JP7018367B2 - Power converter - Google Patents

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Description

本発明は、電力変換装置に関し、例えば、モータに電力を供給する電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device, for example, a power conversion device that supplies electric power to a motor.

特許文献1には、モータを制御するインバータ回路と、インバータ回路に電源を供給する昇圧コンバータとを有するモータ制御装置が示される。当該モータ制御装置では、モータの通電制御に伴う処理負荷を低減するため、トルク指令演算部からのトルク指令と、逆起電圧演算部からの逆起電圧とを入力として、所定マップに基づき昇圧電圧指令を算出する昇圧電圧指令演算部が設けられる。所定マップでは、予め、モータが最大効率となるように、トルク指令と逆起電圧と昇圧電圧指令との関係が定められる。 Patent Document 1 discloses a motor control device including an inverter circuit for controlling a motor and a boost converter for supplying power to the inverter circuit. In the motor control device, in order to reduce the processing load associated with the energization control of the motor, the torque command from the torque command calculation unit and the counter electromotive voltage from the counter electromotive voltage calculation unit are input, and the boost voltage is boosted based on a predetermined map. A boosted voltage command calculation unit for calculating commands is provided. In the predetermined map, the relationship between the torque command, the counter electromotive voltage, and the boost voltage command is determined in advance so that the motor has the maximum efficiency.

特開2009-65758号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-65758

例えば、産業用機器や自動車用機器や電車用機器やエレベータ用機器等では、入力電圧を負荷(具体的にはモータ)が必要とする電圧に変換する電力変換装置が用いられる。このような電力変換装置は、例えば、入力電圧を直流電源電圧に変換するパワーユニット回路と、当該直流電源電圧を用いてモータに電力を供給するアンプ回路とを備える。パワーユニット回路やアンプ回路は、高効率化や低コスト化等のため、通常、スイッチング素子を用いたスイッチング回路で構成される。 For example, in industrial equipment, automobile equipment, train equipment, elevator equipment, and the like, a power conversion device that converts an input voltage into a voltage required by a load (specifically, a motor) is used. Such a power conversion device includes, for example, a power unit circuit that converts an input voltage into a DC power supply voltage, and an amplifier circuit that supplies power to a motor using the DC power supply voltage. The power unit circuit and the amplifier circuit are usually composed of a switching circuit using a switching element in order to improve efficiency and reduce the cost.

ここで、モータの定常回転時には、アンプ回路は、モータに安定した電力を供給し、パワーユニット回路も、アンプ回路に安定した直流電源電圧を出力する。しかし、例えば、モータの起動時や高加圧開始時には、負荷が急激に重くなるため、パワーユニット回路からの直流電源電圧に大きな電圧ドロップが生じる恐れがある。パワーユニット回路の制御帯域を高めると、このような負荷変動に対して高速に応答することが可能になるが、通常、制御帯域は、ある程度のレベルまでしか高められない。 Here, during steady rotation of the motor, the amplifier circuit supplies stable power to the motor, and the power unit circuit also outputs a stable DC power supply voltage to the amplifier circuit. However, for example, when the motor is started or when high pressurization is started, the load suddenly becomes heavy, so that a large voltage drop may occur in the DC power supply voltage from the power unit circuit. Increasing the control band of the power unit circuit makes it possible to respond to such load fluctuations at high speed, but usually the control band can only be increased to a certain level.

本発明は、このようなことに鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、負荷変動に対して高速に応答することが可能な電力変換装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above, and one of the objects thereof is to provide a power conversion device capable of responding to load fluctuations at high speed.

本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the invention will become apparent from the description and accompanying drawings herein.

本願において開示される実施の形態のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。 The following is a brief description of the outline of typical embodiments disclosed in the present application.

本発明の代表的な実施の形態による電力変換装置は、アンプ回路と、アンプ制御部と、パワーユニット回路と、パワーユニット制御部とを有する。アンプ回路は、複数の第1のスイッチング素子を含み、モータに電力を供給する。アンプ制御部は、複数の第1のスイッチング素子をスイッチング制御する。パワーユニット回路は、リアクトルおよび第2のスイッチング素子を含み、入力電圧を、アンプ回路の電源電圧となる出力電圧に変換する。パワーユニット制御部は、電流指令値演算部を備え、第2のスイッチング素子をスイッチング制御する。電流指令値演算部は、モータの角速度およびトルク値と、パワーユニット回路の入力電圧または出力電圧の値とをパラメータに含む演算式によってパワーユニット回路に対する電流指令値を算出する。 A power conversion device according to a typical embodiment of the present invention includes an amplifier circuit, an amplifier control unit, a power unit circuit, and a power unit control unit. The amplifier circuit includes a plurality of first switching elements to supply power to the motor. The amplifier control unit switches and controls a plurality of first switching elements. The power unit circuit includes a reactor and a second switching element, and converts an input voltage into an output voltage that becomes a power supply voltage of the amplifier circuit. The power unit control unit includes a current command value calculation unit, and switches and controls the second switching element. The current command value calculation unit calculates the current command value for the power unit circuit by an arithmetic formula including the angular velocity and torque value of the motor and the input voltage or output voltage value of the power unit circuit as parameters.

本願において開示される発明のうち、代表的な実施の形態によって得られる効果を簡単に説明すると、負荷変動に対して高速に応答することが可能になる。 Briefly explaining the effects obtained by the typical embodiments among the inventions disclosed in the present application, it becomes possible to respond to load fluctuations at high speed.

本発明の実施の形態1による電力変換装置の構成例を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows the structural example of the power conversion apparatus according to Embodiment 1 of this invention. 図1の電力変換装置における主要部の動作例を示す波形図である。It is a waveform diagram which shows the operation example of the main part in the power conversion apparatus of FIG. 本発明の実施の形態2による電力変換装置の構成例を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows the structural example of the power conversion apparatus according to Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3による電力変換装置の構成例を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows the structural example of the power conversion apparatus according to Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態4による電力変換装置の構成例を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows the structural example of the power conversion apparatus according to Embodiment 4 of this invention.

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらは互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。 In the following embodiments, where necessary for convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments, but unless otherwise specified, they are not unrelated to each other, one of which is the other. It is related to some or all modifications, details, supplementary explanations, etc. Further, in the following embodiments, when the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.) is referred to, when it is specified in particular, or when it is clearly limited to a specific number in principle, etc. Except for this, the number is not limited to the specific number, and may be more than or less than the specific number.

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。 Furthermore, in the following embodiments, the components (including element steps and the like) are not necessarily essential unless otherwise specified or clearly considered to be essential in principle. Needless to say. Similarly, in the following embodiments, when the shape, positional relationship, etc. of the constituent elements are referred to, the shape is substantially the same, except when it is clearly stated or when it is considered that it is not clearly the case in principle. Etc., etc. shall be included. This also applies to the above numerical values and ranges.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in all the drawings for explaining the embodiment, the same members are designated by the same reference numerals in principle, and the repeated description thereof will be omitted.

(実施の形態1)
《電力変換装置の概略》
図1は、本発明の実施の形態1による電力変換装置の構成例を示す概略図である。図1に示す電力変換装置1aは、パワーユニット回路2aと、アンプ回路3と、パワーユニット制御部4aと、アンプ制御部5aとを備える。電力変換装置1aは、外部に設けられた入力電源101からの入力電圧Viを負荷(具体的にはモータ102)で必要とされる所定の電圧に変換し、変換した電圧をモータ102へ出力する。
(Embodiment 1)
<< Outline of power converter >>
FIG. 1 is a schematic view showing a configuration example of a power conversion device according to the first embodiment of the present invention. The power conversion device 1a shown in FIG. 1 includes a power unit circuit 2a, an amplifier circuit 3, a power unit control unit 4a, and an amplifier control unit 5a. The power conversion device 1a converts the input voltage Vi from the externally provided input power supply 101 into a predetermined voltage required by the load (specifically, the motor 102), and outputs the converted voltage to the motor 102. ..

