JP7170601B2 - Motor simulator and its program - Google Patents
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Description
本発明は、機械装置に具備されるモータを制御するモータ制御装置における制御系の検証に用いるモータシミュレータ及びそのプログラムに関する。 The present invention relates to a motor simulator and its program used for verifying a control system in a motor control device that controls a motor provided in a mechanical device.
近年、製品開発に要する期間の削減、又は製品開発のコスト削減を目的として、モータシミュレータが利用されている。モータシミュレータは、実際の機械装置を使用することなく、モータ制御装置の特性を試験するために用いられる。つまり、モータシミュレータを使用することにより、モータ制御装置を用いて実際の機械装置を制御したときの特性の確認、及び実際の機械装置を制御したときに起こり得る問題の抽出が可能となる。 2. Description of the Related Art In recent years, motor simulators have been used for the purpose of reducing the time required for product development or reducing the cost of product development. Motor simulators are used to test the characteristics of motor controllers without using actual mechanical devices. In other words, by using the motor simulator, it is possible to check the characteristics when the motor control device is used to control the actual mechanical device, and to extract problems that may occur when the actual mechanical device is controlled.
一般的に、モータ制御装置の制御系には、電源電圧の変動特性の影響を補正する処理部が含まれている。この処理部の動作をモータシミュレータで検証する場合、モータシミュレータには電源電圧の変動特性を含む電源環境を模擬する仕組みが必要である。 In general, the control system of the motor control device includes a processing section that corrects the influence of fluctuation characteristics of the power supply voltage. When verifying the operation of this processing unit with a motor simulator, the motor simulator needs a mechanism that simulates the power supply environment including the variation characteristics of the power supply voltage.
下記非特許文献1には、各種の電源回路が開示されると共に、それらの電源回路の動作及び動作時の波形が詳細に記載されている。
Non-Patent
非特許文献1に開示されているように、電源回路は多種多様であり、電源回路ごとに電源環境も多種多様となる。ここで、モータ制御装置における機械装置に組み込まれたモータの制御は、モータからの電圧情報に基づいて制御される。しかしながら、モータからの電圧情報は、モータを駆動するための電源環境によって変動することがある。従って、モータ制御装置における制御系の検証に用いるモータシミュレータにおいては、電源環境を模擬するために、電源環境に合わせた様々なパラメータを入力して演算させ、電源環境ごとに合わせた電源環境モデルが必要となる。このため、電源回路が異なれば、それに対応した電源環境を模擬する電源環境モデルの変更に大幅な時間が必要とされる。従って、モータシミュレータを使用するために大幅な時間がかかり、モータ制御装置の制御系に含まれる電源電圧の変動特性の影響を補正する処理部の検証を簡易に行うことができないという課題があった。
As disclosed in Non-Patent
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、モータ制御装置の制御系に含まれる電源電圧の変動特性の影響を補正する処理部の検証を簡易に行うことができるモータシミュレータを得ることを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a motor simulator capable of easily verifying a processing unit that corrects the influence of fluctuation characteristics of a power supply voltage included in a control system of a motor control device. With the goal.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、交流電源から出力される交流電圧を整流して得られる直流電圧が印加されるインバータによって駆動されるモータを制御するモータ制御装置における制御系の検証に用いるモータシミュレータである。モータシミュレータは、直流電圧に基づいて母線電圧を出力する模擬電源装置部、及びモータ制御装置から出力されるスイッチング信号と母線電圧とに基づいて電圧信号を生成する模擬インバータ部を備える。また、モータシミュレータは、電圧信号に基づいてモータ制御装置に出力するモータ位相角信号及び電流信号を生成する模擬モータ部を備える。模擬電源装置部は、電源環境ごとに異なる電圧変動成分の情報を含む電圧変動情報を記憶する記憶部、及び記憶部から読み出される電圧変動情報に基づいて電圧変動成分を直流電圧に付加し、電圧変動成分が付加された電圧信号を母線電圧として出力する母線電圧演算部を備える。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention provides a motor control apparatus for controlling a motor driven by an inverter to which a DC voltage obtained by rectifying an AC voltage output from an AC power supply is applied. This is a motor simulator used for verification of the control system in The motor simulator includes a simulated power supply unit that outputs a bus voltage based on a DC voltage, and a simulated inverter unit that generates a voltage signal based on a switching signal output from the motor control unit and the bus voltage. The motor simulator also includes a simulated motor section that generates a motor phase angle signal and a current signal to be output to the motor control device based on the voltage signal. The simulated power supply unit stores voltage fluctuation information including information on voltage fluctuation components that differ for each power supply environment, and adds the voltage fluctuation component to the DC voltage based on the voltage fluctuation information read out from the storage unit to generate a voltage. A bus voltage calculation unit is provided for outputting a voltage signal to which a fluctuation component is added as a bus voltage.
本発明に係るモータシミュレータによれば、電源環境ごとに異なる電圧変動成分の情報である電圧変動情報を記憶する記憶部、記憶部から読み出される電圧変動情報に基づいて電圧変動成分を前記直流電圧に付加し、電圧変動成分が付加された電圧信号を母線電圧として出力する母線電圧演算部を備えている。従って、本発明に係るモータシミュレータを用いることで、モータ制御装置の制御系に含まれる電源電圧の変動特性の影響を補正する処理部の検証を簡易に行うことができるという効果を奏する。 According to the motor simulator of the present invention, the storage unit stores the voltage variation information, which is information on the voltage variation component that differs depending on the power supply environment, and the voltage variation component is converted to the DC voltage based on the voltage variation information read from the storage unit. and a bus voltage calculator that outputs a voltage signal to which a voltage fluctuation component is added as a bus voltage. Therefore, by using the motor simulator according to the present invention, it is possible to easily verify the processing unit that corrects the influence of the fluctuation characteristic of the power supply voltage included in the control system of the motor control device.
