JP6087802B2 - AC motor drive control device - Google Patents
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Description
本発明は交流電動機の駆動制御装置に関する。 The present invention relates to a drive control device for an AC motor.
交流電動機の駆動制御装置が知られている。特許文献1(特開2000−50689号公報)では、トルクフィードバック制御によって電圧位相を制御している。そして、この電圧位相に従ってモータに矩形電圧を加え、高速回転時のモータ出力向上を実現している。特許文献2(特開2010−148331号公報)では、従来のトルクフィードバック制御に加え、トルク指令値に基づいて変化させるフィードフォワード補正を導入し、トルク追従性能を向上している。 An AC motor drive control device is known. In Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-50689), the voltage phase is controlled by torque feedback control. A rectangular voltage is applied to the motor in accordance with this voltage phase to improve motor output during high-speed rotation. In Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2010-148331), in addition to the conventional torque feedback control, feedforward correction that is changed based on the torque command value is introduced to improve the torque tracking performance.
従来の矩形波制御法(例えば特開2000−50689、特開2010一148331)では、例えば、Ld=Lqの場合にモータトルクと電圧位相との関係が理想的な正弦波形関係であると考えていた。これを図1に示す。(なお、この図のグラフは特開2000−50689号公報の図3に相当する。)
しかしながら、本発明者らは鋭意研究により、矩形波制御におけるトルクと電圧位相との関係は実際には図2のようになるのであり、図1の理想正弦波ではないことを突き止めた。図2にはオフセットおよび位相差が存在する。図1は、図2のある理想条件下の一特例に過ぎない。
In the conventional rectangular wave control method (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-50689, Japanese Patent Laid-Open No. 2010-148331), for example, when Ld = Lq, the relationship between the motor torque and the voltage phase is considered to be an ideal sine waveform relationship. It was. This is shown in FIG. (The graph in this figure corresponds to FIG. 3 in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-50689.)
However, the present inventors have intensively researched and found that the relationship between torque and voltage phase in rectangular wave control is actually as shown in FIG. 2, and not the ideal sine wave of FIG. In FIG. 2, there are offsets and phase differences. FIG. 1 is only one special case of the ideal condition of FIG.
よって、図1のような理想正弦波を前提にした従来の矩形波制御法には次のような問題があることに本発明者らは気付いた。
(1)トルクフィードバック制御の安定性を保つためには、電圧位相をトルクが単調増加する範囲内(例えば図1中の−90度〜+90度の間)に限定する必要がある。しかし、図1の曲線が正確ではないため、安定範囲を保守的に設定してしまったり、過大に設定してしまったりする可能性がある。実際のところ、従来、制御安定性範囲を設定するにあたっては適合に頼っていた。当然ながら、適合にはかなりの手間が掛かる。
Therefore, the present inventors have found that the conventional rectangular wave control method based on the ideal sine wave as shown in FIG. 1 has the following problems.
(1) In order to maintain the stability of the torque feedback control, it is necessary to limit the voltage phase within a range in which the torque monotonously increases (for example, between −90 degrees and +90 degrees in FIG. 1). However, since the curve of FIG. 1 is not accurate, there is a possibility that the stable range is set conservatively or excessively. In fact, in the past, setting the control stability range has relied on conformance. Of course, fitting takes a lot of work.
(2)図1の波形に基づいてフィードフォワード機能を追加することより、トルク追従性をある程度は向上させることができる。しかしながら、図1の波形は正確ではないので、当然のことながらフィードフォワード計算の計算精度に限度がある。したがって、図1の波形を前提にしたままではフィードフォワード機能を追加したとしてもトルク追従性の向上にはやはり限界がある。 (2) The torque followability can be improved to some extent by adding a feed forward function based on the waveform of FIG. However, since the waveform of FIG. 1 is not accurate, there is a limit to the calculation accuracy of the feedforward calculation. Therefore, even if the feedforward function is added while assuming the waveform of FIG.