入力電源101の高電位側の端部は、パワーユニット回路2aの一方の入力端P1と接続され、入力電源101の低電位側の端部は、パワーユニット回路2aの他方の入力端N1と接続されている。パワーユニット回路2aの高電位側の端部は、アンプ回路3の一方の入力端P2と接続され、パワーユニット回路2aの低電位側の端部は、アンプ回路3の他方の入力端N2と接続されている。モータ102の端部は、アンプ回路3の出力端U1,V1,W1とそれぞれ接続されている。 The high potential side end of the input power supply 101 is connected to one input end P1 of the power unit circuit 2a, and the low potential side end of the input power supply 101 is connected to the other input end N1 of the power unit circuit 2a. There is. The high potential side end of the power unit circuit 2a is connected to one input end P2 of the amplifier circuit 3, and the low potential side end of the power unit circuit 2a is connected to the other input end N2 of the amplifier circuit 3. There is. The end portion of the motor 102 is connected to the output ends U1, V1 and W1 of the amplifier circuit 3, respectively.

パワーユニット回路2aは、リアクトルLおよびスイッチング素子Q0aを含み、入力電圧Viを、アンプ回路3の電源電圧Vaとなる出力電圧Voに変換する。パワーユニット回路2aは、詳細には、入力コンデンサCiと、リアクトルLと、スイッチング素子Q0aと、ダイオードDと、出力コンデンサCoとを備えている。スイッチング素子Q0aは、例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等である。 The power unit circuit 2a includes a reactor L and a switching element Q0a, and converts an input voltage Vi into an output voltage Vo which is a power supply voltage Va of the amplifier circuit 3. In detail, the power unit circuit 2a includes an input capacitor Ci, a reactor L, a switching element Q0a, a diode D, and an output capacitor Co. The switching element Q0a is, for example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or the like.

入力コンデンサCiは、入力電源101から入力された電圧の平滑用コンデンサである。入力コンデンサCiの両端は、入力端P1,N1とそれぞれ接続され、入力電圧Viが印加されている。リアクトルL、スイッチング素子Q0aおよびダイオードDは、昇圧コンバータを構成する。パワーユニット回路2aは、パワーユニット制御部4aからのPWM信号PWMでスイッチング素子Q0aのゲートが駆動されることで、所望の出力電圧Voを出力コンデンサCoに印加する。 The input capacitor Ci is a capacitor for smoothing the voltage input from the input power supply 101. Both ends of the input capacitor Ci are connected to the input ends P1 and N1, respectively, and the input voltage Vi is applied. The reactor L, the switching element Q0a, and the diode D constitute a boost converter. The power unit circuit 2a applies a desired output voltage Vo to the output capacitor Co by driving the gate of the switching element Q0a by PWM signal PWM from the power unit control unit 4a.

アンプ回路3は、アンプ入力コンデンサCaと、複数のスイッチング素子Q1~Q6とを備え、モータ102に電力を供給する。複数のスイッチング素子Q1~Q6は、例えばIGBT等であり、3相インバータ回路を構成する。アンプ入力コンデンサCaには、パワーユニット回路2aの出力電圧Voが印加される。アンプ回路3は、当該アンプ入力コンデンサCaに印加される出力電圧Voを電源電圧Vaとして動作する。アンプ回路3は、アンプ制御部5aからの6本のPWM信号PWMaでスイッチング素子Q1~Q6のゲートがそれぞれ駆動されることで、モータ102に所望の電圧を印加する。その結果、モータ102の回転速度やトルク等が制御される。 The amplifier circuit 3 includes an amplifier input capacitor Ca and a plurality of switching elements Q1 to Q6, and supplies electric power to the motor 102. The plurality of switching elements Q1 to Q6 are, for example, IGBTs and the like, and form a three-phase inverter circuit. The output voltage Vo of the power unit circuit 2a is applied to the amplifier input capacitor Ca. The amplifier circuit 3 operates using the output voltage Vo applied to the amplifier input capacitor Ca as the power supply voltage Va. The amplifier circuit 3 applies a desired voltage to the motor 102 by driving the gates of the switching elements Q1 to Q6 by the six PWM signals PWMa from the amplifier control unit 5a. As a result, the rotation speed, torque, and the like of the motor 102 are controlled.

パワーユニット制御部4aは、例えば、マイクロコントローラ(マイコンと略す)等の部品に搭載され、パワーユニット回路2aのスイッチング素子Q0aをPWM信号PWMでスイッチング制御する。パワーユニット制御部4aは、詳細には、電圧制御部7と、電流フィードフォワード演算部(電流指令値演算部)8aと、電流制御部9とを備える。電圧制御部7には、パワーユニット回路2aの出力電圧Voの値と、予め定めた出力電圧Voの目標値であるリファレンス電圧値(電圧指令値)Vrefとが入力されている。 The power unit control unit 4a is mounted on a component such as a microcontroller (abbreviated as a microcomputer), and controls switching of the switching element Q0a of the power unit circuit 2a by PWM signal PWM. In detail, the power unit control unit 4a includes a voltage control unit 7, a current feedforward calculation unit (current command value calculation unit) 8a, and a current control unit 9. The value of the output voltage Vo of the power unit circuit 2a and the reference voltage value (voltage command value) Vref, which is a predetermined target value of the output voltage Vo, are input to the voltage control unit 7.

リファレンス電圧値Vrefは、外部装置から入力されたものである。外部装置は、例えば、電力変換装置1aを有する装置内に設けられてもよいし、電力変換装置1aを有する装置の外部に設けられてもよい。電圧制御部7は、入力されたリファレンス電圧値Vrefと出力電圧Voの値との電圧誤差に基づき、例えばPI(比例・積分)制御等を用いて当該電圧誤差をゼロに近づけるリファレンス電流補正値ΔIrefを算出する。 The reference voltage value Vref is input from an external device. The external device may be provided, for example, inside the device having the power conversion device 1a, or may be provided outside the device having the power conversion device 1a. The voltage control unit 7 uses, for example, PI (proportional / integral) control or the like to bring the voltage error closer to zero based on the voltage error between the input reference voltage value Vref and the output voltage Vo value, and the reference current correction value ΔIref. Is calculated.

電流フィードフォワード演算部(電流指令値演算部)8aは、概略的には、モータ102の角速度ωおよびトルク値Tと、パワーユニット回路2aの入力電圧Viまたは出力電圧Voの値とをパラメータに含む演算式によってパワーユニット回路2aに対するリファレンス電流値(電流指令値)Irefを算出する。詳細は後述するが、電流フィードフォワード演算部8aは、例えば、式(1)によってリファレンス電流値Irefを算出する。“X”は、予め定めた補正割合係数(X:0≦X≦1)である。
Iref(t)={(ω(t)×T(t))/Vi(t)}×X+ΔIref(t) …(1)
The current feed forward calculation unit (current command value calculation unit) 8a generally includes the angular speed ω and torque value T of the motor 102 and the input voltage Vi or output voltage Vo value of the power unit circuit 2a as parameters. The reference current value (current command value) Iref for the power unit circuit 2a is calculated by the equation. Although the details will be described later, the current feed forward calculation unit 8a calculates the reference current value Iref by, for example, the equation (1). “X” is a predetermined correction ratio coefficient (X: 0 ≦ X ≦ 1).
Iref (t) = {(ω (t) × T (t)) / Vi (t)} × X + ΔIref (t)… (1)

電流制御部9は、電流フィードフォワード演算部8aからのリファレンス電流値(電流指令値)Irefと、リアクトルLのリアクトル電流値ILとの電流誤差に基づき、例えばPI制御等を用いて当該電流誤差をゼロに近づける制御値(具体的にはデューティ値)を算出する。リアクトル電流値ILは、例えば、パワーユニット回路2aに電流センサを設けること等で検出される。そして、電流制御部9は、算出した制御値に基づいてPWM信号PWMを生成し、当該PWM信号PWMでパワーユニット回路2aのスイッチング素子Q0aをスイッチング制御する。 Based on the current error between the reference current value (current command value) Iref from the current feedforward calculation unit 8a and the reactor current value IL of the reactor L, the current control unit 9 uses, for example, PI control to obtain the current error. Calculate the control value (specifically, the duty value) that approaches zero. The reactor current value IL is detected, for example, by providing a current sensor in the power unit circuit 2a. Then, the current control unit 9 generates a PWM signal PWM based on the calculated control value, and switches and controls the switching element Q0a of the power unit circuit 2a by the PWM signal PWM.