以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態に係るモータシミュレータ及びそのプログラムについて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により、本発明が限定されるものではない。 A motor simulator and its program according to embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. In addition, the present invention is not limited by the following embodiments.
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係るモータシミュレータ1の構成例を示すブロック図である。実施の形態1に係るモータシミュレータ1は、模擬インバータ部2と、模擬モータ部10と、模擬電源装置部20とを備える。図1に示されるように、モータシミュレータ1には、モータ制御装置3から出力されるスイッチング信号が入力される。モータ制御装置3は、機械装置に具備されるモータを制御する制御装置である。モータの一例は、永久磁石モータであるが、どのようなモータが用いられてもよい。モータシミュレータ1は、モータ制御装置3における制御系の検証に用いるシミュレーション装置である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a
モータ制御装置3が機械装置に具備されるモータを制御する際、モータに接続される不図示のインバータには、不図示の交流電源から出力される交流電圧を整流して得られる直流電圧が印加される。インバータに印加される直流電圧は、スイッチング信号によって交流電圧に変換される。交流電圧は、モータに印加される。モータは、交流電圧によって駆動される。スイッチング信号は、インバータに具備される不図示の半導体素子の導通及び非導通を制御する制御信号である。
When the
スイッチング信号の一例は、パルス幅変調(Pulse Width Modulation:PWM)信号である。PWM信号は、正弦波状の相電圧制御値と三角波状の搬送波とを比較して得られる信号である。正弦波状の相電圧制御値に代えて、直流の相電圧制御値が用いられる場合もある。また、三角波状の搬送波に代えて、のこぎり波状の搬送波が用いられる場合もある。PWM信号の周波数は、PWM信号のパルス幅の変動周期により定められる。 One example of a switching signal is a Pulse Width Modulation (PWM) signal. The PWM signal is a signal obtained by comparing a sinusoidal phase voltage control value and a triangular carrier wave. A DC phase voltage control value may be used instead of the sinusoidal phase voltage control value. Also, instead of the triangular carrier wave, a sawtooth carrier wave may be used. The frequency of the PWM signal is determined by the fluctuation period of the pulse width of the PWM signal.
模擬インバータ部2は、インバータを模擬する構成部である。模擬インバータ部2には、モータ制御装置3によって生成されるスイッチング信号と、後述する模擬電源装置部20から出力される母線電圧とが入力される。模擬インバータ部2は、スイッチング信号及び母線電圧に基づいて三相電圧信号を生成する。三相電圧信号は、三相の交流電圧信号、即ち互いに120°の位相角差を有する交流電圧信号である。三相電圧信号は、模擬モータ部10に入力される。三相電圧信号は、電圧信号の一例であり、電圧信号は単相電圧信号を用いることも可能である。
The simulated
模擬モータ部10は、不図示のモータを模擬する構成部である。模擬モータ部10は、三相電圧信号に基づいてモータ位相角信号及び三相電流信号を生成する。モータ位相角信号は、モータの回転位相角であるモータ位相角の情報を含む信号である。三相電流信号については、後述する。模擬モータ部10が生成したモータ位相角信号及び三相電流信号は、モータ制御装置3に入力される。三相電流信号は、電流信号の一例である。電流信号は単相電流信号を用いることも可能である。
The simulated motor unit 10 is a component that simulates a motor (not shown). The simulated motor section 10 generates a motor phase angle signal and a three-phase current signal based on the three-phase voltage signal. The motor phase angle signal is a signal containing information on the motor phase angle, which is the rotational phase angle of the motor. Three-phase current signals will be described later. The motor phase angle signal and the three-phase current signal generated by the simulated motor unit 10 are input to the
模擬電源装置部20は、インバータへの印加電圧である母線電圧を模擬する構成部である。インバータの直流側と電源装置とを接続する電気配線は、一般的に直流母線と呼ばれる。このため、インバータの直流側に印加される電圧を「母線電圧」と呼ぶ。模擬電源装置部20が生成した母線電圧は、模擬インバータ部2と、モータ制御装置3とに入力される。
The simulated
次に、模擬モータ部10における模擬の内容、及び模擬モータ部10の動作について説明する。図2は、実施の形態1の模擬モータ部10における要部の構成例を示すブロック図である。
Next, the contents of the simulation in the simulated motor section 10 and the operation of the simulated motor section 10 will be described. FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of main parts in the simulated motor section 10 of
前述の通り、模擬モータ部10は、模擬インバータ部2から出力される三相電圧信号に基づいて、三相電流信号及びモータ位相角信号を生成する。三相電圧信号は、U相、V相及びW相による三相座標系の電圧値である三相電圧値Vu,Vv,Vwを含む信号である。三相電流信号は、U相、V相及びW相による三相座標系の電流値である三相電流値Iu,Iv,Iwを含む信号である。ここで、モータの磁極がつくる磁束の方向をd軸とし、このd軸よりもπ/2進んだ方向をq軸とする。このとき、モータの特性を規定するdq座標系の電圧方程式は、以下の(1)式で表すことができる。
As described above, the simulated motor section 10 generates the three-phase current signal and the motor phase angle signal based on the three-phase voltage signal output from the
上記(1)式は、モータが永久磁石モータである場合の電圧方程式である。上記(1)式において、Vdは電機子電圧のd軸成分値であり、Vqは電機子電圧のq軸成分値である。Idは電機子電流のd軸成分値であり、Iqは電機子電流のq軸成分値である。Rは電機子巻線の抵抗値である巻線抵抗である。Ldはd軸のインダクタンス成分値であり、Lqはq軸のインダクタンス成分値である。φは永久磁石による電機子鎖交磁束であり、ωは電気角速度であり、pは微分演算子である。模擬モータ部10から出力される三相電流信号に含まれる三相電流値Iu,Iv,Iwは、上記(1)式に基づいて演算される電機子電流のd軸成分値Id及びq軸成分値Iqを三相座標系の電流値に変換することで得ることができる。 The above equation (1) is a voltage equation when the motor is a permanent magnet motor. In the above equation (1), Vd is the d -axis component value of the armature voltage, and Vq is the q -axis component value of the armature voltage. Id is the d -axis component value of the armature current, and Iq is the q -axis component value of the armature current. R is the winding resistance, which is the resistance value of the armature winding. Ld is the d -axis inductance component value, and Lq is the q -axis inductance component value. φ is the armature flux linkage by the permanent magnets, ω is the electrical angular velocity, and p is the differential operator. The three-phase current values Iu , Iv , and Iw included in the three-phase current signal output from the simulated motor unit 10 are the d -axis component value Id of the armature current calculated based on the above equation (1). and the q-axis component value I q can be obtained by converting the current value in the three-phase coordinate system.