(3)図1の波形ではゼ口位相時にゼ口トルクとなっている。しかし、実際には図2が示すように、ゼロ位相時に非ゼロトルクが存在する。この非ゼロトルクの補償が実課題であり、トルクフィードバック制御におけるトルクむらの原因の一つであると考えられる。 (3) In the waveform shown in FIG. However, actually, as shown in FIG. 2, there is a non-zero torque at the zero phase. Compensation for this non-zero torque is an actual issue and is considered to be one of the causes of torque unevenness in torque feedback control.
(4)最大トルクを抑えるための電圧位相上限値を図1の曲線に基づいて設定したとすると、これは正確ではない。結局、適合手法に頼らざるを得ないが、適合基準が無く、手間が掛かる。 (4) If the voltage phase upper limit value for suppressing the maximum torque is set based on the curve of FIG. 1, this is not accurate. In the end, we have to rely on the matching method, but there is no matching standard and it takes time.
(5)最大電流を抑えるための電圧位相上限値を設定するにあたっての基準が無いので、適合に頼ることになるが、適合工数が掛かる。 (5) Since there is no standard for setting the upper limit value of the voltage phase for suppressing the maximum current, it depends on the adaptation, but the adaptation man-hours are required.
そこで、本発明の目的は、正確な知見に基づいた制御を行うことで交流電動機の制御安定性をより向上させることができる交流電動機の駆動制御装置を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a drive control device for an AC motor that can further improve the control stability of the AC motor by performing control based on accurate knowledge.
本発明の交流電動機の駆動制御装置は、
直流電圧を、交流電動機を回転駆動するための交流電圧に変換するインバータと、
交流電動機に印加される矩形波電圧の電圧位相をトルク指令値に対応するように制御する矩形波電圧制御部と、を備え、
前記矩形波電圧制御部は、
トルクと電圧位相との関係を単調増加範囲内に制限するための電圧位相上限値φv3を設定する位相ガード部を有し、
前記位相ガード部は、
運転状態にある前記交流電動機の電気角速度ωeを用いて位相差αを算出し、
前記電圧位相上限値φv3を、前記交流電動機の力行状態においてはπ/2−|α|に設定し、前記交流電動機の回生状態においてはπ/2+|α|に設定する
ことを特徴とする。
The AC motor drive control device of the present invention is
An inverter that converts a DC voltage into an AC voltage for rotationally driving an AC motor;
A rectangular wave voltage control unit that controls the voltage phase of the rectangular wave voltage applied to the AC motor so as to correspond to the torque command value, and
The rectangular wave voltage control unit
A phase guard unit for setting a voltage phase upper limit φv3 for limiting the relationship between torque and voltage phase within a monotonically increasing range;
The phase guard unit is
Calculate the phase difference α using the electrical angular velocity ωe of the AC motor in the operating state,
The voltage phase upper limit value φv3 is set to π / 2− | α | in the powering state of the AC motor, and is set to π / 2 + | α | in the regeneration state of the AC motor.
本発明では、
前記位相差αを次式で算出することが好ましい。
α=tan−1{R/(ωe・Lq)}
In the present invention,
The phase difference α is preferably calculated by the following equation.
α = tan −1 {R / (ωe · Lq)}
本発明では、
前記位相ガード部は、さらに、電流およびトルクがそれぞれの最大値を超えることがないように電圧位相上限値φvmaxを設定する
ことが好ましい。
すなわち、前記位相差αと運転状態にある交流電動機の電気角速度ωeとを用いた式で最大電流値に対応する電圧位相上限値φv2を求める。
さらに、前記位相差αと運転状態にある交流電動機の電気角速度ωeとを用いた式で最大トルクに対応する電圧位相上限値φv1を求める。
そして、φv1、φv2およびφv3のうちの最小値を電圧位相上限値φvmaxとする。
In the present invention,
It is preferable that the phase guard unit further sets the voltage phase upper limit value φvmax so that the current and torque do not exceed the respective maximum values.