アンプ制御部5aは、例えば、パワーユニット制御部4aとは別のマイコン等の部品に搭載され、アンプ回路3のスイッチング素子Q1~Q6をPWM信号PWMaでスイッチング制御する。アンプ制御部5aは、詳細には、状態量演算部6と、速度制御部10と、トルク制御部11と、駆動電流制御部12とを備えている。状態量演算部6は、アンプ回路3の電源電圧Vaの値と、モータ102の相電流値Iu,Iv,Iwと、モータ102の位置情報PSとを入力として、モータ102の角速度ω、トルク値Tおよび駆動電流値Imを算出する。相電流値Iu,Iv,Iwは、例えば、アンプ回路3に電流センサを設けること等で検出される。位置情報PSは、例えば、モータ102にホール素子、レゾルバ、ロータリエンコーダ等の角度センサを設けること等で検出される。 The amplifier control unit 5a is mounted on, for example, a component such as a microcomputer different from the power unit control unit 4a, and the switching elements Q1 to Q6 of the amplifier circuit 3 are switched and controlled by the PWM signal PWMa. In detail, the amplifier control unit 5a includes a state quantity calculation unit 6, a speed control unit 10, a torque control unit 11, and a drive current control unit 12. The state quantity calculation unit 6 inputs the value of the power supply voltage Va of the amplifier circuit 3, the phase current values Iu, Iv, Iw of the motor 102, and the position information PS of the motor 102, and the angular speed ω and the torque value of the motor 102. T and the drive current value Im are calculated. The phase current values Iu, Iv, and Iw are detected, for example, by providing a current sensor in the amplifier circuit 3. The position information PS is detected, for example, by providing the motor 102 with an angle sensor such as a Hall element, a resolver, or a rotary encoder.

速度制御部10は、別途設定された角速度指令値ωrefと状態量演算部6からの角速度ωとの速度誤差に基づき、例えば、PI制御等を用いて当該速度誤差をゼロに近づけるためのトルク指令値Trefを算出する。トルク制御部11は、トルク指令値Trefと状態量演算部6からのトルク値Tとのトルク誤差に基づき、例えば、PI制御等を用いて当該トルク誤差をゼロに近づけるための駆動電流指令値Irefmを算出する。 The speed control unit 10 is based on the speed error between the angular velocity command value ωref set separately and the angular velocity ω from the state quantity calculation unit 6, for example, a torque command for making the speed error close to zero by using PI control or the like. Calculate the value Torf. The torque control unit 11 is based on the torque error between the torque command value Tref and the torque value T from the state quantity calculation unit 6, and the drive current command value Ireffm for reducing the torque error to zero by using, for example, PI control or the like. Is calculated.

駆動電流制御部12は、駆動電流指令値Irefmと状態量演算部6からの駆動電流値Imとの電流誤差に基づき、例えば、PI制御等を用いて当該電流誤差をゼロに近づけるための制御値(デューティ値)を算出する。そして、駆動電流制御部12は、算出した制御値に基づいてPWM信号PWMaを生成し、当該PWM信号PWMaでアンプ回路3のスイッチング素子Q1~Q6をスイッチング制御する。 The drive current control unit 12 is based on the current error between the drive current command value Ireffm and the drive current value Im from the state quantity calculation unit 6, and is a control value for reducing the current error to zero by using, for example, PI control or the like. Calculate (duty value). Then, the drive current control unit 12 generates a PWM signal PWMa based on the calculated control value, and the switching elements Q1 to Q6 of the amplifier circuit 3 are switched and controlled by the PWM signal PWMa.

ここで、具体例として、アンプ制御部5aは、公知のベクトル制御を用いてモータ102を制御する。状態量演算部6は、uvw軸の相電流値Iu,Iv,Iwをdq軸に座標変換することで、駆動電流値Imであるd軸電流値(Id)およびq軸電流値(Iq)を算出する。また、状態量演算部6は、位置情報PSの微分演算によって角速度ωを算出し、例えば、式(2)によってトルク値Tを算出する。式(2)において、“Pn”は極対数であり、“Ψa”は永久磁石による電機子鎖交磁束の実効値であり、“Ld”および“Lq”は、それぞれ、d軸およびq軸インダクタンス値である。これらの値は、予め固定的に定められる。
T=Pn×{Ψa×Iq+(Ld-Lq)×Id×Iq} …(2)
Here, as a specific example, the amplifier control unit 5a controls the motor 102 by using a known vector control. The state quantity calculation unit 6 converts the phase current values Iu, Iv, and Iw of the uvw axis into the dq axis to obtain the d-axis current value (Id) and the q-axis current value (Iq), which are the drive current values Im. calculate. Further, the state quantity calculation unit 6 calculates the angular velocity ω by the differential calculation of the position information PS, and for example, the torque value T is calculated by the equation (2). In equation (2), "Pn" is the pole logarithm, "Ψa" is the effective value of the armature interlinkage magnetic flux by the permanent magnet, and "Ld" and "Lq" are the d-axis and q-axis inductances, respectively. The value. These values are fixedly determined in advance.
T = Pn × {Ψa × Iq + (Ld-Lq) × Id × Iq}… (2)

《電力変換装置の主要部の詳細動作》
図2は、図1の電力変換装置における主要部の動作例を示す波形図である。具体例として、図1のモータ102は、プレス機を駆動するサーボモータ等である。この場合、パワーユニット回路2aの入力電圧Viは、200~300V等であり、出力電圧Voは、300~400V等である。図2には、モータ102の起動時(例えば、プレス機を対象物に向けて移動させる期間)におけるモータ102の角速度ωおよびトルク値Tと、パワーユニット回路2aの出力電流Ioおよび出力電圧Voと、パワーユニット制御部4aのリファレンス電流値(電流指令値)Irefの波形例が示される。
<< Detailed operation of the main part of the power converter >>
FIG. 2 is a waveform diagram showing an operation example of a main part in the power conversion device of FIG. As a specific example, the motor 102 in FIG. 1 is a servomotor or the like that drives a press machine. In this case, the input voltage Vi of the power unit circuit 2a is 200 to 300 V or the like, and the output voltage Vo is 300 to 400 V or the like. FIG. 2 shows the angular velocity ω and torque value T of the motor 102 at the time of starting the motor 102 (for example, the period during which the press machine is moved toward the object), the output current Io and the output voltage Vo of the power unit circuit 2a. A waveform example of the reference current value (current command value) Iref of the power unit control unit 4a is shown.

