rd invention, it is the rotor frequency estimation apparatus of 1st invention,
The machine simulator mathematical model is a mathematical model (for example, Equation (4)) that balances the force obtained by subtracting the resistance from the product of the inertia force of the rotor multiplied by the torque and a given torque coefficient.
Torque coefficient changing means for increasing the torque coefficient as the difference between the estimated value of the primary torque current and the primary torque current command value by the inverter is larger, and decreasing the torque coefficient as the difference is smaller (for example, FIG. 7 computing units 80),
A rotor frequency estimation device may be configured.

本発明によれば、極低速域におけるロータ周波数を適切に推定することができる   According to the present invention, it is possible to appropriately estimate the rotor frequency in the extremely low speed region.

以下、鉄道車両を駆動する誘導電動機を速度センサレスベクトル制御で制御する制御装置に組み込まれるロータ周波数推定装置の実施の形態について図面を参照して説明する。   Hereinafter, an embodiment of a rotor frequency estimation device incorporated in a control device that controls an induction motor that drives a railway vehicle by speed sensorless vector control will be described with reference to the drawings.

1.構成及び動作
ロータ周波数推定装置1は、CPUや、プログラムを記憶したROM、RAM等から構成されるコンピュータにより実現されるものであり、例えば制御ボードとして誘導電動機の制御装置に実装される。また誘導電動機に駆動電力を供給するインバータを含めて一体的にインバータ装置として構成され得るものである。
1. Configuration and Operation The rotor frequency estimation device 1 is realized by a computer including a CPU, a ROM storing a program, a RAM, and the like. For example, the rotor frequency estimation device 1 is mounted on a control device of an induction motor as a control board. Moreover, it can be integrally configured as an inverter device including an inverter for supplying drive power to the induction motor.

図1は、ロータ周波数推定装置1の制御内容を示すブロック線図である。ロータ周波数推定装置1は、背景技術として上述したものと同じ機械シミュレータ部20の他に、誘導機シミュレータ部30と、比例積分器40とを備える。   FIG. 1 is a block diagram showing the control contents of the rotor frequency estimation device 1. The rotor frequency estimation device 1 includes an induction machine simulator unit 30 and a proportional integrator 40 in addition to the same machine simulator unit 20 as described above as the background art.

誘導機シミュレータ部30は、誘導機シミュレータ数式モデルに従い、インバータ周波数fと電圧出力指令値V1d ,V1q とに基づいて、1次d軸電流I1d及び1次q軸電流I1qを推定する制御ブロックである。なお、電圧出力指令値V1d ,V1q ではなく、電流出力指令値I1d ,I1q としてもよいことは背景技術において説明した通りである。 The induction machine simulator unit 30 follows the induction machine simulator mathematical model, and based on the inverter frequency f 1 and the voltage output command values V 1d * and V 1q * , the primary d-axis current I 1d and the primary q-axis current I 1q. Is a control block for estimating. As described in the background art, the current output command values I 1d * and I 1q * may be used instead of the voltage output command values V 1d * and V 1q * .

誘導機シミュレータ数式モデルによる演算内容は次式(2)による。

Figure 0004675264
The content of the calculation by the induction machine simulator mathematical model is based on the following formula (2).
Figure 0004675264

ここで、サフィックスnはノミナル値を、サフィックスestは推定値を、サフィックスRefは指令値を、Rは1次(ステータ)巻線抵抗を、Rは2次(ステータ)巻線抵抗を、Lは1次自己インダクタンスを、Lは2次自己インダクタンスを、Mは相互インダクタンスを、V1dRefはd軸電圧指令値を、V1qRefはq軸電圧指令値をそれぞれ示す。 Here, suffix n is the nominal value, suffix est is the estimated value, suffix Ref is the command value, R 1 is the primary (stator) winding resistance, R 2 is the secondary (stator) winding resistance, L 1 represents a primary self-inductance, L 2 represents a secondary self-inductance, M m represents a mutual inductance, V 1dRef represents a d-axis voltage command value, and V 1qRef represents a q-axis voltage command value.

また、R12n=R1n+(Mmn/L2n2n、ωrest=2πPrest、ω=R2n1qRef/(L2n2dRef)、ω=ωrest+ωである。 Also, R 12n = R 1n + (M mn / L 2n ) 2 R 2n , ω rest = 2πP m f rest , ω S = R 2n I 1qRef / (L 2n I 2dRef ), ω 1 = ω rest + ω S is there.