次に、模擬モータ部10で演算されるモータトルクについて説明する。まず、三相電流値Iu,Iv,Iwと、dq座標系におけるd軸成分値Id及びq軸成分値Iqとの間には、以下の(2)式に示す関係がある。 Next, the motor torque calculated by the simulated motor unit 10 will be described. First, between the three-phase current values Iu , Iv, and Iw and the d -axis component value Id and the q -axis component value Iq in the dq coordinate system, there is a relationship represented by the following equation (2). .
上記(2)式において、δnは、d軸成分値Id及びq軸成分値Iqを有するdq座標系の電流ベクトルのd軸を基準とする進み角である。模擬モータ部10から模擬電源装置部20に出力されるモータトルクは、以下の(3)式に基づいて演算することができる。
In the above equation (2), δn is the lead angle of the current vector in the dq coordinate system having the d-axis component value Id and the q -axis component value Iq with respect to the d-axis. The motor torque output from the simulated motor unit 10 to the simulated
上記(3)式において、Teはモータトルクであり、単位は[Nm]である。Pnは極対数である。φは永久磁石による電機子鎖交磁束であり、単位は[V/rad/s]である。 In the above equation (3), T e is the motor torque and its unit is [Nm]. P n is the number of pole pairs. φ is the armature interlinkage magnetic flux by the permanent magnet, and the unit is [V/rad/s].
図2には、モータトルクからモータ位相角を生成する制御系として、増幅器23aと、積分器23b,23cとが示されている。
FIG. 2 shows an
モータトルクTeから角速度ωを求めるには、以下の(4)式を用いることができる。 The following equation (4) can be used to obtain the angular velocity ω from the motor torque T e .
上記(4)式において、Jは慣性力であり、単位は[kgm2]である。tは時間であり、単位は[s]である。角速度ωの単位は[rad/s]である。 In the above formula (4), J is inertial force, and the unit is [kgm 2 ]. t is time, and the unit is [s]. The unit of the angular velocity ω is [rad/s].
また、角速度ωからモータ位相角θsを求めるには、以下の(5)式を用いることができる。 Also, the following equation (5) can be used to obtain the motor phase angle θ s from the angular velocity ω.
上記(5)式において、モータ位相角θsの単位は[rad]である。 In the above equation (5), the unit of the motor phase angle θs is [rad].
上記(4)式の演算を行う構成部が増幅器23a及び積分器23bである。増幅器23aにより慣性力Jの逆数のゲインを与え、その出力を積分器23bで積分することにより、角速度ωを求めることができる。また、上記(5)式の演算を行う構成部が積分器23cである。積分器23bの出力を更に積分器23cで積分することにより、モータ位相角を求めることができる。モータ位相角を含む信号は、モータ位相角信号として、モータ制御装置3に入力される。
The
次に、模擬電源装置部20の詳細構成及び動作について、図3から図6を参照して説明する。図3は、実施の形態1における模擬電源装置部20の構成例を示すブロック図である。模擬電源装置部20は、図3に示されるように、記憶部21と、母線電圧演算部22とを備えている。
Next, the detailed configuration and operation of the simulated
図4は、実施の形態1における模擬電源装置部20の動作説明に使用する第1の図である。図5は、実施の形態1の記憶部21に構築されるテーブルの説明に使用する図である。図6は、実施の形態1における模擬電源装置部20の動作説明に使用する第2の図である。
FIG. 4 is a first diagram used for explaining the operation of the simulated
記憶部21は、図4に示されるように、電源位相角θに対応した電圧変動成分のデータを格納するためのテーブル21aを有している。テーブル21aには、電源位相角θ(θ1,θ2,…,θn-1,θn)と、電源位相角θに対応する電圧変動成分(電圧1,電圧2,…,電圧n-1,電圧n)とが記憶されている。電源位相角θは、交流電源から出力される交流電圧の1周期を0°から360°の位相角で表したものである。また、以下の説明において、テーブル21aに記憶されている電圧変動成分、即ち電圧変動成分に関する複数のデータからなる集合体を「電圧変動情報」と呼ぶ。電圧変動情報には、電源環境ごとに異なる電圧変動成分の情報が含まれている。なお、本実施の形態1では、電源位相角θと電圧変動成分とを対応させて電圧変動情報としている。
As shown in FIG. 4, the
図5には、テーブル21aのテーブルサイズと電源位相角θの分解能との関係が示されている。テーブル21aのテーブルサイズをXとすると、電源位相角θの分解能は360/X[deg]となる。図4には、電源環境に応じて変化する母線電圧の変動成分の一例として、電源位相角θに応じて変化する電圧変動成分の波形が示されている。図4は、電源位相角θの1周期において、2つのピーク点を有する2f特性の例を示したものである。ここで言うfは交流電源から出力される交流電圧の周波数であり、2f特性は交流電圧の周波数fの2倍に関係する特性である。 FIG. 5 shows the relationship between the table size of the table 21a and the resolution of the power phase angle θ. Assuming that the table size of the table 21a is X, the resolution of the power phase angle θ is 360/X [deg]. FIG. 4 shows the waveform of the voltage fluctuation component that changes according to the power supply phase angle θ as an example of the fluctuation component of the bus voltage that changes according to the power supply environment. FIG. 4 shows an example of 2f characteristics having two peak points in one cycle of the power supply phase angle θ. Here, f is the frequency of the AC voltage output from the AC power supply, and the 2f characteristic is related to twice the frequency f of the AC voltage.
