JP5499539B2 - 同期電動機の回転子位相推定装置 - Google Patents
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- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Description
1)特定の狭義高周波電圧印加法のみ適用可能であり、汎用性に欠けた。
2)直流PLLブロックの前段に高周波成分除去用ローパスフィルタを前置して高周波積信号から高周波成分を除去し、直流成分のみからなる直流PLLブロック入力信号を生成する必要があった。しかしながら、前置した高周波成分除去用ローパスフィルタのために、PLL推定系の安定性がしばしば損なわれ不安定化した。
3)PLL推定系の安定性を確保するためのPLL推定系の構造、さらにはPLL推定系の制御器設計法は未確立であり、制御器係数の設計は試行錯誤的に行われてきた。
4)直流成分のみからなる直流PLLブッロク入力信号は、少なくとも、高周波電圧の振幅、周波数、固定子インダクタンスの関数であり、これらの変更あるいは変動により、PLL推定系は不安定化した。制御器設計法が未確立のため、高周波電圧の変更に伴い、PLL推定系における位相制御器の再設計に、試行錯誤を伴う多大な労力が強要された。
1) 正弦形状の高周波電圧を印加する狭義高周波電圧印加法(一般化楕円形高周波電圧印加法、一定真円形高周波電圧印加法、直線形高周波電圧印加法等を含む)に広く適用できる、汎用性に富む位相推定装置を提供する。
2) PLL推定系の不安定化の主要因となった高周波成分除去用ローパスフィルタの導入・前置を必要としない、構造的に安定性が確保しやすい位相推定装置を提供する。
3) 第2)目的に示した構造において、PLL推定系の安定性を保証できる設計法を備えた位相推定装置を提供する。
4) 高周波電圧の振幅、周波数、固定子インダクタンスの変更変動がある場合にも、推定系における位相制御器等の再設計を一切必要としない位相推定装置を提供する。
で表現するとき、次形式の2次積分機能を備えた3次以上の有理関数(sは微分演算子またはラプラス演算子、cdi,cniは係数)
(4)
として記述され、非ゼロの高周波成分(高周波残留外乱)を常時含有する高周波積信号自体を直接入力としながらも、非ゼロの高周波成分(高周波残留外乱)を十分に低減して回転子位相推定値を生成出力する高周波PLL手段と、を備えることを特徴とする。
器C(s)の出力)が、γδ準同期座標系の速度ωγとなる。なお、同図では、固定子電流の駆動用成分のδ成分の分離除去が可能である点を考慮して、これに起因する高周波残留外乱は破線で示している。(4)式、(17)式、更には図2により明白なように、高周波積信号は、ローパスフィルタ処理されることなく、直接的に、高周波PLLブロックに入力されている。この点には特に注意されたい。
1)正弦形状の高周波電圧を印加する狭義高周波電圧印加法(一般化楕円形高周波電圧印加法、一定真円形高周波電圧印加法、直線形高周波電圧印加法等を含む)に広く適用できる、汎用性に富む位相推定装置を実現できるようになる。
2)PLL推定系の不安定化の主要因となった高周波成分除去用ローパスフィルタの導入・前置を必要としない、構造的に安定性が確保しやすい位相推定装置が実現できるようになる。
係数(有理関数の係数)は、既に説明した設計法に従い、PLL推定系が安定に動作するように設計されている。
子位相推定動作を開始させた。数値実験結果を図5に示す。図5(a)は、回転子位相推定
大きくしている。同図(b)は、これに対応した速度を示したものであり、上から、回転子の電気速度真値ω2n、座標系速度ωγ、座標系速度を帯域幅150(rad/s)の1次ローパスフ
ける高周波積信号、すなわち高周波位相制御器への入力信号(高周波位相同期器への入力信号)uPLLである。図(a)より、回転子位相は約0.1(s)後には正しく推定されていることが確認される。一方、座標系速度には高い振幅(約9(rad/s))の高周波成分が出現しており、速度推定値として利用するには、追加的なフィルタが不可欠であることが確認される。図(c)より、高周波位相制御器への入力信号(高周波積信号)は回転子位相推定値が同真値へ実質的に収斂した後も高周波残留外乱を有していることを示している。しかしながら、この高周波残留外乱は、回転子位相推定値に対しては、(44)式の低減率で低減されており、回転子位相推定値上には実質的には出現していない。これら応答は、すでに解説した「本発明の効果」を裏付けるものである。
定されていることが確認される。また、座標系速度ωγには、若干の高周波残留外乱が出現しているが(本図では、必ずしも明瞭でない)、その振幅は実用上の許容範囲内に収ま
ない。なお、本数値実験における、定常状態での入力信号(高周波積信号)は図5(c)と同様であるので、この表示は避けた。これら応答は、すでに解説した「本発明の効果」を裏付けるものである。
2 電力変換器
3 電流検出器
4a 3相2相変換器
4b 2相3相変換器
5a ベクトル回転器
5b ベクトル回転器
6 電流制御器
7 指令変換器
8 速度制御器
9 バンドストップフィルタ
10 位相速度推定器
10−1 高周波電圧指令器
10−2 高周波積信号生成器
10−3 高周波位相同期器
10−4 逆相成分抽出器
10−5 正規化器
10−6 最終位相生成器
11 係数器
12 余弦正弦信号発生器
Claims (4)
- 駆動基本周波数より高い周波数ωhをもつ高周波信号の印加に対し回転子が突極特性を示す同期電動機のための駆動制御装置に使用され、かつ、印加高周波信号の応答である応答高周波信号の検出・処理を通じて回転子位相推定値を生成出力する回転子位相推定装置であって、
高周波電圧印加のために駆動制御装置内の電力変換器への最終電圧指令値に含まれ、かつ、回転子位相推定値を基軸(γ軸)位相とする2軸直交のγδ準同期座標系上で高周波数ωhの正弦形状となる高周波電圧指令値を固定子電流制御ループ外部で生成する手段と、
高周波電圧指令値のγ軸要素に対して約−π/2(rad)または約+π/2(rad)の位相差を有する高周波数ωhの信号をδ軸要素とするキャリア信号を生成し、キャリア信号と高周波電圧指令値に起因した高周波電流とを利用した乗算処理を通じて、またはキャリア信号と高周波電流を含有する固定子電流とを利用した乗算処理を通じて、回転子位相の如何にかかわらず非ゼロの高周波成分(高周波残留外乱)を常時含有する高周波積信号を生成する手段と、
高周波積信号をuPLLで、回転子位相推定値を
で表現するとき、次形式の2次積分機能を備えた3次以上の有理関数(sは微分演算子またはラプラス演算子、cdi,cniは係数)
として記述され、非ゼロの高周波成分(高周波残留外乱)を常時含有する高周波積信号自体を直接入力としながらも、非ゼロの高周波成分(高周波残留外乱)を十分に低減して回転子位相推定値を生成出力する高周波PLL手段と、
を備えることを特徴とする回転子位相推定装置。 - 該高周波積信号の生成をγδ準同期座標系上で遂行することを特徴とする請求項1記載の回転子位相推定装置。
- 該キャリア信号のγ軸要素を常時ゼロとし、該キャリア信号を実質的にスカラ信号とすることを特徴とする請求項1記載の回転子位相推定装置。
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