誘導機シミュレータ部30によって推定演算された1次q軸電流推定値I1qestから、実際に測定された1次q軸電流を引いた差が比例積分器40に入力される。 A difference obtained by subtracting the actually measured primary q-axis current from the primary q-axis current estimated value I 1quest estimated by the induction machine simulator 30 is input to the proportional integrator 40.

比例積分器40は、入力値を比例積分して周波数補償値△frestとして出力する演算器である。比例積分器40のゲイン曲線を図2に示し、伝達関数を次式(3)に示す。

Figure 0004675264
The proportional integrator 40 is an arithmetic unit that proportionally integrates an input value and outputs it as a frequency compensation value Δf rest . The gain curve of the proportional integrator 40 is shown in FIG. 2, and the transfer function is shown in the following equation (3).
Figure 0004675264

(3)式の各ゲインは次のように調整・設定する。すなわち、先ず、比例ゲインKMechPを“0”としたままで、積分ゲインKMechIを徐々に大きくする。その過程で、系固有の振動周波数成分による振動が現出する。この時の振動角周波数をωsysとし、比例積分器40の折点周波数1/TMechをωsysより小さく設定する。折点周波数1/TMechを設定して後、再度ゲインKMechを徐々に大きくしていく。このとき、周波数補償値Δfrestが無くなるように調整する。 Each gain in equation (3) is adjusted and set as follows. That is, first, the integral gain K MechI is gradually increased while the proportional gain K MechP is kept at “0”. In the process, vibration due to the vibration frequency component unique to the system appears. The vibration angular frequency at this time is set to ω sys, and the corner frequency 1 / T Mech of the proportional integrator 40 is set to be smaller than ω sys . After setting the break frequency 1 / T Mech , the gain K Mech is gradually increased again. At this time, the frequency compensation value Δf rest is adjusted to be eliminated.

そして、機械シミュレータ部20から出力されるロータ周波数推定値は、補償前推定値frest0とされ、比例積分器40から出力される周波数補償値Δfrestが加えられて補償されることで、ロータ周波数推定値frestとして、ロータ周波数推定装置1から出力される。 Then, the estimated rotor frequency value output from the machine simulator unit 20 is the pre-compensation estimated value f rest0, and the frequency compensation value Δf rest output from the proportional integrator 40 is added and compensated for, so that the rotor frequency The estimated value f rest is output from the rotor frequency estimation device 1.

また、補償されたロータ周波数推定値frestには、すべり周波数fが加えられてインバータ周波数fとされ、実システム10にフィードバックされる。 Further, the slip frequency f s is added to the compensated rotor frequency estimated value f rest to obtain the inverter frequency f 1 , which is fed back to the actual system 10.

以上のロータ周波数推定装置1が、機械シミュレータ部20によって推定されるロータ周波数frest0を補償する原理は次の通りである。すなわち、機械シミュレータ部20によって得られた補償前のロータ周波数推定値frest0と実際のロータ周波数fとの間に誤差が生じると、すべり周波数fに誤差が生じる。それは、1次角周波数ω(インバータ周波数f)として誘導機シミュレータ部30に反映される。1次電圧ベクトルV1d,V1qには実システム10に対する定電流制御の結果が反映されるが、誘導機シミュレータ部30の出力電流ベクトルである推定電流ベクトルI1dest,I1qestに対しては反映されない。そのため、1次角周波数ωを介して反映されるすべり周波数fの誤差は、推定電流ベクトルI1dest,I1qestに反映される。このうち、トルクと直接的に比例関係にあるq軸電流に着目し、実際値と推定値の偏差を比例積分器40の出力Δfrestにてロータ周波数推定値frest0を補正する。これにより、機械シミュレータ数式モデルの各パラメータ値の誤差等によって生じた機械シミュレータ部20によるロータ周波数の推定誤差が補償される。 The principle that the above-described rotor frequency estimation device 1 compensates for the rotor frequency f rest0 estimated by the machine simulator unit 20 is as follows. That is, when the error between the actual rotor frequency f r and the rotor frequency estimate f Rest0 uncompensated obtained by mechanical simulator 20 occurs, an error occurs in the slip frequency f s. This is reflected in the induction machine simulator unit 30 as the primary angular frequency ω 1 (inverter frequency f 1 ). The primary voltage vectors V 1d and V 1q reflect the result of constant current control for the actual system 10, but reflect the estimated current vectors I 1dest and I 1quest that are the output current vectors of the induction machine simulator unit 30. Not. Therefore, the error of the slip frequency f s reflected through the primary angular frequency ω 1 is reflected in the estimated current vectors I 1dest and I 1quest . Of these, focusing on the q-axis current that is directly proportional to the torque, the deviation between the actual value and the estimated value is corrected by the output Δf rest of the proportional integrator 40 to correct the rotor frequency estimated value f rest0 . Thereby, the estimation error of the rotor frequency by the machine simulator unit 20 caused by the error of each parameter value of the machine simulator mathematical model is compensated.