That is, the voltage phase upper limit value φv2 corresponding to the maximum current value is obtained by an equation using the phase difference α and the electric angular velocity ωe of the AC motor in the operating state.
Further, the voltage phase upper limit value φv1 corresponding to the maximum torque is obtained by an equation using the phase difference α and the electric angular velocity ωe of the AC motor in the operating state.
The minimum value of φv1, φv2, and φv3 is set as a voltage phase upper limit value φvmax.
このような本発明によれば、交流電動機の実際の運転状態に基づく位相差を考慮にいれて電圧位相の上限値を設定するので、制御安定性が向上する。
そして、電圧位相の制御安定性範囲を設定するにあたって位相差αを演算式を用いて導出するので、適合などの工数を削減できる。
According to the present invention, the upper limit value of the voltage phase is set in consideration of the phase difference based on the actual operating state of the AC motor, so that the control stability is improved.
Since the phase difference α is derived using an arithmetic expression when setting the voltage phase control stability range, man-hours such as adaptation can be reduced.
本発明の実施形態を図示するとともに図中の各要素に符号を参照して説明する。
本実施形態は、本発明者らによって見いだされたいくつかの基本式を用いることで実現されるものである。
そこで、本発明の実施形態を説明するにあたって、本実施形態で使用する基本式の導出過程とそれらの意味をまずは原理的に説明しておく。
An embodiment of the present invention will be illustrated and described with reference to symbols in each element in the drawings.
The present embodiment is realized by using some basic formulas found by the present inventors.
Therefore, in describing the embodiment of the present invention, the derivation process of the basic expressions used in the present embodiment and their meaning will be described in principle first.
(基本式の導出)
モータ運転状態を反映した出力トルク特性は、以下に説明するトルク演算式によって把握される。
一般に知られているように、永久磁石型同期電動機におけるd軸およびq軸上での電圧方程式およびトルク式は、下記で示される。
(Derive of basic formula)
The output torque characteristic reflecting the motor operating state is grasped by a torque calculation formula described below.
As is generally known, voltage equations and torque equations on the d-axis and q-axis in a permanent magnet type synchronous motor are shown below.
Rは電機子巻線抵抗を示す。
Keは永久磁石の電機子逆起電力定数を示す。
ωeは交流電動機の電気角速度を示している。
Ld、Lqはインダクタンスである。
R represents an armature winding resistance.
Ke represents the armature counter electromotive force constant of the permanent magnet.
ωe represents the electrical angular velocity of the AC motor.
Ld and Lq are inductances.
定常状態では、Id、Iqの変化率が小さいため、電流過渡項を無視できる。このため、上記の式は下記式で示される。 In a steady state, since the rate of change of Id and Iq is small, the current transient term can be ignored. For this reason, said formula is shown by a following formula.
さらに、矩形波電圧制御時には、d軸電圧およびq軸電圧で示されるモータ印加電圧(線間電圧)の基本波成分が、システム電圧Vhの0.78倍となる。即ち次の式となる。 Further, during rectangular wave voltage control, the fundamental wave component of the motor applied voltage (line voltage) indicated by the d-axis voltage and the q-axis voltage is 0.78 times the system voltage Vh. That is, the following equation is obtained.
φvはq軸基準の電圧位相である(図3参照)。Vhはインバータ入力電圧である。 φv is a voltage phase based on the q-axis (see FIG. 3). Vh is an inverter input voltage.
(式3)より、(式4)を利用すると、矩形波制御におけるIq―φvの関係およびId―φvの関係を得られる。モータのLd=Lqである場合、Iq、Idは以下の式で表現できる。 From (Equation 3), by using (Equation 4), the relationship of Iq-φv and the relationship of Id-φv in rectangular wave control can be obtained. When Ld = Lq of the motor, Iq and Id can be expressed by the following equations.
