JP5910296B2 - Induction machine control device - Google Patents
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Description
本発明は、推定された2次磁束に基づき、誘導機の制御量を制御すべく、誘導機に交流電圧を印加する交流電圧印加手段を操作する誘導機の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for an induction machine that operates AC voltage application means for applying an AC voltage to an induction machine in order to control a control amount of the induction machine based on an estimated secondary magnetic flux.
たとえば下記特許文献1には、2次磁束の推定値の正および負のピーク値から2次磁束の誤差であるオフセット量を算出し、これを低減するものも提案されている。
For example,
ただし、ピーク値を検出するうえでは、2次磁束の推定周期等を非常に短くする必要があり、特に誘導機の高回転速度領域において高精度にピーク値を算出するために要求される推定周期を満たすことは困難である。また、誘導機のトルクや回転速度が変動する場合、推定磁束が急激に変化するため、ピーク値に基づき算出されるオフセット量の精度が低下するおそれもある。 However, in order to detect the peak value, it is necessary to make the estimation period of the secondary magnetic flux extremely short, and the estimation period required for calculating the peak value with high accuracy particularly in the high rotation speed region of the induction machine. It is difficult to satisfy. In addition, when the torque or rotational speed of the induction machine varies, the estimated magnetic flux changes abruptly, and the accuracy of the offset amount calculated based on the peak value may be reduced.
本発明は、上記課題を解決する過程でなされたものであり、その目的は、推定された2次磁束に基づき、誘導機に交流電圧を印加する交流電圧印加手段の操作によって、誘導機の制御量を制御する新たな誘導機の制御装置を提供することにある。 The present invention has been made in the process of solving the above-mentioned problems, and its object is to control the induction machine by operating an AC voltage application means for applying an AC voltage to the induction machine based on the estimated secondary magnetic flux. The object is to provide a new induction machine control device for controlling the quantity.
以下、上記課題を解決するための手段、およびその作用効果について記載する。 Hereinafter, means for solving the above-described problems and the operation and effect thereof will be described.
第1の発明は、固定座標系における誘導機の2次磁束の成分を算出する2次磁束算出手段(28)と、該2次磁束算出手段によって算出された2次磁束に基づき、前記誘導機の制御量を制御すべく、前記誘導機に交流電圧を印加する交流電圧印加手段を操作する操作手段(20)と、前記2次磁束算出手段によって算出された前記固定座標系の成分の積分処理を行なう積分処理手段(S16)と、前記積分処理手段による積分処理結果に基づき、前記操作手段が前記交流電圧印加手段に出力する操作信号を生成するために用いられる演算パラメータを補正する補正手段(S18,S32)と、を備えることを特徴とする。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a secondary magnetic flux calculation means (28) for calculating a secondary magnetic flux component of the induction machine in a fixed coordinate system, and the induction machine based on the secondary magnetic flux calculated by the secondary magnetic flux calculation means. In order to control the control amount, the operating means (20) for operating the AC voltage applying means for applying an AC voltage to the induction machine, and the integration processing of the components of the fixed coordinate system calculated by the secondary magnetic flux calculating means And a correction means (S16) for correcting the calculation parameters used to generate an operation signal output from the operation means to the AC voltage application means based on an integration processing result by the integration processing means. S18, S32).
上記積分処理結果には、固定座標系における2次磁束の直流成分が反映される。このため、積分処理結果から、2次磁束のピーク値がサンプリングできるか否か等にかかわらず、2次磁束の直流成分の情報を取得することができる。上記発明では、この点に鑑み、積分処理手段を備えた。 The direct current component of the secondary magnetic flux in the fixed coordinate system is reflected in the integration processing result. For this reason, the DC component information of the secondary magnetic flux can be acquired from the integration processing result regardless of whether or not the peak value of the secondary magnetic flux can be sampled. In view of this point, the above invention includes an integration processing means.
なお、本発明にかかる以下の代表的な実施形態に関する概念の拡張については、代表的な実施形態の後の「その他の実施形態」の欄に記載してある。 In addition, about the expansion of the concept regarding the following typical embodiment concerning this invention, it describes in the column of "other embodiment" after typical embodiment.
<第1の実施形態>
以下、本発明にかかる誘導機の制御装置を車載主機としての誘導機の制御装置に適用した第1の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
<First Embodiment>
Hereinafter, a first embodiment in which an induction machine control device according to the present invention is applied to an induction machine control device as an in-vehicle main machine will be described with reference to the drawings.