2.実験結果
ロータ周波数推定装置1を組み込んだ電気車制御の数値シミュレーションを行い、ロータ周波数推定装置1の効果を確認した。数値シミュレーションでは、シミュレーション開始2秒後から電流を立ち上げることとした。これは、実車においてブレーキ緩解後の力行電流の立ち上がりまでに要する時間を模擬するためであり、現実的な時間より長目の2秒という厳しい条件にしたものである。この結果、下り勾配では微速前進状態からの起動を、上り勾配では後退状態からの起動を再現している。
2. Experimental Results A numerical simulation of electric vehicle control incorporating the rotor frequency estimation device 1 was performed, and the effect of the rotor frequency estimation device 1 was confirmed. In the numerical simulation, the current was raised 2 seconds after the start of the simulation. This is for simulating the time required for the rising of the power running current after releasing the brake in an actual vehicle, and is a strict condition of 2 seconds longer than the actual time. As a result, the start from the slow forward state is reproduced on the down slope, and the start from the reverse state is reproduced on the up slope.

(1)空車・下り勾配
通勤電車等において、空車状態で35パーミル下り勾配での起動状態を想定したシミュレーションを行った。このとき、誘導機シミュレータ部30の等価荷重設定値及び走行抵抗設定値は、全く異なる値、すなわち通勤電車等の200%満車状態(荷重が空車質量の半分程度)で且つ平坦を走行する場合を想定した値とした。
(1) Empty vehicle / downhill slope In a commuter train or the like, a simulation was performed assuming an activated state with a 35 permil downhill slope in an empty state. At this time, the equivalent load setting value and the running resistance setting value of the induction machine simulator section 30 are completely different values, that is, a case where the commuter train is 200% full (the load is about half of the empty vehicle mass) and is running flat. The assumed value was used.

図3は誘導機シミュレータ部30による補償を無しとして起動した場合のシミュレーション結果である。誘導機シミュレータ部30による補償が無いため、従来の図8に示した構成とほぼ同様の構成による制御がなされている。シミュレーションの結果、図3(a)に示す通り、発生トルクTが推定トルクTmestの約半分となっている。このため、加速についても下り勾配で加速してはいるものの、予定値(推定値)に対して概ね半分程度の加速に留まっている。 FIG. 3 shows a simulation result when the induction machine simulator unit 30 is started up without compensation. Since there is no compensation by the induction machine simulator unit 30, control is performed with a configuration substantially similar to the configuration shown in FIG. As a result of the simulation, as shown in FIG. 3A, the generated torque Tm is about half of the estimated torque Tmest . For this reason, although acceleration is also accelerated at a downward slope, it is only about half of the planned value (estimated value).

一方、図4は誘導機シミュレータ部30による補償を有りとした場合のシミュレーション結果である。誘導機シミュレータ部30による補償有りの場合は、同図(a)発生トルクT、(b)q軸トルクI1q、及び(c)ロータ周波数fの何れも、シミュレーション開始5秒後、すなわちロータ周波数推定装置1による推定開始から3秒後には、各々の推定値と一致する結果が得られた。機械的パラメータの設定誤差等の影響を補償して、極低速域において適切な加速が行われたといえる。 On the other hand, FIG. 4 shows a simulation result in the case where compensation by the induction machine simulator unit 30 is present. For those with compensation by the induction machine simulator 30, FIG. (A) generating torque T m, any of (b) q-axis torque I 1q, and (c) the rotor frequency f r, the simulation starts after 5 seconds, i.e. After 3 seconds from the start of estimation by the rotor frequency estimation device 1, a result that coincided with each estimated value was obtained. It can be said that appropriate acceleration was performed in the extremely low speed region by compensating for the influence of setting errors of mechanical parameters.