モータ102が時刻t1から時刻t2まで加速する際、角速度ωは徐々に上昇する。モータ102は、このような角速度ωを得るために必要なトルク(T)を出力する。モータ102の回転に必要な電力(すなわちモータ出力)は、“ω×T”で表される。時刻t1から時刻t2までの期間では、一定のトルク(T)で角速度ωが上昇しているため、モータ出力の変動(すなわち負荷変動)が生じている。この負荷変動に応じて、パワーユニット回路2aが本来出力すべき電力(Po0)は、式(3)で表され、パワーユニット回路2aが本来出力すべき出力電流(Io0)は、式(4)で表される。
Po0(t)=ω(t)×T(t) …(3)
Io0(t)=(ω(t)×T(t))/Vo(t) …(4)
As the motor 102 accelerates from time t1 to time t2, the angular velocity ω gradually increases. The motor 102 outputs the torque (T) required to obtain such an angular velocity ω. The electric power required for the rotation of the motor 102 (that is, the motor output) is represented by "ω × T". In the period from time t1 to time t2, the angular velocity ω increases with a constant torque (T), so that the motor output fluctuates (that is, the load fluctuates). The power (Po0) that the power unit circuit 2a should originally output according to this load fluctuation is expressed by the equation (3), and the output current (Io0) that the power unit circuit 2a should originally output is expressed by the equation (4). Will be done.
Po0 (t) = ω (t) × T (t)… (3)
Io0 (t) = (ω (t) × T (t)) / Vo (t)… (4)

また、図1のような昇圧コンバータでは、リアクトル電流値ILと出力電流Io(Io0)の関係は、入力電圧Viと出力電圧Voが変動しない場合は式(5)で表される。よって、式(4)と式(5)から式(6)の関係が導き出される。
Vo(t)×Io0(t)=Vi(t)×IL(t) …(5)
IL(t)=(ω(t)×T(t))/Vi(t) …(6)
Further, in the boost converter as shown in FIG. 1, the relationship between the reactor current value IL and the output current Io (Io0) is expressed by the equation (5) when the input voltage Vi and the output voltage Vo do not fluctuate. Therefore, the relationship of the equation (6) is derived from the equation (4) and the equation (5).
Vo (t) x Io0 (t) = Vi (t) x IL (t) ... (5)
IL (t) = (ω (t) × T (t)) / Vi (t)… (6)

式(1)に示した電流フィードフォワード演算部8aの演算式は、式(6)に基づくリアクトル電流(IL)(言い換えればフィードフォワード成分)に補正割合係数“X”(X:0≦X≦1)を乗算し、それに、電圧制御部7からのリファレンス電流補正値ΔIref(言い換えればフィードバック成分)を加算したものである。すなわち、式(1)の演算式は、所定のモータ出力を得るために必要とされるリアクトル電流値ILがフィードフォワードされたものである。 The calculation formula of the current feed forward calculation unit 8a shown in the formula (1) is a correction ratio coefficient “X” (X: 0 ≦ X ≦) in the reactor current (IL) (in other words, the feed forward component) based on the formula (6). It is obtained by multiplying 1) and adding the reference current correction value ΔIref (in other words, the feedback component) from the voltage control unit 7. That is, the arithmetic expression of the equation (1) is a feed forward of the reactor current value IL required to obtain a predetermined motor output.

このような電流フィードフォワード演算部(電流指令値演算部)8aを設けることで、リファレンス電流値Irefは、図2に示されるように、本来出力すべき出力電流(Io0)にほぼ等しい電流を指示するような波形となる。これに応じて、実際の出力電流Ioも、本来出力すべき出力電流(Io0)にほぼ等しい電流となる。その結果、出力電圧Voの電圧ドロップを抑制することができる。言い換えれば、電流フィードフォワード演算部8aを設けることで、負荷変動(モータ出力の変動)に対して高速に応答することが可能になる。 By providing such a current feed forward calculation unit (current command value calculation unit) 8a, the reference current value Iref indicates a current substantially equal to the output current (Io0) that should be originally output, as shown in FIG. The waveform becomes like that. Accordingly, the actual output current Io also becomes a current substantially equal to the output current (Io0) that should be originally output. As a result, the voltage drop of the output voltage Vo can be suppressed. In other words, by providing the current feed forward calculation unit 8a, it becomes possible to respond to load fluctuations (fluctuations in motor output) at high speed.

なお、式(1)における補正割合係数“X”は、例えば、0.5等に定められる。補正割合係数“X”は、理想上は1.0であってもよい。ただし、この場合、実際上は、各種誤差要因によってリファレンス電流値Irefが過剰となり、出力電圧Voのオーバーシュートを招く可能性がある。そうすると、フィードバック制御の安定性や、素子耐圧等に悪影響が生じ得る。補正割合係数“X”は、このような過剰なリファレンス電流値Irefの発生を防止するための係数である。また、式(1)では、入力電圧Viの値を用いたが、例えば、昇圧比が大きくない場合は、近似的に、出力電圧Voの値を用いた式(7)を適用してもよい。
Iref(t)={(ω(t)×T(t))/Vo(t)}×X+ΔIref(t) …(7)
The correction ratio coefficient “X” in the equation (1) is set to, for example, 0.5. The correction ratio coefficient “X” may ideally be 1.0. However, in this case, in practice, the reference current value Iref may become excessive due to various error factors, which may lead to overshoot of the output voltage Vo. Then, the stability of the feedback control, the withstand voltage of the element, and the like may be adversely affected. The correction ratio coefficient “X” is a coefficient for preventing the occurrence of such an excessive reference current value Iref. Further, in the equation (1), the value of the input voltage Vi is used, but for example, when the boost ratio is not large, the equation (7) using the value of the output voltage Vo may be applied approximately. ..
Iref (t) = {(ω (t) × T (t)) / Vo (t)} × X + ΔIref (t)… (7)

ここで、図2には、第1の比較例として、電流フィードフォワード演算部8aが設けられない場合のリファレンス電流値Iref’、出力電流Io’および出力電圧Vo’が示される。この場合、リファレンス電流値Iref’は、式(1)からフィードフォワード成分を削除したような値となり、電流制御部9には、リファレンス電流補正値ΔIref(フィードバック成分)のみが入力される。 Here, FIG. 2 shows, as a first comparative example, a reference current value Iref', an output current Io', and an output voltage Vo'when the current feed forward calculation unit 8a is not provided. In this case, the reference current value Iref'is a value such that the feedforward component is deleted from the equation (1), and only the reference current correction value ΔIref (feedback component) is input to the current control unit 9.

第1の比較例では、まず、本来出力すべき出力電流(Io0)に対して実際の出力電流Io’が不足することで出力電圧Vo’の電圧ドロップが生じる。電圧制御部7は、この電圧ドロップに伴う電圧誤差に基づいて、PI制御等を用いて当該電圧ドロップを抑制するためのリファレンス電流値Iref’(リファレンス電流補正値ΔIref)を生成する。ここで、当該電圧制御部7の制御帯域を十分に高く設計できれば、リファレンス電流値Iref’を本来出力すべき出力電流(Io0)に対して高速に追従させることができる。しかし、実際には、フィードバック制御の発振防止等の観点で、制御帯域はある程度までしか高められない。 In the first comparative example, first, the actual output current Io'is insufficient with respect to the output current (Io0) that should be output, so that a voltage drop of the output voltage Vo'occurs. Based on the voltage error associated with this voltage drop, the voltage control unit 7 generates a reference current value Iref'(reference current correction value ΔIref) for suppressing the voltage drop by using PI control or the like. Here, if the control band of the voltage control unit 7 can be designed to be sufficiently high, the reference current value Iref'can be made to follow the output current (Io0) that should be originally output at high speed. However, in reality, the control band can only be increased to some extent from the viewpoint of preventing oscillation of feedback control.