図1に示されるモータジェネレータ10は、誘導機である。詳しくは、3相かご型誘導機である。モータジェネレータ10は、車載主機であり、図示しない駆動輪に機械的に連結されている。
The
モータジェネレータ10は、インバータINVを介して高電圧バッテリ12に接続されている。インバータINVは、スイッチング素子S¥p,S¥n(¥=u,v,w)の直列接続体を3組備えており、これら各直列接続体の接続点がモータジェネレータ10のU,V,W相にそれぞれ接続されている。これらスイッチング素子S¥#(¥=u,v,w;#=p,n)として、本実施形態では、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)が用いられている。そして、これらにはそれぞれ、ダイオードD¥#が逆並列に接続されている。
The
本実施形態では、モータジェネレータ10やインバータINVの状態を検出する検出手段として、以下のものを備えている。まずモータジェネレータ10のV相およびW相を流れる電流iv,iwを検出する電流センサ14を備えている。また、インバータINVの入力電圧(電源電圧VDC)を検出する電圧センサ16を備えている。
In the present embodiment, the following is provided as detection means for detecting the state of the
上記各種センサの検出値は、制御装置20に取り込まれる。制御装置20では、これら各種センサの検出値に基づき、インバータINVを操作する操作信号を生成して出力する。ここで、インバータINVのスイッチング素子S¥#を操作する信号が、操作信号g¥#である。
The detection values of the various sensors are taken into the
上記制御装置20は、モータジェネレータ10のトルクをトルク指令値Trq*に制御すべく、インバータINVを操作する。図には、トルク指令値Trq*への制御に関する処理をブロック図として示している。以下、これについて説明する。
The
電流センサ14によって検出された電流iv,iwは、dq変換部22において、dq軸上の電流である1次電流id1,iq1に変換される。ここで、dq座標系は、直交2次元固定座標系である。詳しくは、本実施形態では、d軸を、モータジェネレータ10の固定子のU相の正方向とし、q軸を、これに対し直交する方向とする。
The currents iv and iw detected by the
1次電流id1,iq1は、γδ変換部24に入力され、γδ軸上の1次電流iγ1,iδ1に変換される。γδ座標系は、インバータINVの出力電圧ベクトルの回転周波数である電源角周波数(以下、1次周波数ω1)で回転する直交2次元回転座標系である。ちなみに、γδ変換部24による変換処理は、後述する処理によって算出されるインバータINVの出力電圧ベクトルの基本波成分の位相である電源角(以下、1次位相θ1)に基づき行われる。
The primary currents id1 and iq1 are input to the
本実施形態では、トルク指令値Trq*に制御するための制御系を、1次電流iγ1,iδ1を1次電流指令値iγ1*,iδ1*にフィードバック制御する制御系として構成する。この際、トルク指令値Trq*を与えただけでは、1次電流指令値iγ1*,iδ1*を一義的に定めることができない。そこで本実施形態では、δ軸の2次磁束φδ2をゼロに制御することとし、トルク指令値Trq*と、γ軸成分の2次磁束指令値φγ2*とに基づき、1次電流指令値iγ1*,iδ1*を生成する処理を行なう。 In the present embodiment, the control system for controlling the torque command value Trq * is configured as a control system that performs feedback control of the primary currents iγ1 and iδ1 to the primary current command values iγ1 * and iδ1 *. At this time, the primary current command values iγ1 * and iδ1 * cannot be uniquely determined only by giving the torque command value Trq *. Therefore, in this embodiment, the secondary magnetic flux φδ2 of the δ axis is controlled to zero, and the primary current command value iγ1 * is based on the torque command value Trq * and the secondary magnetic flux command value φγ2 * of the γ-axis component. , Iδ1 * is generated.
すなわち、トルクフィードバック制御部26では、後述する処理によって推定されるトルクTrqをトルク指令値Trq*にフィードバック御するための操作量として、δ軸成分の1次電流指令値iδ1*を算出する。詳しくは、トルク指令値Trq*とトルクTrqとの差の比例要素および積分要素の出力同士の和として、1次電流指令値iδ1*を算出する。
That is, the torque
一方、磁束フィードバック制御部28では、後述する処理によって推定されるγ軸成分の2次磁束φγ2を2次磁束指令値φγ2*にフィードバック制御するための操作量として、γ軸成分の1次電流指令値iγ1*を算出する。詳しくは、2次磁束指令値φγ2*と2次磁束φγ2との差の比例要素および積分要素の出力同士の和として、1次電流指令値iγ1*を算出する。
On the other hand, the magnetic flux
δ軸電流フィードバック制御部30では、1次電流iδ1を1次電流指令値iδ1*にフィードバック制御するための操作量として、δ軸の1次電圧成分を算出する。詳しくは、1次電流指令値iδ1*と1次電流iδ1との差の比例要素および積分要素の出力同士の和として、δ軸の1次電圧成分を算出する。
The δ-axis current
また、γ軸電流フィードバック制御部32では、1次電流iγ1を1次電流指令値iγ1*にフィードバック制御するための操作量として、γ軸の1次電圧成分を算出する。詳しくは、1次電流指令値iγ1*と1次電流iγ1との差の比例要素および積分要素の出力同士の和として、γ軸の1次電圧成分を算出する。
Further, the γ-axis current
γ軸電流フィードバック制御部32の出力値に、非干渉制御部34から出力されるフィードフォワード操作量Δvγ1を加算することで、γ軸の1次電圧指令値vγ1*が算出される。一方、δ軸電流フィードバック制御部30の出力値に、非干渉制御部34から出力されるフィードフォワード操作量Δvδ1を加算することで、δ軸の1次電圧指令値vδ1*が算出される。なお、フィードフォワード操作量Δvγ1,Δvδ1については、周知のため、ここではその説明を省略するが、図中、フィードフォワード操作量Δvγ1,Δvδ1の表現に用いられている記号の定義については、本明細書最後部の備考欄に記載されている。
By adding the feedforward manipulated variable Δvγ1 output from the
1次電圧指令値vγ1*,vδ1*は、dq変換部36において、dq軸上の1次電圧指令値vd*1,vq1*に変換される。そして、1次電圧指令値vd*1,vq1*は、uvw変換部38において、U相の電圧指令値vu*、V相の電圧指令値vv*、W相の電圧指令値vw*に変換され、操作信号生成部40に入力される。
The primary voltage command values vγ1 * and vδ1 * are converted into primary voltage command values vd * 1 and vq1 * on the dq axis by the
操作信号生成部40では、インバータINVの出力電圧を、電圧指令値vu*,vv*,vw*を模擬したものとすべく、インバータINVの操作信号g¥#を生成する処理を行なう。本実施形態では、特に、電圧指令値v¥*(¥=u,v,w)を電源電圧VDCによって規格化した信号と三角波形状のキャリアとの大小比較に基づき生成されるPWM信号に基づき、操作信号g¥#を生成する。
The operation
次に、上述した処理を行なう上で必要なパラメータの算出(推定)処理について説明する。 Next, calculation (estimation) processing of parameters necessary for performing the above-described processing will be described.