(2)満車・上り勾配
通勤電車等において、200%満車状態(荷重が空車質量の半分程度)で35パーミル上り勾配での起動状態を想定したシミュレーションを行った。このとき、誘導機シミュレータ部30の等価荷重設定値および走行抵抗設定値は、全く異なる値、すなわち空車で且つ平坦を走行する場合を想定した値とした。
(2) Full occupancy / uphill gradient In a commuter train, etc., a simulation was performed assuming a starting state at a 35 per mil uphill in a 200% full state (load is about half of the empty car mass). At this time, the equivalent load setting value and the traveling resistance setting value of the induction machine simulator unit 30 are completely different values, that is, values assuming a case where the vehicle is running empty and flat.

図5は誘導機シミュレータ部30による補償を無しとして起動した場合のシミュレーション結果である。誘導機シミュレータ部30による補償が無いため、従来の図8に示した構成とほぼ同様の構成による制御がなされている。シミュレーションの結果、図5(c)に示す通り、ロータ周波数推定値frestとロータ周波数fが乖離し、この場合には上り急勾配での起動を想定しているので、脱調に至った後に後退していることが分かる。 FIG. 5 shows a simulation result when the induction machine simulator unit 30 is started without compensation. Since there is no compensation by the induction machine simulator unit 30, control is performed with a configuration substantially similar to the configuration shown in FIG. Simulation results, as shown in FIG. 5 (c), deviate rotor frequency estimate f rest and the rotor frequency f r is, since it is assumed start of the up steep in this case, leading to loss of synchronism It turns out that it is set back later.

一方、図6は誘導機シミュレータ部30による補償を有りとした場合のシミュレーション結果である。同図(a)発生トルクT、(b)q軸トルクI1q、及び(c)ロータ周波数fの何れも、シミュレーション開始5秒後、すなわちロータ周波数推定装置1による推定開始から3秒後には、各々の推定値と一致しており、上り急勾配の満車条件であっても極低速域の制御が良好に機能し、適切に起動できている。 On the other hand, FIG. 6 shows a simulation result in the case where compensation by the induction machine simulator unit 30 is present. FIG (a) generating torque T m, (b) q-axis torque I 1q, and (c) both of the rotor frequency f r, the simulation starts 5 seconds later, that is, 3 seconds after the start of estimation by the rotor frequency estimating apparatus 1 Corresponds to the respective estimated values, and the control in the extremely low speed region functions well even under full uphill conditions, and can be started appropriately.

3.変形例
以上の実施形態ではロータ周波数推定装置1は鉄道車両用の誘導電動機を対象とするものとして説明した。しかし、誘導電動機は、鉄道車両や電気自動車等の電気車の他、工作機械、製造設備、リフト類、ファン・ポンプといった種々の機械装置の動力源としても用いられる。そのため、これらの動力源である誘導電動機に対してロータ周波数推定装置1を適用し、起動特性を改善することとしてもよいことは勿論である。
3. Modified Example In the above embodiment, the rotor frequency estimation device 1 has been described as intended for an induction motor for a railway vehicle. However, induction motors are also used as power sources for various machine devices such as machine tools, manufacturing equipment, lifts, fans and pumps, in addition to electric vehicles such as railway vehicles and electric vehicles. Therefore, it goes without saying that the rotor frequency estimation device 1 may be applied to the induction motor that is the power source to improve the starting characteristics.

また、本発明を適用可能なロータ周波数推定装置は、上述の図1の構成に限られるものではない。例えば図7に示すロータ周波数推定装置2のような構成としてもよい。すなわち、図1のロータ周波数推定装置1と同じ誘導機シミュレータ部30によって推定された1次q軸電流推定値I1qestと1次q軸電流の指令値I1qRefとの比を演算器90が演算し、その結果をGtmとして(1−Gtm)Kgainを演算器80が演算して、機械シミュレータ部25がロータ周波数推定値frestを推定演算する。 Further, the rotor frequency estimation apparatus to which the present invention is applicable is not limited to the configuration shown in FIG. For example, it is good also as a structure like the rotor frequency estimation apparatus 2 shown in FIG. That is, the calculator 90 calculates the ratio between the primary q-axis current estimated value I 1qest estimated by the same induction machine simulator 30 as the rotor frequency estimation device 1 of FIG. 1 and the primary q-axis current command value I 1qRef. Then, the calculator 80 calculates (1-G tm ) K gain with the result as G tm , and the machine simulator unit 25 estimates and calculates the rotor frequency estimated value f rest .