その結果、リファレンス電流値Iref’(ひいては実際の出力電流Io’)と本来出力すべき出力電流(Io0)との間に乖離が生じ、出力電圧Vo’に、比較的大きな電圧ドロップが生じてしまう。一方、電流フィードフォワード演算部8aを設けると、式(1)のフィードフォワード成分によって本来出力すべき出力電流(Io0)の値自体を高速に算出でき、その結果を早期に電流制御部9に反映させることができる。言い換えれば、実際に電圧ドロップが生じた結果として出力電流Ioを増やすのではなく、実際に電圧ドロップが生じる前に出力電流Ioを増やすことができる。その結果、実質的な効果として、電圧制御部7の制御帯域が低い場合であっても、負荷変動に対して高速に応答することが可能になる。 As a result, a discrepancy occurs between the reference current value Iref'(and by extension, the actual output current Io') and the output current (Io0) that should be output, and a relatively large voltage drop occurs in the output voltage Vo'. .. On the other hand, if the current feed forward calculation unit 8a is provided, the value of the output current (Io0) that should be originally output can be calculated at high speed by the feed forward component of the equation (1), and the result is reflected in the current control unit 9 at an early stage. Can be made to. In other words, instead of increasing the output current Io as a result of the actual voltage drop, the output current Io can be increased before the actual voltage drop occurs. As a result, as a substantial effect, even when the control band of the voltage control unit 7 is low, it becomes possible to respond to load fluctuations at high speed.

また、第2の比較例として、特許文献1の方式を利用することが考えられる。特許文献1の方式は、実施の形態1の方式とは異なる目的で所定マップに基づき昇圧電源の指令値を生成する方式である。ここで、当該方式を利用して、例えば、“ω×T”の算出結果をリファレンス電圧値(電圧指令値)Vrefにフィードフォワードする方式が考えられる。しかし、この場合、応答速度の高速化が十分に図れない恐れがある。 Further, as a second comparative example, it is conceivable to use the method of Patent Document 1. The method of Patent Document 1 is a method of generating a command value of a step-up power source based on a predetermined map for a purpose different from that of the method of the first embodiment. Here, a method of feeding forward the calculation result of “ω × T” to the reference voltage value (voltage command value) Vref by using the method can be considered. However, in this case, the response speed may not be sufficiently increased.

具体的に説明すると、電圧指令値を変化させると、電圧制御部7のPI制御に伴う遅延を経て対応する電流指令値(ΔIref)が算出され、その後、電流制御部9のPI制御に伴う遅延を経て実際の電流制御が行われることになる。このため、第2の比較例の方式では、リファレンス電流値(電流指令値)Irefにフィードフォワードを行う実施の形態1の方式と比較して、応答速度が低下する。 Specifically, when the voltage command value is changed, the corresponding current command value (ΔIref) is calculated via the delay associated with the PI control of the voltage control unit 7, and then the delay associated with the PI control of the current control unit 9 is calculated. After that, the actual current control will be performed. Therefore, in the method of the second comparative example, the response speed is lower than that of the method of the first embodiment in which the feed forward is performed to the reference current value (current command value) Iref.

さらに、図1のように、電圧制御部7に伴う電圧フィードバックループをメジャーループ、電流制御部9に伴う電流フォードバックループをマイナーループとするようなカスケード制御ループでは、一般的に、メジャーループの制御帯域は、マイナーループの1/10程度に設計される。このため、メジャーループに対してフィードバックを行う第2の比較例の方式では、マイナーループに対してフィードバックを行う実施の形態1の方式と比較して、応答速度が大きく低下する。 Further, as shown in FIG. 1, in a cascade control loop in which the voltage feedback loop associated with the voltage control unit 7 is a major loop and the current Ford back loop associated with the current control unit 9 is a minor loop, the major loop is generally used. The control band is designed to be about 1/10 of the minor loop. Therefore, in the method of the second comparative example in which the feedback is given to the major loop, the response speed is significantly reduced as compared with the method of the first embodiment in which the feedback is given to the minor loop.

《実施の形態1の主要な効果》
以上、実施の形態1の電力変換装置を用いることで、代表的には、負荷変動に対して高速に応答することが可能になる。その結果、出力電圧Voの電圧ドロップを抑制できることから、出力コンデンサCoの容量値を小さくでき、装置の小型化や低コスト化が実現可能となる。すなわち、図2の出力電圧Vo’に示したような電圧ドロップを抑制するため、出力コンデンサCoの容量値を大きくする方式も考えられるが、その必要性がなくなる。
<< Main effect of Embodiment 1 >>
As described above, by using the power conversion device of the first embodiment, it is possible to typically respond to load fluctuations at high speed. As a result, since the voltage drop of the output voltage Vo can be suppressed, the capacitance value of the output capacitor Co can be reduced, and the device can be downsized and the cost can be reduced. That is, in order to suppress the voltage drop as shown in the output voltage Vo'in FIG. 2, a method of increasing the capacitance value of the output capacitor Co can be considered, but the necessity is eliminated.

さらに、出力電圧Voの電圧ドロップを抑制できる結果、モータ102に高トルクを安定的に出力させることが可能になる。なお、式(1)では、状態量演算部6からのトルク値Tを用いたが、場合によっては、速度制御部10からのトルク指令値Trefを用いることも可能である。ただし、通常、速度制御部10の制御帯域は低く、所望のトルク指令値Trefは、ある程度の遅延を経て算出されるため、応答速度の観点では、状態量演算部6からのトルク値Tを用いる方が望ましい。 Further, as a result of suppressing the voltage drop of the output voltage Vo, it becomes possible to stably output a high torque to the motor 102. In the equation (1), the torque value T from the state quantity calculation unit 6 is used, but in some cases, the torque command value Tref from the speed control unit 10 can also be used. However, normally, the control band of the speed control unit 10 is low, and the desired torque command value Tref is calculated after a certain delay. Therefore, from the viewpoint of the response speed, the torque value T from the state quantity calculation unit 6 is used. Is preferable.

(実施の形態2)
《電力変換装置の概略(応用例)》
図3は、本発明の実施の形態2による電力変換装置の構成例を示す概略図である。図3に示す電力変換装置1bは、図1の構成例と比較して、パワーユニット制御部4bおよびアンプ制御部5bの構成が若干異なっている。アンプ制御部5bは、図1に示したアンプ制御部5aと比較して、更に、演算部21を有する。演算部21は、状態量演算部6からの角速度ωとトルク値Tの積算値を算出する。そして、アンプ制御部5bは、当該積算値“ω×T”を、アンプ制御部5bとパワーユニット制御部4bとの間に設けられる所定の通信経路22を介してパワーユニット制御部4bへ送信する。通信経路22は、例えば、シリアル回線等である。
(Embodiment 2)
<< Outline of power converter (application example) >>
FIG. 3 is a schematic view showing a configuration example of the power conversion device according to the second embodiment of the present invention. The power conversion device 1b shown in FIG. 3 has slightly different configurations of the power unit control unit 4b and the amplifier control unit 5b as compared with the configuration example of FIG. The amplifier control unit 5b further has a calculation unit 21 as compared with the amplifier control unit 5a shown in FIG. The calculation unit 21 calculates the integrated value of the angular velocity ω and the torque value T from the state quantity calculation unit 6. Then, the amplifier control unit 5b transmits the integrated value “ω × T” to the power unit control unit 4b via a predetermined communication path 22 provided between the amplifier control unit 5b and the power unit control unit 4b. The communication path 22 is, for example, a serial line or the like.

