JP4760064B2 - Induction motor control method - Google Patents
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Description
この発明は、適応二次磁束オブザーバを用いた誘導電動機の速度センサレスベクトル制御により該電動機を可変速駆動する誘導電動機の制御方法に関する。 The present invention relates to a control method for an induction motor that drives the motor at a variable speed by speed sensorless vector control of the induction motor using an adaptive secondary magnetic flux observer.
図5は、この種の速度センサレスベクトル制御を行う誘導電動機の速度制御装置の従来例を示す回路構成図である。 FIG. 5 is a circuit configuration diagram showing a conventional example of a speed control device for an induction motor that performs this type of speed sensorless vector control.
図5に示した速度制御装置には誘導電動機100に所望の交流電力を供給する電力変換装置1と、この電力変換装置1から誘導電動機100への一次電流,一次電圧それぞれを検出する電流検出器2,電圧検出器3と、指令される速度指令値に基づき電力変換装置1を介して誘導電動機100を可変速制御するためのベクトル制御システム部分および適応二次磁束オブザーバシステム部分からなる制御部10とを備えている。
The speed control device shown in FIG. 5 includes a power converter 1 that supplies desired AC power to the
前記ベクトル制御シスシム部分は指令される速度指令値と後述の回転速度推定値との偏差を零にする調節演算値と後述の誘導電動機100の二次磁束推定値とに基づき該電動機のトルク電流指令値を生成する速度調節手段11と、電流検出器2からの誘導電動機100の一次電流の検出値を該電動機のトルク電流および励磁電流の検出値に座標変換する座標変換手段12と、前記トルク電流指令値とトルク電流の検出値との偏差を零にする調節演算値と前記二次磁束推定値と後述の誘導電動機100の一次・二次抵抗推定値とに基づき該電動機のトルク成分の電圧指令値を生成するトルク電流調節手段13と、指令される励磁電流指令値と前記励磁電流の検出値との偏差を零にする調節演算値と前記一次・二次抵抗推定値とに基づき誘導電動機100の励磁成分の電圧指令値を生成する励磁電流調節手段14と、前記回転速度推定値と一次・二次抵抗推定値とに基づき誘導電動機100の一次周波数を生成するすべり周波数制御手段15と、前記トルク成分および励磁成分の電圧指令値と一次周波数とに基づく座標逆変換をして電力変換装置1への3相電圧指令値(交流量)を生成する座標逆変換手段16とから構成され、速度調節手段11,座標変換手段12,トルク電流調節手段13,励磁電流調節手段14,すべり周波数制御手段15,座標逆変換手段16それぞれは周知の技術により形成されている。
The vector control system portion is based on an adjustment calculation value that makes a deviation between a commanded speed command value and a rotational speed estimated value, which will be described later, zero, and a secondary magnetic flux estimated value of the
また、前記適応二次磁束オブザーバシステム部分は電流・磁束オブザーバ21と、オブザーバゲイン設定器22と、回転速度・抵抗推定手段23とから構成され、電流・磁束オブザーバ21では誘導電動機100の一次電流,二次磁束を状態変数とした状態方程式における一次抵抗,二次抵抗,回転速度をそれぞれ推定値に置き換え、該電動機のトルク電流,励磁電流それぞれの推定誤差にオブザーバゲイン設定器22のそれぞれの値を乗じてフィードバックさせた値と電圧検出器3からの該電動機の一次電圧との和に基づき、誘導電動機100のトルク電流,励磁電流,二次磁束それぞれの推定値を演算している。これを式で表すと、下記数1式となる。
The adaptive secondary magnetic flux observer system portion includes a current /
上記式における動特性を決定するオブザーバゲイン行列Gは下記数2式で表され、オブザーバゲイン設定器22にて設定される。
The observer gain matrix G for determining the dynamic characteristics in the above equation is expressed by the following
上述の電流・磁束オブザーバ21ではパラメータとして推定値を用いているため、この推定値に誤差がある場合には、誘導電動機100のトルク電流,励磁電流それぞれの推定値に誤差を含むことになる。そこで、前記誤差が無くなるように、この適応二次磁束オブザーバを用いた速度センサレス制御では適応推定機構を付加し、誘導電動機100の回転速度,一次抵抗値,二次抵抗値それぞれの推定値を回転速度・抵抗推定器23において、下記数3式に基づいて導出している。
Since the estimated value is used as a parameter in the current /
前記数2式で示したオブザーバゲイン行列Gの各要素に対して、上記非特許文献1などでは下記数4式で示すように設定している。
For each element of the observer gain matrix G expressed by the
しかしながら、上記数4式で示した従来のオブザーバゲイン行列Gの設定方法では、速度センサレスベクトル制御を行う誘導電動機の回転速度が低いときに、速度推定誤差が長時間収束しない場合があった。 However, in the conventional method for setting the observer gain matrix G expressed by the above equation 4, when the rotational speed of the induction motor that performs speed sensorless vector control is low, the speed estimation error may not converge for a long time.