A(Vh、ωe)は、正弦波の振幅であり、Vh、ωeの関数である。
bIq(ωe)は、Iqのオフセットであり、ωeの関数である。
bId(ωe)は、Idのオフセットであり、ωeの関数である。
A (Vh, ωe) is the amplitude of the sine wave and is a function of Vh and ωe.
b Iq (ωe) is an offset of Iq and is a function of ωe.
b Id (ωe) is an offset of Id and is a function of ωe.
式(5)、式(6)から分かるように、IqおよびIdは、φvと正弦波関係である。ただし、その正弦波の振幅は運転状態(インバータ入力電圧Vh、電気角速度ωe)の変動によって変化する。または、位相差αおよびオフセット項(右辺2項目)が存在し、電気角速度の変動に伴い大きさが変わる。 As can be seen from the equations (5) and (6), Iq and Id have a sinusoidal relationship with φv. However, the amplitude of the sine wave varies depending on fluctuations in the operation state (inverter input voltage Vh, electrical angular velocity ωe). Alternatively, there are a phase difference α and an offset term (two items on the right side), and the magnitude changes as the electrical angular velocity varies.
以上により、矩形波電圧の電圧位相φvと交流電動機の出力トルクTeとの間の関係を示すトルク演算式を得られる。 As described above, the torque calculation expression indicating the relationship between the voltage phase φv of the rectangular wave voltage and the output torque Te of the AC motor can be obtained.
Ktはトルク定数である。 Kt is a torque constant.
(式8)には次の特徴がある。
(1)正弦関数の振幅はインバータ入力電圧Vhおよびモータ電気角速度ωeにより決められる。
一方、Vhおよびωeは運転状態により変動するので、この計算の結果である正弦関数振幅は一定ではなく、運転状態により変動する。
(Equation 8) has the following characteristics.
(1) The amplitude of the sine function is determined by the inverter input voltage Vh and the motor electrical angular velocity ωe.
On the other hand, since Vh and ωe vary depending on the operation state, the sine function amplitude as a result of this calculation is not constant and varies depending on the operation state.
(2)位相差αが存在する。位相差αの存在により、トルクと電圧位相の単調増加範囲、即ち位相制御範囲が−90度と+90度との間からα分だけずれる。これを図2に示す。すなわち、安定制御の位相範囲は、[−π/2―α]〜[π/2―α]である。 (2) There is a phase difference α. Due to the presence of the phase difference α, the monotonically increasing range of torque and voltage phase, that is, the phase control range is shifted by α from between −90 degrees and +90 degrees. This is shown in FIG. That is, the phase range of the stable control is [−π / 2−α] to [π / 2−α].
(3)(式8)の右辺2項目のオフセット項が存在する。オフセット項の存在により、トルクは電圧位相の符号と一致しない場合があることが分かる。このことは、電圧位相φvがゼロとしてもモータトルクがゼロとならないことを意味する。 (3) There are two offset terms on the right side of (Equation 8). It can be seen that due to the presence of the offset term, the torque may not match the sign of the voltage phase. This means that the motor torque does not become zero even when the voltage phase φv is zero.
一方、交流電動機の制御は動作状態に応じて、正弦波PWM制御または過変調PWM制御によるPWM制御モード、および、矩形波電圧制御モードのいずれかが選択的に適用される。矩形波制御は一般的にモータの高速域で利用されるが、(式8)から分かるように、極めて高速回転時には、位相差αとオフセット項とがほぼゼロとなる。 On the other hand, for the control of the AC motor, either a PWM control mode by sine wave PWM control or overmodulation PWM control or a rectangular wave voltage control mode is selectively applied according to the operating state. Although the rectangular wave control is generally used in the high speed region of the motor, as can be seen from (Equation 8), the phase difference α and the offset term are almost zero during extremely high speed rotation.
モータ回転速度が極めて高いとき、(式8)における抵抗Rによる影響を無視できる。そのとき、(式8)は近似的に以下のように表現できる。 When the motor rotation speed is extremely high, the influence of the resistance R in (Equation 8) can be ignored. At that time, (Equation 8) can be approximately expressed as follows.