一方、パワーユニット制御部4bは、図1の構成例と比較して、電流フィードフォワード演算部8bへの入力情報が異なっている。電流フィードフォワード演算部(電流指令値演算部)8bは、図1の場合のように、角速度ωとトルク値Tの積算値を算出する必要はなく、演算部21で既に算出された積算値“ω×T”を用いて式(1)の演算を行う。なお、演算部21は、更に、当該積算値“ω×T”をアンプ回路3の電源電圧Va(=出力電圧Vo)の値で除算した値を算出し、アンプ制御部5bは、当該算出値をパワーユニット制御部4bへ送信してもよい。この場合、電流フィードフォワード演算部8bは、例えば、式(7)の演算を行えばよい。 On the other hand, the power unit control unit 4b has different input information to the current feed forward calculation unit 8b as compared with the configuration example of FIG. The current feed forward calculation unit (current command value calculation unit) 8b does not need to calculate the integrated value of the angular velocity ω and the torque value T as in the case of FIG. 1, and the integrated value already calculated by the calculation unit 21 “ The operation of the equation (1) is performed using "ω × T". The calculation unit 21 further calculates a value obtained by dividing the integrated value “ω × T” by the value of the power supply voltage Va (= output voltage Vo) of the amplifier circuit 3, and the amplifier control unit 5b calculates the calculated value. May be transmitted to the power unit control unit 4b. In this case, the current feed forward calculation unit 8b may perform the calculation of the equation (7), for example.

例えば、アンプ制御部5bは、パワーユニット制御部4bよりも高速なマイコン等で構成される場合が多い。この場合、アンプ制御部5bが積算値“ω×T”(または“(ω×T)/Va”を算出することで、電流フィードフォワード演算部8bの処理負荷を軽減することができる。その結果として、式(1)(または式(7))の演算処理速度を速めることができ、ひいては、応答速度の高速化が図れる。さらに、図1の場合と比較して、通信経路22上の情報量が削減できることから、通信速度の向上や、通信負荷の軽減や、通信回路周りの小面積化、低コスト化等が図れる。 For example, the amplifier control unit 5b is often composed of a microcomputer or the like having a higher speed than the power unit control unit 4b. In this case, the amplifier control unit 5b can reduce the processing load of the current feed forward calculation unit 8b by calculating the integrated value “ω × T” (or “(ω × T) / Va”). As a result, the arithmetic processing speed of the equation (1) (or the equation (7)) can be increased, and the response speed can be increased. Further, the information on the communication path 22 can be increased as compared with the case of FIG. Since the amount can be reduced, it is possible to improve the communication speed, reduce the communication load, reduce the area around the communication circuit, and reduce the cost.

《実施の形態2の主要な効果》
以上、実施の形態2の電力変換装置を用いることで、実施の形態1で述べた各種効果と同様の効果が得られる。さらに、実施の形態1の場合と比較して、電流フィードフォワード演算部8bの演算処理速度を速めることができる。なお、この例では、アンプ制御部5bとパワーユニット制御部4bとの間に直接的な通信経路を設けたが、場合によっては、間接的な通信経路を設けることも可能である。例えば、アンプ制御部5bは、工場等の管理サーバに向けて積算値を送信し、パワーユニット制御部4bは、管理サーバから積算値を取得するようなことも可能である。この際に、管理サーバは、受信した積算値に基づき、異常の有無等を判定してもよい。
<< Main effect of Embodiment 2 >>
As described above, by using the power conversion device of the second embodiment, the same effects as the various effects described in the first embodiment can be obtained. Further, the calculation processing speed of the current feed forward calculation unit 8b can be increased as compared with the case of the first embodiment. In this example, a direct communication path is provided between the amplifier control unit 5b and the power unit control unit 4b, but in some cases, an indirect communication path may be provided. For example, the amplifier control unit 5b may transmit the integrated value to a management server such as a factory, and the power unit control unit 4b may acquire the integrated value from the management server. At this time, the management server may determine the presence or absence of an abnormality or the like based on the received integrated value.

(実施の形態3)
《電力変換装置の概略(変形例)》
図4は、本発明の実施の形態3による電力変換装置の構成例を示す概略図である。図4に示す電力変換装置1cは、図3の構成例と比較して、パワーユニット回路2bおよびパワーユニット制御部4cの構成が異なっている。パワーユニット回路2bでは、図3(および図1)の構成例と異なり、スイッチング素子Q0b、ダイオードDおよびリアクトルLは、降圧コンバータを構成する。パワーユニット制御部4cは、図3とは異なる電流フィードフォワード演算部(電流指令値演算部)8cを有する。電流フィードフォワード演算部8cには、入力電圧Viではなく出力電圧Voの値が入力される。
(Embodiment 3)
<< Outline of power conversion device (modification example) >>
FIG. 4 is a schematic diagram showing a configuration example of the power conversion device according to the third embodiment of the present invention. The power conversion device 1c shown in FIG. 4 has a different configuration of the power unit circuit 2b and the power unit control unit 4c as compared with the configuration example of FIG. In the power unit circuit 2b, unlike the configuration example of FIG. 3 (and FIG. 1), the switching element Q0b, the diode D, and the reactor L form a step-down converter. The power unit control unit 4c has a current feed forward calculation unit (current command value calculation unit) 8c different from that in FIG. The value of the output voltage Vo is input to the current feed forward calculation unit 8c instead of the input voltage Vi.

ここで、図3(および図1)のような昇圧コンバータの場合、出力電流Ioとリアクトル電流(IL)は一致しない。この場合、式(4)からリアクトル電流値IL(式(6))を得るためには、式(5)の関係が必要となる。一方、図4のような降圧コンバータの場合、出力電流Ioとリアクトル電流(IL)は一致する。このため、式(8)のように、式(4)をそのまま用いてリアクトル電流値ILを得ることができる。これに伴い、電流フィードフォワード演算部8cは、入力電圧Viの値をパラメータとする式(1)ではなく、出力電圧Voの値をパラメータとする式(7)を用いてリファレンス電流値(電流指令値)Irefを算出する。
IL(t)=(ω(t)×T(t))/Vo(t) …(8)
Here, in the case of a boost converter as shown in FIG. 3 (and FIG. 1), the output current Io and the reactor current (IL) do not match. In this case, in order to obtain the reactor current value IL (formula (6)) from the equation (4), the relationship of the equation (5) is required. On the other hand, in the case of the step-down converter as shown in FIG. 4, the output current Io and the reactor current (IL) match. Therefore, as in the equation (8), the reactor current value IL can be obtained by using the equation (4) as it is. Along with this, the current feed forward calculation unit 8c uses the reference current value (current command) using the equation (7) using the value of the output voltage Vo as the parameter instead of the equation (1) having the value of the input voltage Vi as the parameter. Value) Calculate Iref.
IL (t) = (ω (t) × T (t)) / Vo (t)… (8)

《実施の形態3の主要な効果》
以上、実施の形態3の電力変換装置を用いることで、降圧コンバータを用いる場合であっても、実施の形態1および2で述べた各種効果と同様の効果が得られる。
<< Main effect of Embodiment 3 >>
As described above, by using the power conversion device of the third embodiment, the same effects as the various effects described in the first and second embodiments can be obtained even when the buck converter is used.