電源位相角θに対応する曲線K1の値は記憶部21に読み込まれて、テーブル21aに記憶される。なお、テーブル21aに記憶されるデータは、操作者が手動で入力してもよい。
The value of the curve K1 corresponding to the power phase angle θ is read into the
母線電圧演算部22は、図4に示されるように、読み出し部222と、演算器224とを備える。演算器224は、加算器224aと、乗算器224bと、選択器224cとを備える。読み出し部222は、入力される角度信号である交流電源位相を受信してテーブル21aの電源位相角θと対応付け、電源位相角θに対応する電圧変動成分をテーブル21aから読み出して演算器224に出力する。
The
読み出し部222から出力される電圧変動成分は、加算器224aと、乗算器224bとに入力される。また、加算器224a及び乗算器224bのそれぞれには、設定された直流電圧が入力される。加算器224aからは、直流電圧に電圧変動成分が加算された加算結果が出力される。乗算器224bからは、直流電圧に電圧変動成分が乗算された乗算結果が出力される。選択器224cは、加算器224aの出力及び乗算器224bの出力のうちの何れかを選択し、母線電圧として出力する。なお、選択器224cが加算器224aの出力及び乗算器224bの出力のうちの何れを選択するのかについて、操作者が任意に設定できるように構成されていてもよい。
The voltage fluctuation component output from the
上記のように、母線電圧演算部22は、記憶部21から読み出される電圧変動成分を直流電圧に付加し、電圧変動成分が付加された電圧信号を母線電圧として出力する。
As described above, the bus
図6には、母線電圧演算部22における処理の流れが視覚化されて示されている。図6(a)には、母線電圧演算部22に入力される直流電圧の例が示されている。本説明において、直流電圧は300Vの一定電圧であるとする。図6(b)には、記憶部21のテーブル21aに格納された電圧変動成分が、図4で示していた電圧変動成分の波形で示されている。本説明において、電圧変動成分は、±1Vの範囲で変動する成分であるとする。
FIG. 6 visualizes the flow of processing in the
図6(c)には、時間に対してリニアに変化する電源位相角θが示されている。テーブル21aに記憶された電圧変動成分は、電源位相角θに基づいて読み出し部222で読み出される。読み出し部222で読み出されたデータによる出力は、図6(d)に示されるような、交流電圧の1周期ごとに変動を繰り返す波形となる。
FIG. 6(c) shows the power supply phase angle θ that linearly changes with time. The voltage fluctuation component stored in the table 21a is read out by the
加算器224aからは、図6(a)の波形と、図6(d)の波形との加算結果が出力される。図6(e)に示されるように、加算器224aの出力は、300Vの直流電圧に±1Vの電圧変動成分が加算された波形となる。
The
また、乗算器224bからは、図6(a)の波形と、図6(d)の波形との乗算結果が出力される。図6(f)に示されるように、乗算器224bの出力は、300Vから-300Vの範囲で変動する交流電圧の波形となる。
Further, the
以上の構成とすることで、モータ制御装置の制御系に含まれる電源電圧の位相角変動特性の影響を補正する処理部の検証を簡易に行うことができる。 With the above configuration, it is possible to easily verify the processing unit that corrects the influence of the phase angle fluctuation characteristics of the power supply voltage included in the control system of the motor control device.
以上説明したように、実施の形態1によれば、模擬電源装置部は、記憶部から読み出される電圧変動成分を直流電圧に付加し、電圧変動成分が付加された電圧信号を母線電圧として出力する。つまり、模擬電源装置部の記憶部は、電源位相角と電圧変動成分とを対応させて電圧変動情報として記憶している。模擬電源装置部の母線電圧演算部は、母線電圧演算部に入力された電源位相角に対応する電圧変動情報に基づいて母線電圧を演算する。また、模擬電源装置部は、演算した母線電圧をモータ制御装置に印加する。これにより、モータ制御装置の制御系において、電源電圧の変動特性の影響を補正する処理部の検証を簡易に行うことができる。 As described above, according to the first embodiment, the simulated power supply unit adds the voltage fluctuation component read from the storage unit to the DC voltage, and outputs the voltage signal to which the voltage fluctuation component is added as the bus voltage. . In other words, the storage unit of the simulated power supply unit associates the power supply phase angle and the voltage fluctuation component and stores them as voltage fluctuation information. The bus voltage calculator of the simulated power supply unit calculates the bus voltage based on the voltage fluctuation information corresponding to the power supply phase angle input to the bus voltage calculator. Also, the simulated power supply unit applies the calculated bus voltage to the motor control device. As a result, in the control system of the motor control device, it is possible to easily verify the processing unit that corrects the influence of the variation characteristics of the power supply voltage.