(式9)は従来の矩形波制御が用いていた基本式である。その例として、特開2000−50689号公報、特開2010−148331号公報がある。(式9)から得られるトルク特性を図1に示す。 (Expression 9) is a basic expression used in the conventional rectangular wave control. Examples thereof include Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2000-50689 and 2010-148331. The torque characteristics obtained from (Equation 9) are shown in FIG.
一般的に、矩形波制御の使用範囲は高速域に限定されるが、実際、モータの最高運行速度により、または、中速域に近いほど、(式9)と(式8)との偏差が大きくなる。即ち、(式8)の位相差αの大きさ、オフセット項の大きさが無視できなくなる可能性がある。そのため、(式8)に基づいてフィードバック制御、フィードフォワード制御を行う必要がある。 In general, the use range of the rectangular wave control is limited to a high speed range, but in fact, the deviation between (Equation 9) and (Equation 8) increases depending on the maximum operating speed of the motor or closer to the medium speed range. growing. That is, there is a possibility that the magnitude of the phase difference α and the magnitude of the offset term in (Equation 8) cannot be ignored. Therefore, it is necessary to perform feedback control and feedforward control based on (Equation 8).
従来の矩形波制御方法において、例えば、特開2000−50689号公報では、Id=0と仮定して(式9)と同じ表現を得ている。しかし実際のところ、矩形波制御においてId=0という状況はほとんどない。逆に、矩形波制御におけるIdの値は相当大きくなる可能性がある。それにより、相電流ベクトルの大きさも大きくなる。相電流ベクトルの大きさは以下のように計算できる。 In the conventional rectangular wave control method, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-50689 obtains the same expression as (Equation 9) assuming that Id = 0. However, in reality, there is almost no situation where Id = 0 in the rectangular wave control. Conversely, the value of Id in rectangular wave control can be quite large. Thereby, the magnitude of the phase current vector is also increased. The magnitude of the phase current vector can be calculated as follows.
(式5)、(式6)を利用すると、相電流ベクトルの大きさは(Vh、ωe、φv)の非線形関数となり、以下のように表現できる。 Using (Equation 5) and (Equation 6), the magnitude of the phase current vector becomes a nonlinear function of (Vh, ωe, φv), which can be expressed as follows.
(式11)から、例えば電圧位相が一定値であると、相電流ベクトルの大きさは運転状態(インバータ入力電圧Vh、電気角速度ωe)の変動に伴って変わる。または、例えば運転状態(Vh、ωe)が一定の場合、電流ベクトルの大きさと電圧位相の関係は図4のようになる。 From (Equation 11), for example, when the voltage phase is a constant value, the magnitude of the phase current vector varies with the variation of the operating state (inverter input voltage Vh, electrical angular velocity ωe). Alternatively, for example, when the operation state (Vh, ωe) is constant, the relationship between the magnitude of the current vector and the voltage phase is as shown in FIG.
(式11)には次の特徴がある。
(1)相電流ベクトルの大きさは電圧位相および運転状態(インバータ入力電圧Vh、電気角速度ωe)の関数である。即ち、一定位相φvに対して、相電流ベクトルの大きさ|I|はモータ運行状態によって変動する。
(2)相電流ベクトルの最大値Imaxに対応する電圧位相φvは運転状態の変化によって変わる。
(Equation 11) has the following characteristics.
(1) The magnitude of the phase current vector is a function of the voltage phase and the operating state (inverter input voltage Vh, electrical angular velocity ωe). That is, for a constant phase φv, the magnitude of the phase current vector | I |
(2) The voltage phase φv corresponding to the maximum value Imax of the phase current vector changes depending on the change in the operating state.
(式11)より、相電流ベクトルの最大値Imaxに対応する電圧位相を式より計算でき、その上限値φv2は以下の非線形関数で表現できる。 From (Equation 11), the voltage phase corresponding to the maximum value Imax of the phase current vector can be calculated from the equation, and the upper limit value φv2 can be expressed by the following nonlinear function.