機械シミュレータ部25の数式モデルである機械シミュレータ数式モデルは次式の通りである。各定数及び係数は式(1)と同様である。

Figure 0004675264
A machine simulator mathematical model which is a mathematical model of the machine simulator unit 25 is as follows. Each constant and coefficient are the same as in equation (1).
Figure 0004675264

このロータ周波数推定装置2の動作原理は、すべり周波数の誤差が1次q軸電流指令値I1qRefに表れることに基づくものである。すなわち、1次q軸電流推定値I1qestと1次q軸電流指令値I1qRefとが差異が小さければ、演算器80による(1−Gtm)Kgainの値が“0”に近づき、差異が大きければ、Kgainの値が式(4)のトルクの項(右辺第1項)に効いてくることになる。 The operating principle of the rotor frequency estimation device 2 is based on the fact that a slip frequency error appears in the primary q-axis current command value I 1qRef . That is, if the difference between the primary q-axis current estimated value I 1quest and the primary q-axis current command value I 1qRef is small, the value of (1-G tm ) K gain by the calculator 80 approaches “0”, and the difference Is large, the value of K gain is effective for the torque term (first term on the right side) of Equation (4).

かかるロータ周波数推定装置2によっても、極低速域におけるロータ周波数の推定を改善することができる。   Such a rotor frequency estimation device 2 can also improve the estimation of the rotor frequency in the extremely low speed region.

ロータ周波数推定装置のブロック線図。The block diagram of a rotor frequency estimation apparatus. 比例演算器のゲイン曲線。Proportional calculator gain curve. 誘導機シミュレータ部による補償を無しとした場合のシミュレーション結果。Simulation results with no compensation by the induction machine simulator. 誘導機シミュレータ部による補償を有りとした場合のシミュレーション結果。Simulation results with compensation by induction machine simulator. 誘導機シミュレータ部による補償を無しとした場合のシミュレーション結果。Simulation results with no compensation by the induction machine simulator. 誘導機シミュレータ部による補償を有りとした場合のシミュレーション結果。Simulation results with compensation by induction machine simulator. 変形例としてのロータ周波数推定装置のブロック線図。The block diagram of the rotor frequency estimation apparatus as a modification. 従来のロータ周波数推定に関わるブロック線図。The block diagram in connection with the conventional rotor frequency estimation.

符号の説明Explanation of symbols

1,2 ロータ周波数推定装置
10 実システム
20 機械シミュレータ部
30 誘導機シミュレータ部
40 比例積分器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 Rotor frequency estimation apparatus 10 Real system 20 Machine simulator part 30 Induction machine simulator part 40 Proportional integrator

Claims (4)