1次電流iγ1,iδ1は、すべり周波数推定部42に入力される。すべり周波数推定部42では、1次電流iγ1,iδ1を入力として、以下の式(c1)に基づき、すべり周波数ωsを推定する。 The primary currents iγ1 and iδ1 are input to the slip frequency estimation unit 42. The slip frequency estimating unit 42 receives the primary currents iγ1 and iδ1 and estimates the slip frequency ωs based on the following equation (c1).
ωs=iδ1/(iγ1・τ2) …(c1)
上記の式(c1)は、本実施形態の特有の設定を前提としたものである。すなわち、δ軸成分の2次磁束φδ2をゼロに制御することと、トルク指令値Trq*が一定である場合にγ軸成分の2次磁束指令値φγ2*が一定となることとから、トルク指令値Trq*が一定である場合にγ軸の1次電流iγ1が一定であるとみなして算出されるものである。
ωs = iδ1 / (iγ1 · τ2) (c1)
The above equation (c1) is premised on the setting specific to the present embodiment. That is, since the secondary magnetic flux φδ2 of the δ-axis component is controlled to zero and the secondary magnetic flux command value φγ2 * of the γ-axis component is constant when the torque command value Trq * is constant, the torque command When the value Trq * is constant, the γ-axis primary current iγ1 is assumed to be constant and is calculated.
一方、1次周波数算出部44では、後述する1次位相θ1の微分演算によって、1次周波数ω1を算出する。2次周波数算出部46では、1次周波数ω1からすべり周波数ωsを減算することで、2次周波数ω2を算出する。 On the other hand, the primary frequency calculation unit 44 calculates the primary frequency ω1 by differential calculation of the primary phase θ1 described later. The secondary frequency calculation unit 46 calculates the secondary frequency ω2 by subtracting the slip frequency ωs from the primary frequency ω1.
2次磁束算出手段(磁束オブザーバ48)では、1次電流id1,iq1と、1次電圧指令値vd1*,vq1*と、2次周波数ω2とを入力として、2次磁束φd2e,φq2eを推定する。ここで、添え字の「e」は、オブザーバによる推定値であることを示す。磁束オブザーバ48は、最小次元オブザーバである。なお、本実施形態にかかる最小次元オブザーバの導出については、本明細書の最後部の備考欄に与えてある。
In the secondary magnetic flux calculating means (magnetic flux observer 48), the primary currents id1, iq1, the primary voltage command values vd1 *, vq1 *, and the secondary frequency ω2 are input and the secondary magnetic fluxes φd2e, φq2e are estimated. . Here, the subscript “e” indicates an estimated value by the observer. The
一方、1次位相算出部52では、磁束オブザーバ48によって推定された2次磁束φd2e,φq2eに基づき、以下の式(c2)を用いて、1次位相θ1を算出する。
On the other hand, the primary
θ1=arctan(φq2e/φd2e) …(c2)
こうして算出された1次位相θ1は、γδ変換部24、dq変換部36等の座標変換処理や、1次周波数算出部44による1次周波数ω1aの算出処理に用いられる。
θ1 = arctan (φq2e / φd2e) (c2)
The primary phase θ1 calculated in this way is used for coordinate conversion processing by the
トルク推定部56では、磁束補正部50によって補正された2次磁束φd2e,φq2eと、1次電流id1,iq1とを入力とし、以下の式(c3)にてトルクTrqを推定する。
The
Trq=Pn・M・(iq1・φd2e−id1・φq2e)/L2 …(c3)
なお、上記の式(c3)において、極対数Pn、2次インダクタンスL2および相互インダクタンスMを用いている。このトルクTrqは、トルクフィードバック制御のための制御量となるものである。
Trq = Pn · M · (iq1 · φd2e−id1 · φq2e) / L2 (c3)
In the above formula (c3), the number of pole pairs Pn, the secondary inductance L2, and the mutual inductance M are used. This torque Trq is a control amount for torque feedback control.