(式12)から、例えばインバータ入力電圧Vhが一定の時に、相電流ベクトルの最大値Imaxに対応する電圧位相は電気角速度ωeの変動により変わることが分かる。
その電圧位相特性を図5に示す。
From (Equation 12), it can be seen that, for example, when the inverter input voltage Vh is constant, the voltage phase corresponding to the maximum value Imax of the phase current vector changes depending on the fluctuation of the electrical angular velocity ωe.
The voltage phase characteristic is shown in FIG.
(式12)には次の特徴がある。
相電流ベクトルの最大値Imaxに対応する電圧位相上限値φv2は運転状態の変化によって変わるが、マップを使用せずに、(式12)から計算できる。
(Formula 12) has the following characteristics.
The voltage phase upper limit value φv2 corresponding to the maximum value Imax of the phase current vector varies depending on the change in the operating state, but can be calculated from (Equation 12) without using a map.
以上の原理を踏まえて、本実施形態に係る交流電動機(モータ)100の制御装置200を図6に示す。また、矩形波電圧制御部300の動作フローを図7のフローチャートに示したので同時に参照されたい。
本制御装置200は、矩形波電圧制御部300と、インバータ400と、を具備する。
Based on the above principle, a
The
矩形波電圧制御部300は、インバータ400を介してモータ100に印加される矩形波電圧の位相を制御する。すなわち、矩形波電圧制御部300は、矩形波電圧の位相制御によって、モータトルクがトルク指令値に従うようにする。
矩形波電圧制御部300は、フィードバック制御部310と、フィードフォワード制御部320と、位相ガード部330と、矩形波発生器340と、を有する。
The rectangular wave
The rectangular wave
フィードバック制御部310には、トルク指令が入力される(ST101)とともに、トルク検出器110よりモータ100のトルク検出値が入力される(ST103)。フィードバック制御部310は、トルク指令値に対するモータ出力トルクの偏差を計算し(311、ST104)、補償器312においてトルクと電圧位相の非線形化補償を実施した後(ST105)、PI制御(313、ST106)によって位相を制御する。
補償器312について説明する。
トルクと電圧位相の関係(式8)は運転状態(インバータ直流側電圧Vhおよび電気角速度ωe)に影響される。この正弦波振幅の強い非線形性およびオフセット項により、PI演算器313のゲイン設定は難しくなる。そこで、補償器312でトルクを補償することより、運転状態の変動による影響がなくなる。トルク補償した結果、補償後トルクと電圧位相は振幅が1であり、オフセット項がゼロである正弦波関数関係となる。ただし、その正弦波の位相は電圧位相と運行状態による位相差αの合成である。これにより、PI演算器313のゲイン設定が容易になる。
A torque command is input to feedback control section 310 (ST101), and a torque detection value of
The
The relationship between torque and voltage phase (Equation 8) is affected by the operating state (inverter DC side voltage Vh and electrical angular velocity ωe). Due to the strong nonlinearity of the sine wave amplitude and the offset term, the gain setting of the
フィードバック制御部310の精度向上のために、フィードバック制御部310にはFB位相計算器314が設けられている(ST107)。モータトルクは電圧位相φvおよび位相差αの和の正弦波関数である(式8)。よって、トルクフィードバック制御から得られる結果は実は電圧位相φvおよび位相差αの和である。従って、トルクフィードバック制御から得られる電圧位相成分は、トルクフィードバックのPI計算結果から位相差αを引いた分のみになる。
よって、FB位相計算器314では、以下の演算を行う。
φvfb=トルクPI制御結果−α
ただし、αは(式7)により計算する。
これにより、トルクフィードバック制御によるモータトルクむら現象が軽減でき、トルク追従性能の向上が期待できる。
In order to improve the accuracy of
Therefore, the
φvfb = torque PI control result−α
However, (alpha) is calculated by (Formula 7).