この発明の目的は上記問題点を解決する誘導電動機の制御方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a method of controlling an induction motor that solves the above problems.
この発明は、適応二次磁束オブザーバを用いた誘導電動機の速度センサレスベクトル制御により該電動機を可変速駆動する誘導電動機の制御方法において、
前記誘導電動機のトルク電流の推定値とその実際値との偏差に対して進み遅れ特性の位相およびゲインを補償した値を比例積分演算した値に基づいて、該電動機の回転速度の推定値を導出することを特徴とする制御方法を行う。
The present invention relates to a control method for an induction motor that drives the motor at a variable speed by speed sensorless vector control of the induction motor using an adaptive secondary magnetic flux observer.
An estimated value of the rotational speed of the electric motor is derived based on a value obtained by proportional-integral calculation of the phase and gain compensated for the phase and gain of the lead / lag characteristic with respect to the deviation between the estimated value of the torque current of the induction motor and its actual value. The control method characterized by doing is performed.
この発明の誘導電動機の制御方法について、図面を参照しつつ、以下に説明する。 A method for controlling an induction motor according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
図3は、誘導電動機の速度センサレスベクトル制御における状態変数の誤差に関する等価フィードバック系を示すブロック図である。 FIG. 3 is a block diagram showing an equivalent feedback system related to an error of a state variable in speed sensorless vector control of the induction motor.
すなわち、従来の誘導電動機の速度制御装置において、誘導電動機100の回転速度から回転速度推定値までの一巡伝達関数G(s)を求めると、下記数5式で表される。ここで、G1(s)はオブザーバと誘導電動機の状態変数の誤差を出力する伝達関数を表し、Gn(s)は誘導電動機の二次抵抗と回転速度の推定器を含む伝達関数である。
That is, in a conventional induction motor speed control device, when a round transfer function G (s) from the rotation speed of the
前記数5式中のKRrP,KωPは推定器の比例ゲイン、KRrI,KωIは積分ゲインである。また、g22はオブザーバゲイン行列の2行2列目の要素であり、分母に0次の項に含まれるqという係数はオブザーバゲイン行列の2行1列目に含まれる係数である。 In Equation 5, K RrP and Kω P are proportional gains of the estimator , and K RrI and Kω I are integral gains. G 22 is an element in the second row and second column of the observer gain matrix, and a coefficient q included in the 0th-order term in the denominator is a coefficient included in the second row and first column of the observer gain matrix.
すなわち、従来の誘導電動機の制御方法では前記qの値を上げれば、G1(s)の直流および直流に近いゲインを高め、その結果、速度誤差の収束性能を高めることができるが、q>0の場合、G1(s)は分母が4次、分子が3次となるため、G1(s)の入出力間の位相差が90°を越える周波数帯が存在することがあり、このときには制御系の安定性が保証されない。 That is, if the value of q is increased in the conventional induction motor control method, the gain of G 1 (s) and the gain close to the DC can be increased, and as a result, the convergence performance of the speed error can be improved. In the case of 0, G 1 (s) has a denominator of the fourth order and a numerator of the third order, and therefore there may be a frequency band in which the phase difference between the input and output of G 1 (s) exceeds 90 °. Sometimes the stability of the control system is not guaranteed.
図4は、この発明の誘導電動機の制御方法を用いた速度推定系のブロック図である。すなわち、誘導電動機の電流推定誤差に対する補償器が新たに備えられ、従来の制御方法におけるG1(s)の入出力間の位相差が90°を越える周波数帯に対して、該位相差が90°を越えないようにしている。 FIG. 4 is a block diagram of a speed estimation system using the induction motor control method of the present invention. That is, a compensator for a current estimation error of the induction motor is newly provided, and the phase difference is 90 for a frequency band in which the phase difference between the input and output of G 1 (s) exceeds 90 ° in the conventional control method. Do not exceed °.