磁束補正部50によって補正された2次磁束φd2e,φq2eは、さらに、γδ変換部54において、γδ軸上の2次磁束φγ2,φδ2に変換される。ここで、γ軸成分の2次磁束φγ2は、磁束フィードバック制御の制御量となるとともに、非干渉制御部34の入力となる。
The secondary magnetic fluxes φd2e and φq2e corrected by the magnetic
上述した処理からわかるように、本実施形態では、モータジェネレータ10の回転速度情報を検出するハードウェア手段による検出値を利用しないセンサレス制御がなされている。この場合、特に、2次磁束φd2e,φq2eの直流成分がゼロからずれるオフセット誤差が生じやすい。そこで本実施形態では、図2に示す処理によって、2次磁束φd2e,φq2eを補正する。
As can be seen from the above-described processing, in the present embodiment, sensorless control is performed that does not use a detection value by hardware means that detects rotation speed information of the
図2は、磁束補正部50の行なう処理の手順を示す。この処理は、たとえば所定周期でくり返し実行される。
FIG. 2 shows a procedure of processing performed by the magnetic
この一連の処理では、まずステップS10において、磁束オブザーバ48によって、2次磁束φd2e,φq2eを推定する処理を行なう。続くステップS12においては、上述した1次位相算出部52による1次位相算出処理を行なう。そして、ステップS14では、ステップS12において算出された1次位相θ1に基づき、N周期が経過したか否かを判断する。そして、ステップS14において否定判断される場合、ステップS16において、磁束積分値Inφd2,Inφq2のそれぞれに、今回の2次磁束φd2e,φq2eのそれぞれを加算する。この処理は、本実施形態において、積分処理手段を構成する。
In this series of processes, first, in step S10, the
これに対し、ステップS14において肯定判断される場合、ステップS18において、2次磁束φd2e,φq2eのそれぞれのオフセット補正量Δφd,Δφqを算出する。オフセット補正量Δφd,Δφqは、磁束積分値Inφd2,Inφq2のそれぞれを目標値である0にフィードバック制御するための操作量である。本実施形態では、0から磁束積分値Inφd2,Inφq2のそれぞれを減算した値のそれぞれについての比例要素および積分要素の出力同士の和として、オフセット補正量Δφd,Δφqを算出する。そして、オフセット補正量Δφd,Δφqを算出した後には、磁束積分値Inφd2,Inφq2を初期化する。 On the other hand, when an affirmative determination is made in step S14, offset correction amounts Δφd and Δφq of the secondary magnetic fluxes φd2e and φq2e are calculated in step S18. The offset correction amounts Δφd and Δφq are operation amounts for feedback-controlling each of the magnetic flux integral values Inφd2 and Inφq2 to the target value of 0. In this embodiment, the offset correction amounts Δφd and Δφq are calculated as the sum of the outputs of the proportional element and the integral element for each of the values obtained by subtracting each of the magnetic flux integral values Inφd2 and Inφq2 from 0. After calculating the offset correction amounts Δφd and Δφq, the magnetic flux integral values Inφd2 and Inφq2 are initialized.
上記ステップS16,S18の処理が完了する場合、ステップS20において、今回の2次磁束φd2e,φq2eにオフセット補正量Δφd,Δφqを加算することで、今回の2次磁束φd2e,φq2eを補正する。この処理は、本実施形態において2次磁束補正手段を構成する。 When the processes of steps S16 and S18 are completed, in step S20, the current secondary magnetic fluxes φd2e and φq2e are corrected by adding the offset correction amounts Δφd and Δφq to the current secondary magnetic fluxes φd2e and φq2e. This process constitutes secondary magnetic flux correction means in the present embodiment.
なお、ステップS20の処理が完了する場合には、この一連の処理を一旦終了する。 In addition, when the process of step S20 is completed, this series of processes is once complete | finished.
図3に、本実施形態の効果を示す。 FIG. 3 shows the effect of this embodiment.
図示されるように、オフセット補正量Δφd,Δφqによる補正を開始することで、推定されるトルクTrqや、1次周波数ω1の変動が低減される。なお、2次磁束φd2e,φq2eのオフセット誤差に起因して、トルクTrqや1次周波数ω1の変動が大きくなるのは、固定座標系における直流成分が、回転座標系において交流成分(脈動成分)となるためである。 As shown in the figure, by starting the correction using the offset correction amounts Δφd and Δφq, the fluctuations in the estimated torque Trq and the primary frequency ω1 are reduced. Note that fluctuations in the torque Trq and the primary frequency ω1 due to the offset errors of the secondary magnetic fluxes φd2e and φq2e increase because the DC component in the fixed coordinate system is the AC component (pulsation component) in the rotating coordinate system. It is to become.
図4に、本実施形態の別の効果を示す。 FIG. 4 shows another effect of the present embodiment.
図示されるように、オフセット補正量Δφd,Δφqによる補正を開始することで、1次電流iγ1,iδ1の変動量が低減される。また、オフセット補正量Δφd,Δφqの絶対値の増加に伴って、磁束積分値Inφd2,Inφq2の絶対値はゼロに収束していく。 As shown in the drawing, by starting the correction using the offset correction amounts Δφd and Δφq, the fluctuation amounts of the primary currents iγ1 and iδ1 are reduced. As the absolute values of the offset correction amounts Δφd and Δφq increase, the absolute values of the magnetic flux integral values Inφd2 and Inφq2 converge to zero.
以下、本実施形態の効果のいくつかを記載する。 Hereinafter, some of the effects of this embodiment will be described.
(1)磁束積分値Inφd2,Inφq2によって、2次磁束φd2e,φq2eのオフセット誤差を算出した。この場合、1次周波数ω1によって周期的に変化する交流成分の2次磁束φd2e,φq2eをサンプリングするに際し、そのサンプリング位相がオフセット誤差の算出精度に影響を及ぼしにくい。したがって、オフセット誤差を高精度に算出することができる。 (1) The offset errors of the secondary magnetic fluxes φd2e and φq2e were calculated from the magnetic flux integral values Inφd2 and Inφq2. In this case, when sampling the secondary magnetic fluxes φd2e and φq2e of alternating current components that periodically change with the primary frequency ω1, the sampling phase hardly affects the calculation accuracy of the offset error. Therefore, the offset error can be calculated with high accuracy.