Thereby, the motor torque unevenness phenomenon by torque feedback control can be reduced, and the improvement of the torque tracking performance can be expected.
フィードフォワード制御部320は、トルクと位相との関係式(式8)に基づいて、トルク指令値に対応する電圧位相を算出する(ST130)。なお、フィードフォワード制御部320には、トルク指令とともに(ST101)、取得されたモータ変数が入力される(ST102)。ここで、フィードフォワード制御に用いるトルク特性(接線)を(式8)に基づいて生成する。これにより、フィードフォワード制御から計算する位相の補償量の精度が向上でき、トルクの応答性の向上が期待できる。
フィードバック制御による電圧位相(フィードバック項φfb)と、フィードフォワード制御による電圧位相(フィードフォワード項φff)と、を加算して(ST108)、矩形波電圧の位相指令に相当する電圧位相φvを設定する。 The voltage phase (feedback term φfb) by feedback control and the voltage phase (feedforward term φff) by feedforward control are added (ST108) to set a voltage phase φv corresponding to the phase command of the rectangular wave voltage.
位相ガード部330は、ガード値設定部331およびガード処理部332を有する。ガード値設定部331では電圧位相の上限値を設定する(ST111〜ST120)。電圧位相上限値は、電流およびトルクがそれぞれの最大値を超えることなく(ST111、ST112)、さらに、トルクと電圧位相との関係が単調増加範囲内にあるように設定される(ST113)。
The
ガード値設定部331による電圧位相上限値の設定方法を説明する。
相電流ベクトルの最大値を抑制するための電圧位相上限値φv2を電流と電圧位相の数学関係式(式12)により運転状態に基づいて演算する(ST112)。また、トルクの最大値を抑制するための電圧位相をトルクと電圧位相の数学関係式(式8)により運転状態に基づいて演算し、その演算結果の絶対値を電圧位相上限値φv1とする(ST111)。さらに、フィードバック制御安定性のために、図3に示すように、位相範囲をトルクと位相の単調増加範囲に限定する(ST113)。これに当たっては、トルクと電圧位相の数学関係式(式8)により運転状態に基づいて演算する。
具体的には、まず、(式7)より電気角速度を用いて位相差αを計算する。そして、(式8)から分かるように、モータの力行状態の位相上限値φv3がπ/2−|α|、回生状態の位相上限値がπ/2+|α|であるので、安定範囲の位相最大値φv3が求まる。演算した各電圧位相上限値(最大電流値対応の電圧位相上限値φv2、最大トルク対応の電圧位相上限値φv1、位相制御安定範囲の上限値φv3)のうちの最小値を求める(ST114〜ST120)。その求めた最小値は電圧位相ガード部の上限値とされる(ST120)。
A method for setting the voltage phase upper limit value by the guard value setting unit 331 will be described.
The voltage phase upper limit value φv2 for suppressing the maximum value of the phase current vector is calculated based on the operating state by the mathematical relational expression (formula 12) of the current and the voltage phase (ST112). Further, the voltage phase for suppressing the maximum value of the torque is calculated based on the operating state by the mathematical relational expression (Equation 8) of the torque and the voltage phase, and the absolute value of the calculation result is set as the voltage phase upper limit value φv1 ST111). Furthermore, for feedback control stability, as shown in FIG. 3, the phase range is limited to a monotonically increasing range of torque and phase (ST113). In this case, the calculation is performed based on the operating state by a mathematical relational expression (Equation 8) of torque and voltage phase.
Specifically, first, the phase difference α is calculated using the electrical angular velocity from (Equation 7). As can be seen from (Equation 8), the phase upper limit value φv3 in the power running state of the motor is π / 2− | α |, and the phase upper limit value in the regenerative state is π / 2 + | α |. The maximum value φv3 is obtained. The minimum value of the calculated voltage phase upper limit values (voltage phase upper limit value φv2 corresponding to the maximum current value, voltage phase upper limit value φv1 corresponding to the maximum torque, and upper limit value φv3 of the phase control stable range) is obtained (ST114 to ST120). . The determined minimum value is the upper limit value of the voltage phase guard unit (ST120).