また、実施の形態1によれば、模擬電源装置部の記憶部には、電源環境ごとに異なる電源電圧の変動特性に関する情報を記憶することができる。これにより、異なる電源環境の電源電圧の変動特性は、記憶させる情報を変更することにより、模擬することができる。これにより、電源環境ごとに合わせた複雑な電源環境モデルを作成する必要がない。従って、電源環境の変更に要する時間を含むシミュレーション時間を、従来よりも短縮することができる。 Further, according to the first embodiment, the storage unit of the simulated power supply unit can store information about the variation characteristics of the power supply voltage that differ for each power supply environment. As a result, the fluctuation characteristics of the power supply voltage in different power supply environments can be simulated by changing the information to be stored. This eliminates the need to create complex power environment models for each power environment. Therefore, the simulation time including the time required for changing the power supply environment can be shortened compared to the conventional case.
次に、実施の形態1における模擬電源装置部20の機能を実現するハードウェア構成について説明する。図1及び図3に示される模擬電源装置部20の機能の全部又は一部は、例えば、図7に示すハードウェア構成で実現され得る。図7は、図1及び図3に示される模擬電源装置部20の機能を実現するハードウェア構成の一例を示す図である。模擬電源装置部20は、演算を行うプロセッサ300、プロセッサ300によって読みとられるプログラム及びデータが記憶されるメモリ302、及び信号の入出力を行うインタフェース304を含む構成とすることができる。模擬電源装置部20の記憶部21におけるテーブル21aは、メモリ302に構築することができる。
Next, a hardware configuration that implements the functions of the simulated
図1及び図3に示される模擬電源装置部20が図7の構成で実現される場合には、模擬電源装置部20は、例えば、図7に示されるプロセッサ300がメモリ302に記憶されたプログラムを実行することにより実現される。なお、模擬電源装置部20の機能のうちの一部を回路又は制御器で実装し、他の部分をプロセッサ300及びメモリ302を用いて実現してもよい。
When the simulated
プロセッサ300は、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、CPU(Central Processing Unit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)、又はDSP(Digital Signal Processor)といった演算手段であってもよい。メモリ302としては、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ、EPROM(Erasable Programmable ROM)、EEPROM(登録商標)(Electrically EPROM)、BRAM(ブロックRAM)といった不揮発性又は揮発性の半導体メモリを例示することができる。 The processor 300 may be computing means such as an arithmetic unit, a microprocessor, a microcomputer, a CPU (Central Processing Unit), an FPGA (Field-Programmable Gate Array), or a DSP (Digital Signal Processor). The memory 302 may be nonvolatile or volatile such as RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), flash memory, EPROM (Erasable Programmable ROM), EEPROM (Registered Trademark) (Electrically EPROM), and BRAM (Block RAM). can be exemplified.
プロセッサ300は、インタフェース304を介して必要な情報を授受し、メモリ302に格納されたプログラムをプロセッサ300が実行することにより、上述した処理を行うことができる。プロセッサ300による演算結果は、メモリ302に記憶することができる。
The processor 300 can perform the above-described processing by exchanging necessary information via the
実施の形態2.
図8は、実施の形態2における模擬電源装置部20Aの構成例を示すブロック図である。実施の形態2における模擬電源装置部20Aでは、図3に示される実施の形態1における模擬電源装置部20の構成において、記憶部21が記憶部21Aに置き替えられ、母線電圧演算部22が母線電圧演算部22Aに置き替えられている。実施の形態1の模擬電源装置部20では、母線電圧演算部22に交流電源位相が入力されていたが、これに代えて、実施の形態2の模擬電源装置部20Aでは、母線電圧演算部22Aに出力開始タイミング信号が入力されている。なお、その他の構成は図3に示される実施の形態1の構成と同一又は同等であり、同一又は同等の内容には、同一の符号及び同一の名称を付して重複する説明は省略する。
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration example of the simulated power supply unit 20A according to the second embodiment. In the simulated power supply unit 20A according to the second embodiment, the
次に、実施の形態2における模擬電源装置部20Aの要部の動作について、図8に加え、図9から図12を参照して説明する。図9は、実施の形態2における模擬電源装置部20Aの動作説明に使用する第1の図である。図10は、実施の形態2の記憶部21Aに構築されるテーブルの説明に使用する図である。図11は、実施の形態2における模擬電源装置部20Aの動作説明に使用する第2の図である。図12は、実施の形態2における検証方法の幾つかの例を示す図である。 Next, the operation of the main part of the simulated power supply unit 20A in the second embodiment will be described with reference to FIGS. 9 to 12 in addition to FIG. FIG. 9 is a first diagram used for explaining the operation of the simulated power supply unit 20A according to the second embodiment. FIG. 10 is a diagram used for explaining the table constructed in the storage unit 21A of the second embodiment. FIG. 11 is a second diagram used for explaining the operation of the simulated power supply unit 20A according to the second embodiment. FIG. 12 is a diagram showing some examples of verification methods in the second embodiment.