(2)オフセット誤差を、1次周波数の周期のN倍の期間にわたる2次磁束φd2e,φq2eの積分処理の値として算出した。これにより、オフセット誤差の算出精度をいっそう向上させることができる。 (2) The offset error was calculated as the value of the integration process of the secondary magnetic fluxes φd2e and φq2e over a period N times the cycle of the primary frequency. Thereby, the calculation accuracy of the offset error can be further improved.
(3)オフセット補正量Δφd,Δφqを、磁束積分値Inφd2,Inφq2をゼロにフィードバック制御するための操作量とした。これにより、フィードバック制御器によって、オフセット誤差を低減制御することができる。 (3) The offset correction amounts Δφd and Δφq are set as operation amounts for feedback control of the magnetic flux integral values Inφd2 and Inφq2 to zero. Thereby, the offset error can be reduced and controlled by the feedback controller.
(4)磁束オブザーバ48を、固定座標系の2次磁束φd2e,φq2eの算出手段とした。これにより、2次周波数ω2を推定するセンサレス制御系において、2次磁束φd2e,φq2eの推定のために2次周波数ω2から推定される1次位相θ1を利用することなく、2次磁束φd2e,φq2eを推定することができる。
(4) The
(5)2次周波数ω2を推定するセンサレス制御系とした。この場合、固定座標系の2次磁束φd2e,φq2eにオフセット誤差が生じやすいため、オフセット補正量Δφd,Δφqの利用価値が特に高い。
<第2の実施形態>
以下、第2の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
(5) A sensorless control system for estimating the secondary frequency ω2 is used. In this case, since an offset error is likely to occur in the secondary magnetic fluxes φd2e and φq2e in the fixed coordinate system, the utility value of the offset correction amounts Δφd and Δφq is particularly high.
<Second Embodiment>
Hereinafter, the second embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment.
本実施形態では、2次磁束φd2e,φq2eのオフセット誤差を低減制御するための操作量を、推定されるトルクTrqに変更する。 In this embodiment, the operation amount for reducing and controlling the offset error of the secondary magnetic fluxes φd2e and φq2e is changed to the estimated torque Trq.
図5に、本実施形態にかかるオフセット誤差の低減処理の手順を示す。この処理は、制御装置20によって、たとえば所定の制御周期で繰り返し実行される。なお、図5に示す処理において、先の図2に示した処理に対応するものについては、便宜上同一のステップ番号を付している。
FIG. 5 shows a procedure of offset error reduction processing according to the present embodiment. This process is repeatedly executed by the
この一連の処理では、ステップS14において肯定判断される場合、ステップS30に移行する。ステップS30では、N周期分の磁束積分値Inφd2,Inφq2を、磁束積分値Inφd20,Inφq20に加算するとともに、磁束積分値Inφd2,Inφq2を初期化する。ここで、上記磁束積分値Inφd20,Inφq20に加算する処理は、後述するステップS32〜S36との処理の協働で、フィードバック制御器を積分制御器とする機能を有する。なお、磁束積分値Inφd20,Inφq20の初期値はゼロである。 In this series of processes, when an affirmative determination is made in step S14, the process proceeds to step S30. In step S30, the magnetic flux integral values Inφd2 and Inφq2 for N cycles are added to the magnetic flux integral values Inφd20 and Inφq20, and the magnetic flux integral values Inφd2 and Inφq2 are initialized. Here, the process of adding to the magnetic flux integral values Inφd20 and Inφq20 has a function of using the feedback controller as an integral controller in cooperation with the processes of steps S32 to S36 described later. The initial values of the magnetic flux integral values Inφd20 and Inφq20 are zero.
一方、ステップS16、S30の処理が完了する場合、ステップS32において、ステップS30において定められた磁束積分値Inφd20,Inφq20を、回転座標系の磁束積分値Inφγ2,Inφδ2に変換する。この処理は、本実施形態における回転座標変換手段を構成する。 On the other hand, when the processes in steps S16 and S30 are completed, in step S32, the magnetic flux integral values Inφd20 and Inφq20 determined in step S30 are converted into the magnetic flux integral values Inφγ2 and Inφδ2 in the rotating coordinate system. This process constitutes the rotating coordinate conversion means in the present embodiment.
続くステップS34においては、γ軸上の磁束積分値Inφγ2をゼロにフィードバック制御するための操作量であるトルク補正量ΔTrqを算出する。ここで、磁束積分値Inφγ2の脈動は、オフセット誤差と相関を有する量である。これは、固定座標系における直流成分が回転座標系において交流成分となることに対応している。したがって、磁束積分値Inφγ2をゼロにフィードバック制御することで、2次磁束φd2e,φq2eのオフセット誤差の低減制御を行なうことができる。詳しくは、本実施形態では、トルク補正量ΔTrqを、磁束積分値Inφγ2を入力とする比例要素および積分要素の出力同士の和とする。 In the subsequent step S34, a torque correction amount ΔTrq that is an operation amount for performing feedback control of the magnetic flux integral value Inφγ2 on the γ-axis to zero is calculated. Here, the pulsation of the magnetic flux integral value Inφγ2 is an amount having a correlation with the offset error. This corresponds to the fact that the DC component in the fixed coordinate system becomes the AC component in the rotating coordinate system. Therefore, by performing feedback control of the magnetic flux integral value Inφγ2 to zero, it is possible to perform control for reducing the offset error of the secondary magnetic fluxes φd2e and φq2e. Specifically, in this embodiment, the torque correction amount ΔTrq is the sum of the proportional element and the output of the integral element with the magnetic flux integral value Inφγ2 as an input.