(実施の形態4)
《電力変換装置の概略(応用例)》
図5は、本発明の実施の形態4による電力変換装置の構成例を示す概略図である。図5に示す電力変換装置1dは、図1または図3に示したようなアンプ回路およびアンプ制御部のそれぞれをN(Nは2以上の整数)個有する。この例では、“N=2”であり、電力変換装置1dは、マスタのアンプ回路3mおよびマスタのアンプ制御部5mと、スレーブのアンプ回路3sおよびスレーブのアンプ制御部5sとを有する。パワーユニット回路2およびパワーユニット制御部4は、N個(この例では2個)のアンプ回路3m,3sに対して共通に設けられる。
(Embodiment 4)
<< Outline of power converter (application example) >>
FIG. 5 is a schematic view showing a configuration example of the power conversion device according to the fourth embodiment of the present invention. The power conversion device 1d shown in FIG. 5 has N (N is an integer of 2 or more) of each of the amplifier circuit and the amplifier control unit as shown in FIG. 1 or FIG. In this example, “N = 2”, and the power conversion device 1d has a master amplifier circuit 3m, a master amplifier control unit 5m, and a slave amplifier circuit 3s and a slave amplifier control unit 5s. The power unit circuit 2 and the power unit control unit 4 are provided in common for N amplifier circuits 3m and 3s (two in this example).

モータ103は、この例では、マスタ軸およびスレーブ軸を有する多軸モータである。電力変換装置1dは、マスタ軸の回転とスレーブ軸の回転とを同期制御する。すなわち、マスタのアンプ回路3mおよびアンプ制御部5mは、マスタ軸の回転を制御し、スレーブのアンプ回路3sおよびアンプ制御部5sは、マスタ軸の回転と同期するようにスレーブ軸の回転を制御する。マスタのアンプ制御部5mは、例えば、図3のような構成例を備え、速度制御部10で算出したトルク指令値Trefと、状態量演算部6で算出した角速度ωとを、位置情報PSと共にスレーブのアンプ制御部5sへ送信する。スレーブのアンプ制御部5sは、例えば、図3の構成例から速度制御部10および演算部21を削除したような構成を備え、マスタのアンプ制御部5mから送信された各種情報を用いて制御動作を行う。 The motor 103 is, in this example, a multi-axis motor having a master axis and a slave axis. The power conversion device 1d synchronously controls the rotation of the master shaft and the rotation of the slave shaft. That is, the master amplifier circuit 3m and the amplifier control unit 5m control the rotation of the master shaft, and the slave amplifier circuit 3s and the amplifier control unit 5s control the rotation of the slave shaft so as to be synchronized with the rotation of the master shaft. .. The amplifier control unit 5m of the master is provided with, for example, a configuration example as shown in FIG. 3, and the torque command value Tref calculated by the speed control unit 10 and the angular velocity ω calculated by the state quantity calculation unit 6 are combined with the position information PS. It is transmitted to the amplifier control unit 5s of the slave. The slave amplifier control unit 5s has, for example, a configuration in which the speed control unit 10 and the calculation unit 21 are deleted from the configuration example of FIG. 3, and the control operation is performed using various information transmitted from the master amplifier control unit 5m. I do.

ここで、N個のアンプ制御部5m,5sのいずれか一つ(ここでは、マスタのアンプ制御部5m)は、演算部21によって得られた積算値“ω×T”に“N”を乗算した値を通信経路22を介してパワーユニット制御部4へ送信する。パワーユニット制御部4内の電流フィードフォワード演算部は、例えば、式(1)の“ω×T”を“ω×T×N”に置き換えて演算を行う。 Here, any one of the N amplifier control units 5m and 5s (here, the master amplifier control unit 5m) multiplies the integrated value “ω × T” obtained by the calculation unit 21 by “N”. The value is transmitted to the power unit control unit 4 via the communication path 22. The current feed forward calculation unit in the power unit control unit 4 performs the calculation by replacing “ω × T” in the equation (1) with “ω × T × N”, for example.

このように、マスタ軸とスレーブ軸を同期制御するような場合、2個のアンプ制御部5m,5sのそれぞれが“ω×T”の情報をパワーユニット制御部4へ送信するよりも、マスタのアンプ制御部5mが、纏めた情報“ω×T×N”をパワーユニット制御部4へ送信する方が効率的となる。具体的には、電流フィードフォワード演算部における演算処理速度の向上や、パワーユニット制御部4とアンプ制御部との間の通信速度の向上や、通信負荷の軽減や、通信回路周りの小面積化、低コスト化等が図れる。 In this way, when the master axis and the slave axis are controlled synchronously, the master amplifier rather than each of the two amplifier control units 5m and 5s transmitting "ω × T" information to the power unit control unit 4. It is more efficient for the control unit 5m to transmit the summarized information "ω × T × N" to the power unit control unit 4. Specifically, the calculation processing speed in the current feed forward calculation unit is improved, the communication speed between the power unit control unit 4 and the amplifier control unit is improved, the communication load is reduced, and the area around the communication circuit is reduced. Cost reduction can be achieved.

《実施の形態4の主要な効果》
以上、実施の形態4の電力変換装置を用いることで、多軸モータを制御対象とする場合であっても、実施の形態1および2で述べた各種効果と同様の効果が得られる。
<< Main effect of Embodiment 4 >>
As described above, by using the power conversion device of the fourth embodiment, the same effects as those described in the first and second embodiments can be obtained even when the multi-axis motor is the control target.

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、前述した実施の形態は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 Although the invention made by the present inventor has been specifically described above based on the embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment and can be variously modified without departing from the gist thereof. For example, the above-described embodiments have been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the described configurations. Further, it is possible to replace a part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. .. Further, it is possible to add / delete / replace a part of the configuration of each embodiment with another configuration.

例えば、半導体素子を構成するスイッチング素子およびダイオードは、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)等の素子で構成されても構わない。また、パワーユニット回路は、昇圧コンバータや降圧コンバータに限らず、例えば、昇降圧コンバータや絶縁型DCDCコンバータ等であってもよい。すなわち、少なくとも電流制御部によって制御されるパワーユニット回路であればよい。 For example, the switching element and the diode constituting the semiconductor element may be composed of an element such as a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). Further, the power unit circuit is not limited to the boost converter and the step-down converter, and may be, for example, a buck-boost converter, an isolated DCDC converter, or the like. That is, it may be at least a power unit circuit controlled by the current control unit.

さらに、ここでは、パワーユニット回路のスイッチング素子をPWM信号によって制御する構成を例としたが、PFM(Pulse Frequency Modulation)信号によって制御する構成や、PWM信号とPFM信号を適宜切り替えて制御する構成であっても同様に適用可能である。また、電力変換装置は、単独で構成されたものであってもよいし、その他の構成要素とともに、制御IC等の各種装置に組み込まれてもよい。 Further, here, the configuration in which the switching element of the power unit circuit is controlled by the PWM signal is taken as an example, but the configuration is controlled by the PFM (Pulse Frequency Modulation) signal, or the PWM signal and the PFM signal are appropriately switched and controlled. Is also applicable. Further, the power conversion device may be configured independently, or may be incorporated into various devices such as a control IC together with other components.