記憶部21Aは、図9に示されるように、時間tに対応した電圧変動成分のデータを格納するためのテーブル21A1を有している。テーブル21A1には、時間t(t1,t2,…,tn-1,tn)と、時間tに対応する電圧変動成分(電圧1,電圧2,…,電圧n-1,電圧n)とが記憶されている。テーブル21A1に記憶されるデータは、電圧変動情報であり、電圧変動情報は、電源環境ごとに異なる電圧変動成分の情報である。本実施の形態2では、モータシミュレータの演算周期と電圧変動成分とを対応させて電圧変動情報としている。
The storage unit 21A has a table 21A1 for storing data of voltage fluctuation components corresponding to time t, as shown in FIG. Table 21A1 stores time t (t1, t2, . . . , tn-1, tn) and voltage fluctuation components (
図10には、テーブル21A1のテーブルサイズと時間tの分解能との関係が示されている。時間tの分解能は、時間間隔と言い替えることができる。テーブル21A1のテーブルサイズをXとすると、時間tの分解能である時間間隔は、nm+1で表すことができる。ここで、nは制御周期であり、mはマスク回数である。マスク回数mは、データのサンプリング時間を決めるパラメータである。マスク回数mは、操作者が、例えば0から15の任意の整数で設定することができる。例えば、モータ制御装置3の制御周期nが2[μsec]であり、マスク回数mを15とすると、時間間隔は、2[μsec]^(15+1)=65.536[msec]となる。テーブルサイズをXとすると、テーブル全体で、0[sec]からn^(m+1)×(X-1)[sec]までの電圧変動成分のデータを記憶させることができる。
FIG. 10 shows the relationship between the table size of the table 21A1 and the resolution of time t. The resolution of time t can be rephrased as a time interval. Assuming that the table size of the table 21A1 is X, the time interval, which is the resolution of time t, can be expressed as nm+1 . Here, n is the control period and m is the number of times of masking. The mask count m is a parameter that determines the data sampling time. The number m of times of masking can be set by an arbitrary integer from 0 to 15, for example, by the operator. For example, if the control cycle n of the
図9には、電源環境で発生する電圧変動を再現した波形の例が示されている。時間tに対応する曲線K2の値は記憶部21Aに読み込まれて、テーブル21A1に記憶される。なお、テーブル21A1に記憶されるデータは、操作者が手動で入力してもよい。 FIG. 9 shows an example of waveforms that reproduce voltage fluctuations that occur in the power supply environment. The value of curve K2 corresponding to time t is read into storage unit 21A and stored in table 21A1. The data stored in the table 21A1 may be manually input by the operator.
母線電圧演算部22Aにおいて、読み出し部222には、出力の開始を指示する出力開始タイミング信号が入力される。読み出し部222は、出力開始タイミング信号を開始点として、時間tによって変化する電圧変動成分をテーブル21A1から順次読み出して演算器224に出力する。以降の演算器224の動作は実施の形態1と同様であり、ここでの説明は省略する。
In the bus voltage calculator 22A, the output start timing signal instructing the start of output is input to the
図11には、母線電圧演算部22Aにおける処理の流れが視覚化されて示されている。図11(a)には、母線電圧演算部22Aに入力される直流電圧の例が示されている。本説明において、直流電圧は300Vの一定電圧であるとする。図11(b)には、記憶部21Aのテーブル21A1に格納された電圧変動成分が、図9で示していた電圧変動成分の波形で示されている。本説明において、電圧変動成分の電圧値は正側が+1V、負側が-1Vであるとする。 FIG. 11 visualizes the flow of processing in the bus voltage calculator 22A. FIG. 11(a) shows an example of the DC voltage input to the bus voltage calculator 22A. In this description, it is assumed that the DC voltage is a constant voltage of 300V. FIG. 11(b) shows the voltage fluctuation component stored in the table 21A1 of the storage unit 21A by the waveform of the voltage fluctuation component shown in FIG. In this description, it is assumed that the voltage value of the voltage fluctuation component is +1V on the positive side and -1V on the negative side.
図11(c)には、出力開始タイミング信号が示されている。テーブル21A1に記憶された電圧変動成分は、出力開始タイミング信号をトリガにして読み出し部222で読み出される。読み出し部222で読み出されたデータによる出力は、図11(d)に示されるように、出力開始タイミング信号を開始点とする電圧変動成分の波形となる。
FIG. 11(c) shows the output start timing signal. The voltage fluctuation components stored in the table 21A1 are read out by the
加算器224aからは、図11(a)の波形と、図11(d)の波形との加算結果が出力される。乗算器224bからは、図11(a)の波形と、図11(d)の波形との乗算結果が出力される。図11(e)に示されるように、加算器224aの出力は、300Vの直流電圧に図11(d)に示される電圧変動成分が付加された波形となる。また、図11(f)に示されるように、乗算器224bの出力は、図11(d)に示される電圧変動成分が電圧軸方向に拡大された波形となる。
The
図12には、実施の形態2における検証方法に関する3つの例が示されている。何れの検証方法も、出力開始タイミング信号をトリガにして、テーブル21A1に記憶された電圧変動成分を読み出して、モータ制御装置3を動作させるところまでは同じである。それぞれの差異について説明すると、図12(a)は、モータ制御装置3を動作させた後に、電圧変動成分の最終値、即ち最後に読み出された電圧変動成分を0クリアする検証方法である。図12(b)は、モータ制御装置3を動作させた後に、電圧変動成分の最終値、即ち最後に読み出された電圧変動成分を出力したままにする検証方法である。なお、本稿の波形例の場合、図12(a)及び図12(b)に示されるように、母線電圧の波形に相違点は生じないが、テーブル21A1の最後に記憶されている電圧変動成分が0ではない場合、母線電圧の波形は異なるものになる。
FIG. 12 shows three examples of the verification method according to the second embodiment. Both verification methods are the same up to the point where the output start timing signal is used as a trigger to read the voltage fluctuation component stored in the table 21A1 and the
図12(c)は、モータ制御装置3を動作させた後に、最初のデータに戻って、同じ一連の電圧変動成分を周期的に連続して出力する検証方法である。図12(a)、図12(b)及び図12(c)のうちの何れの検証方法を用いるのかは、操作者によって選択可能である。図12(a)、図12(b)及び図12(c)のうちの少なくとも1つの検証方法を用いることにより、電源環境における電圧変動によって起こり得る問題の抽出が可能となる。これにより、モータ制御装置3を用いて実際の機械装置を制御したときの制御系の挙動を評価することができる。
FIG. 12(c) shows a verification method in which after operating the
以上説明したように、実施の形態2によれば、模擬電源装置部の記憶部は、モータシミュレータの演算周期を表す時間tと電圧変動成分とを対応させて電圧変動情報として記憶している。模擬電源装置部の母線電圧演算部は、母線電圧演算部に入力された演算周期を表す時間tに対応する電圧変動成分に基づいて母線電圧を演算する。これにより、モータ制御装置の制御系に含まれる電源電圧の時間周期特性を影響を補正する処理部の検証を簡易に行うことができる。更に、本実施の形態2においても、電源環境ごとに合わせた複雑な電源環境モデルを作成する必要がない。従って、電源環境の変更に要する時間を含むシミュレーション時間を、従来よりも短縮することができる。 As described above, according to the second embodiment, the storage unit of the simulated power supply unit associates the time t representing the calculation cycle of the motor simulator with the voltage fluctuation component and stores them as voltage fluctuation information. The bus voltage calculation unit of the simulated power supply unit calculates the bus voltage based on the voltage fluctuation component corresponding to the time t representing the calculation period input to the bus voltage calculation unit. This makes it possible to easily verify the processing unit that corrects the influence of the time period characteristics of the power supply voltage included in the control system of the motor control device. Furthermore, in the second embodiment as well, there is no need to create a complicated power supply environment model for each power supply environment. Therefore, the simulation time including the time required for changing the power supply environment can be shortened compared to the conventional case.