そして、ステップS34においては、トルク推定部56で推定されるトルクTrqをトルク補正量ΔTrqによって補正する。なお、この補正後のトルクTrqが、トルクフィードバック制御部26におけるフィードバック制御量となる。この処理は、本実施形態における脈動低減手段を構成する。
In step S34, the torque Trq estimated by the
なお、ステップS32の処理が完了する場合、この一連の処理を一旦終了する。
<第3の実施形態>
以下、第3の実施形態について、先の第2の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
In addition, when the process of step S32 is completed, this series of processes is once complete | finished.
<Third Embodiment>
Hereinafter, the third embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the second embodiment.
本実施形態では、2次磁束φd2e,φq2eのオフセット誤差を低減制御するための操作量を、推定される1次周波数ω1に変更する。 In this embodiment, the operation amount for reducing and controlling the offset error of the secondary magnetic fluxes φd2e and φq2e is changed to the estimated primary frequency ω1.
図6に、本実施形態にかかるオフセット誤差の低減処理の手順を示す。この処理は、制御装置20によって、たとえば所定の制御周期で繰り返し実行される。なお、図6に示す処理において、先の図5に示した処理に対応するものについては、便宜上同一のステップ番号を付している。
FIG. 6 shows a procedure of offset error reduction processing according to this embodiment. This process is repeatedly executed by the
この一連の処理では、ステップS32の処理の後、ステップS34aにおいて、γ軸上の磁束積分値Inφγ2をゼロにフィードバック制御するための操作量である周波数補正量Δω1を算出する。詳しくは、本実施形態では、周波数補正量Δω1を、磁束積分値Inφγ2を入力とする比例要素および積分要素の出力同士の和とする。そして、ステップS36aにおいては、1次周波数算出部44において算出される1次周波数ω1を周波数補正量Δω1によって補正する。なお、この補正後の1次周波数ω1からすべり周波数ωsを減算したものが2次周波数ω2として磁束オブザーバ48の入力となるとともに、この補正後の1次周波数ω1は、非干渉制御部34の入力となる。
<その他の実施形態>
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
In this series of processing, after step S32, in step S34a, a frequency correction amount Δω1 that is an operation amount for performing feedback control of the magnetic flux integral value Inφγ2 on the γ-axis to zero is calculated. Specifically, in the present embodiment, the frequency correction amount Δω1 is the sum of the proportional element and the output of the integral element having the magnetic flux integral value Inφγ2 as an input. In step S36a, the primary frequency ω1 calculated by the primary frequency calculation unit 44 is corrected by the frequency correction amount Δω1. A value obtained by subtracting the slip frequency ωs from the corrected primary frequency ω1 is input to the
<Other embodiments>
Each of the above embodiments may be modified as follows.
「2次磁束算出手段について」
オブザーバとしては、最小次元オブザーバに限らず、たとえば、「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直接形ベクトル制御:久保田ら、T.IEE Japan Vol 111−D,No11,91」に例示されているように、同一次元オブザーバであってもよい。
"Secondary magnetic flux calculation means"
The observer is not limited to the minimum-dimensional observer, but is exemplified in, for example, “Speed sensorless direct vector control of induction motor using adaptive secondary magnetic flux observer: Kubota et al., T. IEEE Japan Vol 111-D, No11, 91”. As shown, it may be the same dimensional observer.
もっとも、オブザーバにも限らない。 However, it is not limited to an observer.
「2次磁束補正手段(S20)について」
磁束積分値Inφd2,Inφq2を目標値(=0)にフィードバック制御するための操作量を、比例要素および積分要素の出力同士の和として算出するものに限らない。たとえば、比例要素、積分要素および微分要素の出力同士の和として算出するものであってもよい。
“Secondary magnetic flux correction means (S20)”
The operation amount for performing feedback control of the magnetic flux integral values Inφd2 and Inφq2 to the target value (= 0) is not limited to being calculated as the sum of the outputs of the proportional element and the integral element. For example, it may be calculated as the sum of outputs of a proportional element, an integral element, and a derivative element.
もっとも、都度フィードバック制御を行なうものに限らず、たとえば、上記積分要素の出力の収束値を記憶し、これをフィードフォワード補正量として用いるものであってもよい。ここで、収束値は、1次電流や、1次周波数ω1等に応じて区画される領域毎に、各別の記憶領域に記憶することが望ましい。 However, it is not limited to performing feedback control each time, and for example, the convergence value of the output of the integration element may be stored and used as a feedforward correction amount. Here, it is desirable to store the convergence value in a separate storage area for each area partitioned according to the primary current, the primary frequency ω1, and the like.