図4に示した補償器を用いると、適応二次磁束オブザーバにおけるオブザーバゲインの影響より発生した位相遅れを補償できるため、制御系を安定に保ちながらオブザーバゲインの調整範囲を広げられ、従って、速度推定性能を上げることができる。また、前記補償器のゲイン補償によって、ゲインを高めた周波数帯での速度推定性能を上げられるため、速度推定系として望ましい伝達特性を持たせることができる。 When the compensator shown in FIG. 4 is used, it is possible to compensate for the phase lag caused by the effect of the observer gain in the adaptive secondary magnetic flux observer, so that the adjustment range of the observer gain can be expanded while keeping the control system stable. The estimation performance can be improved. Further, since the speed estimation performance in the frequency band with the increased gain can be improved by the gain compensation of the compensator, it is possible to have a desirable transfer characteristic as a speed estimation system.
図1は、この発明の誘導電動機の制御方法を行う誘導電動機の速度制御装置の回路構成図であり、この図において、図5に示した従来例構成と同一機能を有するものには同一符号を付して、ここではその説明を省略する。 FIG. 1 is a circuit configuration diagram of an induction motor speed control apparatus for performing the induction motor control method of the present invention. In this figure, components having the same functions as those of the conventional configuration shown in FIG. A description thereof will be omitted here.
すなわち、図1に示した制御部30には図5に示した制御部10に対して、位相・ゲイン補償器31が追加されている。
That is, the
この位相・ゲイン補償器31は、図4に示した補償器に相当するものであり、下記数6式で示すような伝達関数で表される遅れ進みフィルタである。
The phase /
ここで、ω02>ω01,k>1とする。 Here, ω 02 > ω 01 , k> 1.
上記数6式のω01をRr/Lrとωse#で決まる共振周波数より低く設定し、この共振周波数付近で位相進み補償とゲイン補償が行われるようにすると、図2に示すようなボード線図の特性が得られる。 When ω 01 in the above equation (6) is set lower than the resonance frequency determined by R r / L r and ω se # , and phase lead compensation and gain compensation are performed in the vicinity of this resonance frequency, as shown in FIG. Bode plot characteristics can be obtained.
すなわち図2において、濃実線で示される特性線Aは位相・ゲイン補償器31を用いた速度推定系の特性、淡実線で示される特性線Bは従来の速度推定系の特性、破線で示される特性線Cは位相・ゲイン補償器31の特性を示している。この特性図からも明らかなように、従来の制御方法ではqを高く設定した結果、90°以上の位相遅れが発生するが、この発明の制御方法では位相遅れが90°以下となり、角周波数が100[rad/s]付近でのゲインが高められるため、誤差収束時間がより短縮される。
That is, in FIG. 2, a characteristic line A indicated by a solid line is a characteristic of a speed estimation system using the phase /
1…電力変換装置、2…電流検出器、3…電圧検出器、10…制御部、11…速度調節手段、12…座標変換手段、13…トルク電流調節手段、14…励磁電流調節手段、15…すべり周波数制御手段、16…座標逆変換手段、21…電流・磁束オブザーバ、22…オブザーバゲイン設定器、23…回転速度・抵抗推定器、30…制御部、31…位相・ゲイン補償器、100…誘導電動機。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Power converter device, 2 ... Current detector, 3 ... Voltage detector, 10 ... Control part, 11 ... Speed adjusting means, 12 ... Coordinate converting means, 13 ... Torque current adjusting means, 14 ... Excitation current adjusting means, 15 ... slip frequency control means, 16 ... coordinate reverse conversion means, 21 ... current / magnetic flux observer, 22 ... observer gain setter, 23 ... rotational speed / resistance estimator, 30 ... control section, 31 ... phase / gain compensator, 100 ... induction motor.
Claims (1)
前記誘導電動機のトルク電流の推定値とその実際値との偏差に対して進み遅れ特性の位相およびゲインを補償した値を比例積分演算した値に基づいて、該電動機の回転速度の推定値を導出することを特徴とする誘導電動機の制御方法。 In a control method of an induction motor that drives the motor at a variable speed by speed sensorless vector control of the induction motor using an adaptive secondary magnetic flux observer,
An estimated value of the rotational speed of the electric motor is derived based on a value obtained by proportional-integral calculation of the phase and gain compensated for the phase and gain of the lead / lag characteristic with respect to the deviation between the estimated value of the torque current of the induction motor and its actual value. A method for controlling an induction motor.
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