なお、実施の形態1から2に係るモータシミュレータの機能をコンピュータにて実行させるための命令群で構成されるプログラムを作成して、記憶媒体に保持してもよい。記憶媒体に保持されたプログラムは、コンピュータのメモリ内に読み出され、若しくは展開されることで、上述した実施の形態1から2に係るモータシミュレータの機能を実行することができる。 A program composed of a group of instructions for causing a computer to execute the functions of the motor simulators according to the first and second embodiments may be created and stored in a storage medium. The program held in the storage medium can be read out or developed in the memory of the computer to execute the functions of the motor simulators according to the first and second embodiments described above.
また、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。 Further, the configurations shown in the above embodiments are examples of the contents of the present invention, and can be combined with other known techniques. It is also possible to omit or change part of
1 モータシミュレータ、2 模擬インバータ部、3 モータ制御装置、10 模擬モータ部、20,20A 模擬電源装置部、21,21A 記憶部、21a,21A1 テーブル、22,22A 母線電圧演算部、23a 増幅器、23b,23c 積分器、222 読み出し部、224 演算器、224a 加算器、224b 乗算器、224c 選択器、300 プロセッサ、302 メモリ、304 インタフェース。 1 motor simulator, 2 simulated inverter unit, 3 motor controller, 10 simulated motor unit, 20, 20A simulated power supply unit, 21, 21A storage unit, 21a, 21A1 table, 22, 22A bus voltage calculation unit, 23a amplifier, 23b , 23c integrator, 222 readout unit, 224 calculator, 224a adder, 224b multiplier, 224c selector, 300 processor, 302 memory, 304 interface.
Claims (5)
前記直流電圧に基づいて母線電圧を出力する模擬電源装置部と、
前記モータ制御装置から出力されるスイッチング信号と前記母線電圧とに基づいて電圧信号を生成する模擬インバータ部と、
前記電圧信号に基づいて前記モータ制御装置に出力するモータ位相角信号及び電流信号を生成する模擬モータ部と、
を備え、
前記模擬電源装置部は、
電源環境ごとに異なり、前記交流電圧の位相角である電源位相角に対応付けられた電圧変動成分の情報を含む電圧変動情報を記憶する記憶部と、
前記記憶部から読み出される前記電圧変動情報に基づいて前記電圧変動成分を前記直流電圧に付加し、前記電圧変動成分が付加された電圧信号を前記母線電圧として出力する母線電圧演算部と、
を備えたことを特徴とするモータシミュレータ。 A motor simulator used to verify a control system in a motor control device that controls a motor driven by an inverter to which a DC voltage obtained by rectifying an AC voltage output from an AC power supply is applied,
a simulated power supply unit that outputs a bus voltage based on the DC voltage;
a simulated inverter unit that generates a voltage signal based on the switching signal output from the motor control device and the bus voltage;
a simulated motor unit that generates a motor phase angle signal and a current signal to be output to the motor control device based on the voltage signal;
with
The simulated power supply unit includes:
a storage unit that stores voltage fluctuation information including information on a voltage fluctuation component that differs for each power supply environment and is associated with a power supply phase angle that is the phase angle of the AC voltage ;
a bus voltage calculation unit that adds the voltage fluctuation component to the DC voltage based on the voltage fluctuation information read from the storage unit and outputs a voltage signal to which the voltage fluctuation component is added as the bus voltage;
A motor simulator comprising:
前記直流電圧に基づいて母線電圧を出力する模擬電源装置部と、
前記モータ制御装置から出力されるスイッチング信号と前記母線電圧とに基づいて電圧信号を生成する模擬インバータ部と、
前記電圧信号に基づいて前記モータ制御装置に出力するモータ位相角信号及び電流信号を生成する模擬モータ部と、
を備え、
前記模擬電源装置部は、
電源環境ごとに異なり、前記モータシミュレータの演算周期に対応付けられた電圧変動成分の情報を含む電圧変動情報を記憶する記憶部と、
前記記憶部から読み出される前記電圧変動情報に基づいて前記電圧変動成分を前記直流電圧に付加し、前記電圧変動成分が付加された電圧信号を前記母線電圧として出力する母線電圧演算部と、
備えたことを特徴とするモータシミュレータ。 A motor simulator used to verify a control system in a motor control device that controls a motor driven by an inverter to which a DC voltage obtained by rectifying an AC voltage output from an AC power supply is applied,
a simulated power supply unit that outputs a bus voltage based on the DC voltage;
a simulated inverter unit that generates a voltage signal based on the switching signal output from the motor control device and the bus voltage;
a simulated motor unit that generates a motor phase angle signal and a current signal to be output to the motor control device based on the voltage signal;
with
The simulated power supply unit includes:
a storage unit for storing voltage fluctuation information including information on a voltage fluctuation component that differs for each power supply environment and is associated with an operation cycle of the motor simulator;
a bus voltage calculation unit that adds the voltage fluctuation component to the DC voltage based on the voltage fluctuation information read from the storage unit and outputs a voltage signal to which the voltage fluctuation component is added as the bus voltage;
A motor simulator characterized by comprising :
前記直流電圧に基づいて母線電圧を出力する模擬電源装置部と、
前記モータ制御装置から出力されるスイッチング信号と前記母線電圧とに基づいて電圧信号を生成する模擬インバータ部と、
前記電圧信号に基づいて前記モータ制御装置に出力するモータ位相角信号及び電流信号を生成する模擬モータ部と、