このような電圧位相設定の効果として次のことがある。
以上のように設定した電圧位相ガード部330の上限値によれば電流の最大値とトルクの最大値を超えることがなく、さらに、電圧位相ガード部330の上限値はトルク−位相関係の単調増加範囲内にあるため、制御安定性を保証することができる。また、以上の電圧位相上限値は数式から算出できるため、適合手法より効率的である。また、電圧位相の計算結果はマップとして記憶できる。また、実状況により適合が必要である場合でも、数式から得る結果に基づいて、適合データの密度を低減することができる。
The effects of such voltage phase setting are as follows.
According to the upper limit value of the voltage
ガード処理部332は、電圧位相φvの絶対値がガード値設定部331によって設定された位相上限値φmaxを超えないように制限するためのガード処理を実行する(ST141〜ST144)。ガード処理部332は、電圧位相φvの絶対値が位相上限値を超える場合には(ST141:YES)、電圧位相の符号によって、出力電圧位相φv=φmax、または、φv=−φmaxに設定する(ST143)。一方で、位相指令|φv|<φmaxの場合には(ST141:NO)、出力電圧位相φv=位相指令φvに設定する(ST142)。
The
インバータ400は、このように決定された電圧位相φvに応じた交流電圧をモータ100に印加する。
以上、説明にしたように、本実施形態によれば、正確な知見に基づいた制御を行うことで交流電動機の制御安定性をより向上させることができる。 As described above, according to the present embodiment, the control stability of the AC motor can be further improved by performing control based on accurate knowledge.
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
電圧位相の計算結果はマップとして記憶しつつ、実状況に応じて適合を行ってもよい。この場合でも、数式から得る結果に基づいて、適合データの密度を低減することができる。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
The calculation result of the voltage phase may be stored as a map and may be adapted according to the actual situation. Even in this case, the density of the matching data can be reduced based on the result obtained from the mathematical formula.
100…モータ、110…トルク検出器、200…制御装置、300…矩形波電圧制御部、310…フィードバック制御部、312…補償器、313…PI演算器、314…FB位相計算器、320…フィードフォワード制御部、330…位相ガード部、331…ガード値設定部、332…ガード処理部、340…矩形波発生器、400…インバータ。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
交流電動機に印加される矩形波電圧の電圧位相をトルク指令値に対応するように制御する矩形波電圧制御部と、を備え、
前記矩形波電圧制御部は、
トルクと電圧位相との関係を単調増加範囲内に制限するための電圧位相上限値を設定する位相ガード部を有し、
前記位相ガード部は、
運転状態にある前記交流電動機の電気角速度ωeを用いて位相差αを算出し、
トルクと電圧位相との関係を単調増加範囲内に制限するための前記電圧位相上限値を、前記交流電動機の力行状態においてはπ/2−|α|に設定し、前記交流電動機の回生状態においてはπ/2+|α|に設定する
ことを特徴とする交流電動機の駆動制御装置。 An inverter that converts a DC voltage into an AC voltage for rotationally driving an AC motor;
A rectangular wave voltage control unit that controls the voltage phase of the rectangular wave voltage applied to the AC motor so as to correspond to the torque command value, and
The rectangular wave voltage control unit
Having a phase guard for setting a voltage phase upper limit for limiting the relationship between torque and voltage phase within a monotonically increasing range;
The phase guard unit is
Calculate the phase difference α using the electrical angular velocity ωe of the AC motor in the operating state,
The upper limit value of the voltage phase for limiting the relationship between the torque and the voltage phase within a monotonically increasing range is set to π / 2− | α | in the power running state of the AC motor, and in the regenerative state of the AC motor. Is set to π / 2 + | α |. A drive control device for an AC electric motor.
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