出力指令値に従った制御動作を行うインバータによって駆動される誘導電動機のロータ周波数を推定するロータ周波数推定装置であって、
前記誘導電動機の回転方程式に基づいて予め定められた機械シミュレータ数式モデルに従って、前記誘導電動機の1次電流ベクトル値からロータ周波数を推定して周波数推定値として出力する機械シミュレータ手段と、
前記誘導電動機の電圧方程式に基づいて予め定められた誘導機シミュレータ数式モデルに従って、前記出力指令値と、前記周波数推定値と、前記誘導電動機のすべり周波数とから1次トルク電流を推定して1次トルク電流推定値として出力する誘導機シミュレータ手段と、
を備え、前記1次トルク電流推定値に基づいて、前記機械シミュレータ手段の推定誤差を補償するロータ周波数推定装置。
A rotor frequency estimation device for estimating a rotor frequency of an induction motor driven by an inverter that performs a control operation according to an output command value,
Mechanical simulator means for estimating a rotor frequency from a primary current vector value of the induction motor and outputting it as a frequency estimated value according to a machine simulator formula model determined in advance based on the rotation equation of the induction motor;
A primary torque current is estimated by estimating a primary torque current from the output command value, the estimated frequency value, and the slip frequency of the induction motor according to a predetermined induction machine simulator mathematical model based on the voltage equation of the induction motor. Induction machine simulator means for outputting as an estimated torque current value;
And a rotor frequency estimation device that compensates for an estimation error of the machine simulator means based on the estimated value of the primary torque current.
所定の検出手段によって検出される前記誘導電動機の1次トルク電流と、前記1次トルク電流推定値との差異に基づいて所定の比例積分演算をすることで補償値を算出する補償値算出手段と、
前記補償値算出手段によって算出された補償値を前記周波数推定値に加えて前記機械シミュレータ手段の推定誤差を補償する補償値加算手段と、
を備え、
前記誘導機シミュレータ手段は、前記出力指令値と、前記補償値加算手段により補償値が加算された周波数推定値と、前記誘導電動機のすべり周波数とから1次トルク電流を推定する、
請求項1に記載のロータ周波数推定装置。
Compensation value calculating means for calculating a compensation value by performing a predetermined proportional-integral calculation based on a difference between the primary torque current of the induction motor detected by the predetermined detecting means and the estimated value of the primary torque current; ,
Compensation value adding means for adding the compensation value calculated by the compensation value calculating means to the frequency estimated value to compensate for the estimation error of the machine simulator means;
With
The induction machine simulator means estimates a primary torque current from the output command value, a frequency estimation value obtained by adding a compensation value by the compensation value addition means, and a slip frequency of the induction motor.
The rotor frequency estimation apparatus according to claim 1.
前記機械シミュレータ数式モデルは、ロータの慣性力がトルクと所与のトルク係数とを乗算したものから抵抗を減算した力と釣り合う数式モデルであり、
前記1次トルク電流推定値と前記インバータによる1次トルク電流指令値との差異が大きい程、前記トルク係数を大きくし、差異が小さい程、前記トルク係数を小さくするトルク係数変更手段を有する、
請求項1に記載のロータ周波数推定装置。
The machine simulator mathematical model is a mathematical model in which the inertial force of the rotor balances the force obtained by subtracting the resistance from the product of the torque and the given torque coefficient,
Torque coefficient changing means for increasing the torque coefficient as the difference between the primary torque current estimated value and the primary torque current command value by the inverter increases, and decreasing the torque coefficient as the difference decreases;
The rotor frequency estimation apparatus according to claim 1.
出力指令値に従った制御動作を行うインバータによって駆動される誘導電動機のロータ周波数を推定するロータ周波数推定方法であって、
前記誘導電動機の回転方程式に基づいて予め定められた機械シミュレータ数式モデルに従って、前記誘導電動機の1次電流ベクトル値からロータ周波数を推定する機械シミュレータ推定ステップと、
前記誘導電動機の電圧方程式に基づいて予め定められた誘導機シミュレータ数式モデルに従って、前記出力指令値と、前記機械シミュレータ推定ステップにおいて推定された周波数推定値と、前記誘導電動機のすべり周波数とから1次トルク電流を推定する誘導機シミュレータ推定ステップと、
前記誘導機シミュレータ推定ステップにおいて推定された1次トルク電流に基づいて、前記機械シミュレータ推定ステップにおける推定誤差を補償する補償ステップと、
を含むロータ周波数推定方法。
A rotor frequency estimation method for estimating a rotor frequency of an induction motor driven by an inverter that performs a control operation according to an output command value,
A machine simulator estimating step of estimating a rotor frequency from a primary current vector value of the induction motor according to a machine simulator mathematical model predetermined based on a rotation equation of the induction motor;
In accordance with an induction machine simulator mathematical model determined in advance based on the voltage equation of the induction motor, the output command value, the frequency estimation value estimated in the machine simulator estimation step, and the slip frequency of the induction motor are linear. An induction machine simulator estimation step for estimating torque current;
A compensation step for compensating for an estimation error in the machine simulator estimation step based on the primary torque current estimated in the induction machine simulator estimation step;
A rotor frequency estimation method including:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113890443B (en) * 2020-06-17 2023-09-05 台达电子工业股份有限公司 Motor rotor frequency estimation method

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08308300A (en) * 1995-05-12 1996-11-22 Meidensha Corp Speed sensorless vector controller for induction motor
JP2003018898A (en) * 2001-06-27 2003-01-17 Mitsubishi Electric Corp Electric motor car controller based on vector control
JP2005045847A (en) * 2003-07-22 2005-02-17 Hitachi Ltd Control method of induction motor
JP2005124366A (en) * 2003-10-20 2005-05-12 Toshiba Corp Controller for electric vehicle

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08308300A (en) * 1995-05-12 1996-11-22 Meidensha Corp Speed sensorless vector controller for induction motor
JP2003018898A (en) * 2001-06-27 2003-01-17 Mitsubishi Electric Corp Electric motor car controller based on vector control
JP2005045847A (en) * 2003-07-22 2005-02-17 Hitachi Ltd Control method of induction motor
JP2005124366A (en) * 2003-10-20 2005-05-12 Toshiba Corp Controller for electric vehicle

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