を備え、
前記模擬電源装置部は、
電源環境ごとに異なる電圧変動成分の情報を含む電圧変動情報を記憶する記憶部と、
前記記憶部から読み出される前記電圧変動情報に基づいて前記電圧変動成分を前記直流電圧に付加し、前記電圧変動成分が付加された電圧信号を前記母線電圧として出力する母線電圧演算部と、
を備え、
前記母線電圧演算部は、
前記電圧変動成分と前記直流電圧との乗算値を演算する乗算器と、
前記電圧変動成分と前記直流電圧との加算値を演算する加算器と、
を備えたことを特徴とするモータシミュレータ。 A motor simulator used to verify a control system in a motor control device that controls a motor driven by an inverter to which a DC voltage obtained by rectifying an AC voltage output from an AC power supply is applied,
a simulated power supply unit that outputs a bus voltage based on the DC voltage;
a simulated inverter unit that generates a voltage signal based on the switching signal output from the motor control device and the bus voltage;
a simulated motor unit that generates a motor phase angle signal and a current signal to be output to the motor control device based on the voltage signal;
with
The simulated power supply unit includes:
a storage unit that stores voltage fluctuation information including information on voltage fluctuation components that differ for each power supply environment;
a bus voltage calculation unit that adds the voltage fluctuation component to the DC voltage based on the voltage fluctuation information read from the storage unit and outputs a voltage signal to which the voltage fluctuation component is added as the bus voltage;
with
The bus voltage calculator,
a multiplier that calculates a multiplied value of the voltage fluctuation component and the DC voltage;
an adder that calculates a sum of the voltage fluctuation component and the DC voltage;
A motor simulator comprising:
前記コンピュータを、
前記直流電圧に基づいて母線電圧を出力する模擬電源装置部、
前記モータ制御装置から出力されるスイッチング信号と前記母線電圧とに基づいて電圧信号を生成する模擬インバータ部、及び
前記電圧信号に基づいて前記モータ制御装置に出力するモータ位相角信号及び電流信号を生成する模擬モータ部、
として機能させ、
前記模擬電源装置部を、
電源環境ごとに異なり、前記交流電圧の位相角である電源位相角に対応付けられた電圧変動成分の情報を含む電圧変動情報を記憶する記憶部、及び
前記記憶部から読み出される前記電圧変動情報に基づいて前記電圧変動成分を前記直流電圧に付加し、前記電圧変動成分が付加された電圧信号を前記母線電圧として出力する母線電圧演算部、
として機能させる
モータシミュレータのプログラム。 A motor simulator program that operates a computer as a motor simulator used to verify the control system of a motor control device that controls a motor driven by an inverter to which a DC voltage obtained by rectifying the AC voltage output from an AC power supply is applied. and
said computer,
a simulated power supply unit that outputs a bus voltage based on the DC voltage;
a simulated inverter unit that generates a voltage signal based on the switching signal output from the motor control device and the bus voltage; and a motor phase angle signal and a current signal that are output to the motor control device based on the voltage signal. simulated motor part,
function as
the simulated power supply unit,
a storage unit for storing voltage fluctuation information including information on a voltage fluctuation component that differs for each power supply environment and is associated with the power supply phase angle that is the phase angle of the AC voltage ; and the voltage fluctuation information read from the storage unit. a bus voltage calculation unit that adds the voltage fluctuation component to the DC voltage based on and outputs a voltage signal to which the voltage fluctuation component is added as the bus voltage;
A motor simulator program that functions as
前記コンピュータを、said computer,
前記直流電圧に基づいて母線電圧を出力する模擬電源装置部、a simulated power supply unit that outputs a bus voltage based on the DC voltage;
前記モータ制御装置から出力されるスイッチング信号と前記母線電圧とに基づいて電圧信号を生成する模擬インバータ部、及びa simulated inverter unit that generates a voltage signal based on the switching signal output from the motor control device and the bus voltage;
前記電圧信号に基づいて前記モータ制御装置に出力するモータ位相角信号及び電流信号を生成する模擬モータ部、a simulated motor unit that generates a motor phase angle signal and a current signal to be output to the motor control device based on the voltage signal;
として機能させ、function as
前記模擬電源装置部を、the simulated power supply unit,
電源環境ごとに異なり、前記モータシミュレータの演算周期に対応付けられた電圧変動成分の情報を含む電圧変動情報を記憶する記憶部、及びa storage unit for storing voltage fluctuation information including information on a voltage fluctuation component that differs for each power supply environment and is associated with an operation cycle of the motor simulator;
前記記憶部から読み出される前記電圧変動情報に基づいて前記電圧変動成分を前記直流電圧に付加し、前記電圧変動成分が付加された電圧信号を前記母線電圧として出力する母線電圧演算部、a bus voltage calculation unit that adds the voltage fluctuation component to the DC voltage based on the voltage fluctuation information read from the storage unit and outputs a voltage signal to which the voltage fluctuation component is added as the bus voltage;
として機能させるfunction as
モータシミュレータのプログラム。Motor simulator program.
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