「積分処理手段(S16)について」
1次位相θ1の周期の整数倍の期間にわたる積分値を算出するものに限らない。たとえば、補正手段が、積分値を積分期間で除算することで平均値を算出し、これをオフセット量として用いるなら、積分期間を長くすることで、1次位相θ1の周期の整数倍としなくてもオフセット量の算出精度を高くすることが可能となる。
"Integration processing means (S16)"
It is not limited to calculating an integral value over a period of an integral multiple of the period of the primary phase θ1. For example, if the correction means calculates the average value by dividing the integral value by the integration period and uses this as the offset amount, it is necessary to lengthen the integration period to make it an integral multiple of the period of the primary phase θ1. In addition, it is possible to increase the calculation accuracy of the offset amount.
「脈動低減手段(S36,S36a)について」
先の図5のステップS34の処理や、先の図6のステップS34aの処理におけるフィードバック操作量を、比例要素および積分要素の出力同士の和として算出する代わりに、たとえば比例要素の出力値とするものであってもよい。また、ステップS34,S34aの処理自体必須ではない。この場合であっても、ステップS30,S32,S36(S36a)の処理の協働で、フィードバック制御器が構成されている。
"About pulsation reduction means (S36, S36a)"
Instead of calculating the feedback operation amount in the process of step S34 of FIG. 5 and the process of step S34a of FIG. 6 as the sum of the outputs of the proportional element and the integral element, for example, the output value of the proportional element is used. It may be a thing. Further, the processing of steps S34 and S34a is not essential. Even in this case, the feedback controller is configured by the cooperation of the processes of steps S30, S32, and S36 (S36a).
ステップS30,S32,S36(S36a)の処理の協働で構成されるフィードバック制御器としては、積分制御器に限らず、比例制御器と積分制御器との出力同士の和をフィードバック操作量として出力するものであってもよい。 The feedback controller configured by the cooperation of the processes of steps S30, S32, and S36 (S36a) is not limited to the integral controller, and the sum of the outputs of the proportional controller and the integral controller is output as a feedback manipulated variable. You may do.
上記第2、第3の実施形態(図5、図6)において、ステップS14において肯定判断される都度、磁束積分値Inφd20,Inφq2のそれぞれに磁束積分値Inφd2,Inφq2のそれぞれを加算する処理を行わなくてもよい。この場合、ステップS14において一旦肯定判断された時点における磁束積分値Inφd2,Inφq2を、それ以降のステップS32の処理における回転座標変換対象として継続して使用すればよい。もっとも、これに限らず、ステップS14において肯定判断される都度、最新の磁束積分値Inφd2,Inφq2を回転座標変換対象としても、フィードバック制御器を比例制御器とすることはできる。 In the second and third embodiments (FIGS. 5 and 6), each time affirmative determination is made in step S14, a process of adding the magnetic flux integral values Inφd2 and Inφq2 to the magnetic flux integral values Inφd20 and Inφq2, respectively, is performed. It does not have to be. In this case, the magnetic flux integral values Inφd2 and Inφq2 at the time when an affirmative determination is made in step S14 may be continuously used as the rotation coordinate conversion target in the subsequent processing of step S32. However, the present invention is not limited to this, and each time an affirmative determination is made in step S14, the feedback controller can be a proportional controller even if the latest magnetic flux integral values Inφd2 and Inφq2 are subject to rotational coordinate conversion.
上記第2の実施形態(図5)においては、推定されるトルクTrqを、磁束積分値Inφγ2の脈動成分をゼロにフィードバック制御するための操作対象(補正対象)としたが、これに限らない。たとえば、トルク指令値Trq*を操作対象としてもよい。要は、トルクフィードバック制御部26の入力パラメータとなるトルクTrqとトルク指令値Trq*との差が操作対象となればよく、差自体を補正するものであってもよい。
In the second embodiment (FIG. 5), the estimated torque Trq is set as an operation target (correction target) for feedback control of the pulsation component of the magnetic flux integral value Inφγ2 to zero, but is not limited thereto. For example, the torque command value Trq * may be the operation target. In short, the difference between the torque Trq serving as an input parameter of the torque
γ軸成分の磁束積分値Inφγ2の脈動成分をゼロにフィードバック制御するための操作量によって、トルクTrqや、1次周波数ωを補正するものに限らない。δ軸成分の磁束積分値Inφδ2の脈動をゼロにフィードバック制御するための操作量によって、トルクTrqや1次周波数ω1を補正するものであってもよい。 The torque Trq and the primary frequency ω are not limited to be corrected by an operation amount for feedback-controlling the pulsation component of the magnetic flux integral value Inφγ2 of the γ-axis component to zero. The torque Trq and the primary frequency ω1 may be corrected by an operation amount for performing feedback control of the pulsation of the magnetic flux integral value Inφδ2 of the δ-axis component to zero.
また、補正対象(操作対象)としては、トルクTrqや、1次周波数ω1に限らない。たとえば、位相θであってもよい。 Further, the correction target (operation target) is not limited to the torque Trq or the primary frequency ω1. For example, the phase θ may be used.
「回転座標変換手段について」
γδ変換する手段に限らない。たとえば、1次周波数で回転して且つ1次独立の関係にあるが直交しない2軸の成分に変換するものであってもよい。
"Rotating coordinate conversion means"
It is not limited to means for γδ conversion. For example, it may be one that rotates at a primary frequency and converts to a biaxial component that is in a primary independent relationship but not orthogonal.
「操作手段について」
制御量をトルクとするものに限らず、回転速度とするものであってもよい。
"About operation means"
The control amount is not limited to torque, but may be rotation speed.