1a~1d 電力変換装置
2,2a,2b パワーユニット回路
3,3m,3s アンプ回路
4,4a~4c パワーユニット制御部
5a,5b,5m,5s アンプ制御部
7 電圧制御部
8a,8b 電流フィードフォワード演算部(電流指令値演算部)
9 電流制御部
22 通信経路
102,103 モータ
IL リアクトル電流値
Iref リファレンス電流値(電流指令値)
L リアクトル
Q0a,Q0b,Q1~Q6 スイッチング素子
Va 電源電圧
Vi 入力電圧
Vo 出力電圧
Vref リファレンス電圧値
ΔIref リファレンス電流補正値
1a to 1d Power converter 2,2a, 2b Power unit circuit 3,3m, 3s Amplifier circuit 4,4a to 4c Power unit control unit 5a, 5b, 5m, 5s Amplifier control unit 7 Voltage control unit 8a, 8b Current feed forward calculation unit (Current command value calculation unit)
9 Current control unit 22 Communication path 102,103 Motor IL Reactor current value Iref reference current value (current command value)
L Reactor Q0a, Q0b, Q1 to Q6 Switching element Va Power supply voltage Vi Input voltage Vo Output voltage Vref Reference voltage value ΔIref Reference current correction value

Claims (6)

複数の第1のスイッチング素子を含み、モータに電力を供給するアンプ回路と、
前記複数の第1のスイッチング素子をスイッチング制御するアンプ制御部と、
リアクトルおよび第2のスイッチング素子を含み、入力電圧を、前記アンプ回路の電源電圧となる出力電圧に変換するパワーユニット回路と、
前記第2のスイッチング素子をスイッチング制御するパワーユニット制御部と、
を有する電力変換装置であって、
前記パワーユニット制御部は、前記モータの角速度およびトルク値と、前記パワーユニット回路の前記入力電圧または前記出力電圧の値とをパラメータに含む演算式によって前記パワーユニット回路に対する電流指令値を算出する電流指令値演算部を有し、
前記電力変換装置は、
前記アンプ制御部が搭載される第1の部品と、
前記パワーユニット制御部が搭載される第2の部品と、
前記第1の部品と前記第2の部品との間に設けられる通信経路と、
を有し、
前記アンプ制御部は、前記モータの角速度とトルク値の積算値を算出し、前記積算値を前記アンプ回路の電源電圧の値で除算した値を、前記通信経路を介して前記パワーユニット制御部へ送信する、
電力変換装置。
An amplifier circuit that includes a plurality of first switching elements to supply power to the motor,
An amplifier control unit that switches and controls the plurality of first switching elements,
A power unit circuit that includes a reactor and a second switching element and converts an input voltage into an output voltage that is the power supply voltage of the amplifier circuit.
A power unit control unit that switches and controls the second switching element,
It is a power conversion device that has
The power unit control unit calculates a current command value for the power unit circuit by an arithmetic expression including the angular speed and torque value of the motor and the input voltage or output voltage value of the power unit circuit as parameters. Has a part,
The power converter is
The first component on which the amplifier control unit is mounted and
The second component on which the power unit control unit is mounted and
A communication path provided between the first component and the second component,
Have,
The amplifier control unit calculates an integrated value of the angular velocity and the torque value of the motor , divides the integrated value by the value of the power supply voltage of the amplifier circuit, and transmits the value obtained by dividing the integrated value to the power unit control unit via the communication path. do,
Power converter.
複数の第1のスイッチング素子を含み、モータに電力を供給するアンプ回路と、
前記複数の第1のスイッチング素子をスイッチング制御するアンプ制御部と、
リアクトルおよび第2のスイッチング素子を含み、入力電圧を、前記アンプ回路の電源電圧となる出力電圧に変換するパワーユニット回路と、
前記第2のスイッチング素子をスイッチング制御するパワーユニット制御部と、
を有する電力変換装置であって、
前記パワーユニット制御部は、前記モータの角速度およびトルク値と、前記パワーユニット回路の前記入力電圧または前記出力電圧の値とをパラメータに含む演算式によって前記パワーユニット回路に対する電流指令値を算出する電流指令値演算部を有し、
前記電力変換装置は、
前記アンプ制御部が搭載される第1の部品と、
前記パワーユニット制御部が搭載される第2の部品と、
前記第1の部品と前記第2の部品との間に設けられる通信経路と、
を有し、
前記アンプ回路および前記アンプ制御部のそれぞれをN(Nは2以上の整数)個有し、
前記パワーユニット回路は、前記N個のアンプ回路に対して共通に設けられ、
前記N個のアンプ制御部のいずれか一つは、前記モータの角速度とトルク値の積算値を算出し、前記積算値にNを乗算した値を前記通信経路を介して前記パワーユニット制御部へ送信する、
電力変換装置。
An amplifier circuit that includes a plurality of first switching elements to supply power to the motor,
An amplifier control unit that switches and controls the plurality of first switching elements,
A power unit circuit that includes a reactor and a second switching element and converts an input voltage into an output voltage that is the power supply voltage of the amplifier circuit.
A power unit control unit that switches and controls the second switching element,
It is a power conversion device that has
The power unit control unit calculates a current command value for the power unit circuit by an arithmetic expression including the angular speed and torque value of the motor and the input voltage or output voltage value of the power unit circuit as parameters. Has a part,
The power converter is
The first component on which the amplifier control unit is mounted and
The second component on which the power unit control unit is mounted and
A communication path provided between the first component and the second component,
Have,
Each of the amplifier circuit and the amplifier control unit has N (N is an integer of 2 or more).
The power unit circuit is provided in common for the N amplifier circuits.
Any one of the N amplifier control units calculates the integrated value of the angular velocity and the torque value of the motor, and transmits the value obtained by multiplying the integrated value by N to the power unit control unit via the communication path. do,
Power converter.
請求項1記載の電力変換装置において、
前記パワーユニット制御部は、
予め定めたリファレンス電圧値と前記パワーユニット回路の前記出力電圧の値との電圧誤差に基づき、前記電圧誤差をゼロに近づけるリファレンス電流補正値を算出する電圧制御部と、
前記電流指令値演算部からの前記電流指令値と前記リアクトルの電流値との電流誤差に基づき、前記電流誤差をゼロに近づける制御値を算出し、前記制御値に基づいて前記第2のスイッチング素子をスイッチング制御する電流制御部と、
を有し、
前記電流指令値演算部の前記演算式は、さらに、前記リファレンス電流補正値をパラメータに含む、
電力変換装置。
In the power conversion device according to claim 1,
The power unit control unit
A voltage control unit that calculates a reference current correction value that brings the voltage error closer to zero based on a voltage error between a predetermined reference voltage value and the output voltage value of the power unit circuit.
Based on the current error between the current command value from the current command value calculation unit and the current value of the reactor, a control value that brings the current error close to zero is calculated, and the second switching element is based on the control value. And the current control unit that switches and controls
Have,
The calculation formula of the current command value calculation unit further includes the reference current correction value as a parameter.
Power converter.
請求項記載の電力変換装置において、
前記電流指令値演算部は、前記電流指令値を“Iref”、前記モータの角速度およびトルク値をそれぞれ“ω”および“T”、前記パワーユニット回路の前記入力電圧または前記出力電圧の値を“V”、前記リファレンス電流補正値を“ΔIref”、予め定めた係数を“X”(0≦X≦1)として、“Iref={(ω×T)/V}×X+ΔIref”を算出する、
電力変換装置。
In the power conversion device according to claim 3 ,
The current command value calculation unit sets the current command value to "Iref", the angular velocity and torque value of the motor to "ω" and "T", respectively, and the value of the input voltage or the output voltage of the power unit circuit to "V". ”, The reference current correction value is“ ΔIref ”, and the predetermined coefficient is“ X ”(0 ≦ X ≦ 1), and“ Iref = {(ω × T) / V} × X + ΔIref ”is calculated.
Power converter.
請求項記載の電力変換装置において、
前記パワーユニット回路は、昇圧コンバータであり、
前記電流指令値演算部の前記演算式は、前記パワーユニット回路の前記入力電圧の値をパラメータに含む、
電力変換装置。
In the power conversion device according to claim 2 ,
The power unit circuit is a boost converter.
The calculation formula of the current command value calculation unit includes the value of the input voltage of the power unit circuit as a parameter.
Power converter.
請求項記載の電力変換装置において、
前記パワーユニット回路は、降圧コンバータであり、
前記電流指令値演算部の前記演算式は、前記パワーユニット回路の前記出力電圧の値をパラメータに含む、
電力変換装置。
In the power conversion device according to claim 2 ,
The power unit circuit is a step-down converter and is
The calculation formula of the current command value calculation unit includes the value of the output voltage of the power unit circuit as a parameter.
Power converter.
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