2次磁束φd2e,φq2eに基づき2次周波数ω2を推定する2次周波数推定手段を備えてセンサレス制御を実現するものに限らない。たとえばロータの回転速度を検出するセンサを備え、その検出値を用いるものであっても、2次磁束φd2e,φq2eの推定精度を向上させる上で、本発明の適用は有効である。 The present invention is not limited to a sensorless control that includes secondary frequency estimation means for estimating the secondary frequency ω2 based on the secondary magnetic fluxes φd2e and φq2e. For example, even if a sensor for detecting the rotational speed of the rotor is provided and the detected value is used, the application of the present invention is effective in improving the estimation accuracy of the secondary magnetic fluxes φd2e and φq2e.
「交流電圧印加手段について」
回転機の端子を直流電圧源の正極および負極のそれぞれに接続するスイッチング素子を備える直流交流変換回路(インバータINV)に限らない。たとえば特願2008−30825号に記載されているように、回転機の各端子に接続されるコンバータであってもよい。
<備考>
かご型誘導機の状態方程式は、以下の式(ca),(cb)にて表現される。
About AC voltage application means
The present invention is not limited to a DC / AC conversion circuit (inverter INV) including a switching element that connects a terminal of a rotating machine to each of a positive electrode and a negative electrode of a DC voltage source. For example, as described in Japanese Patent Application No. 2008-30825, a converter connected to each terminal of the rotating machine may be used.
<Remarks>
The state equation of the cage induction machine is expressed by the following equations (ca) and (cb).
ここで、1次電流ベクトルI1=(id1,iq1)については直接観測できる量であり、2次磁束ベクトルΦ2の推定値を2次磁束ベクトルΦ2eとすると、以下の式(cc)が成立する Here, the primary current vector I1 = (id1, iq1) is an amount that can be directly observed. If the estimated value of the secondary magnetic flux vector Φ2 is the secondary magnetic flux vector Φ2e, the following equation (cc) is established.
なお、オブザーバのゲインGは、以下の式(cd),(ce)にて定められる。 The observer gain G is determined by the following equations (cd) and (ce).
10…モータジェネレータ(誘導機の一実施形態)、20…制御装置、48…磁束オブザーバ、50…磁束補正部。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
該2次磁束算出手段によって算出された2次磁束に基づき、前記誘導機の制御量を制御すべく、前記誘導機に交流電圧を印加する交流電圧印加手段を操作する操作手段(20)と、
前記2次磁束算出手段によって算出された前記固定座標系の成分の積分処理を行なう積分処理手段(S16)と、
前記積分処理手段による積分処理結果に基づき、前記操作手段が前記交流電圧印加手段に出力する操作信号を生成するために用いられる演算パラメータを補正する補正手段(S20,S36,S36a)と、
を備えることを特徴とする誘導機の制御装置。 Secondary magnetic flux calculating means (48) for calculating the secondary magnetic flux component of the induction machine in the fixed coordinate system;
Operating means (20) for operating an AC voltage applying means for applying an AC voltage to the induction machine in order to control a control amount of the induction machine based on the secondary magnetic flux calculated by the secondary magnetic flux calculating means;
Integration processing means (S16) for integrating the components of the fixed coordinate system calculated by the secondary magnetic flux calculation means;
Correction means (S20, S36, S36a) for correcting calculation parameters used for generating an operation signal output from the operation means to the AC voltage application means based on an integration processing result by the integration processing means;
An induction machine control device comprising:
前記操作手段は、前記2次磁束補正手段によって補正された2次磁束に基づき、前記交流電圧印加手段を操作することを特徴とする請求項1記載の誘導機の制御装置。 The correction means includes secondary magnetic flux correction means (S20) for correcting the secondary magnetic flux calculated by the secondary magnetic flux calculation means based on the integration processing result,
2. The induction machine control device according to claim 1, wherein the operating means operates the AC voltage applying means based on the secondary magnetic flux corrected by the secondary magnetic flux correcting means.
前記積分処理手段は、前記位相算出手段によって算出される1次位相に基づき、1次電圧の回転周期の整数倍の期間における積分処理の値を、前記積分処理手段による前記積分処理結果として、前記補正手段に入力することを特徴とする請求項2記載の誘導機の制御装置。 Phase calculating means (52) for calculating a primary phase which is a phase of a primary voltage based on the secondary magnetic flux corrected by the secondary magnetic flux correcting means;
The integration processing means, based on the primary phase calculated by the phase calculation means, sets the integration processing value in a period that is an integral multiple of the rotation period of the primary voltage as the integration processing result by the integration processing means. 3. The induction machine control device according to claim 2, wherein the control device inputs the correction means.
前記補正手段は、
前記積分処理手段によって積分処理された値を1次周波数で回転する回転2次元座標系の成分に変換する回転座標変換手段と、
前記回転座標変換手段によって変換された成分のうち脈動成分を低減制御すべく、前記少なくとも一方を補正する脈動低減手段と、
を備えることを特徴とする請求項1記載の誘導機の制御装置。 Primary voltage information estimating means for estimating at least one of a primary phase and a primary frequency that are phases of a primary voltage based on the secondary magnetic flux calculated by the secondary magnetic flux calculating means;
The correction means includes
Rotating coordinate conversion means for converting a value integrated by the integration processing means into a component of a rotating two-dimensional coordinate system rotating at a primary frequency;
Pulsation reducing means for correcting at least one of the components converted by the rotating coordinate conversion means to reduce and control pulsation components;
The induction machine control device according to claim 1, further comprising:
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