JPH0591752A - インバータの制御方法及び制御装置 - Google Patents
インバータの制御方法及び制御装置Info
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- JPH0591752A JPH0591752A JP4013690A JP1369092A JPH0591752A JP H0591752 A JPH0591752 A JP H0591752A JP 4013690 A JP4013690 A JP 4013690A JP 1369092 A JP1369092 A JP 1369092A JP H0591752 A JPH0591752 A JP H0591752A
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Abstract
効率化を図る上で、負荷外乱や検出ノイズの影響に強く
安定したモータ電流の最小化制御が可能なインバータ制
御方法及び制御装置を提供する。 【構成】操作量たる励磁電流指令のデータと被制御量た
るモータ電流のデータを格納する複数組のメモリ群12
を設け、その中で最小のモータ電流データに対応した励
磁電流指令データがその内部となるように、励磁電流指
令の変動域を与える上限値IDUPと下限値IDLWを
決定し、この変動域内を励磁電流指令を変動させなが
ら、変動域をモータ電流が最小となるように決定して行
く。
Description
するインバータに係り、特にモータ電流を最小化制御す
るためのインバータの制御方法及び制御装置に関する。
回路として特開昭58−191004号公報に示されたものがあ
る。これは外乱に応じて、操作量に対する被制御量の極
値が変化する制御系の、被制御量の極値探索回路におい
て、所定周期のサイクル毎に今回の被制御量と前回の被
制御量の差を求め、その差値すなわち変化分が極値と同
方向であれば、操作量をさらに同方向に変化させ、逆に
変化分が極値と逆方向への変化であれば、操作量を前回
とは逆の方向に変化させて順次この操作を繰返し、被制
御量が極値に近づくように制御することを原理としてい
る。
法について示すと、上述の原理と同様に、あるサンプリ
ング時点においてインバータの出力電圧を変化させ、そ
の後安定したところでモータ電流を検出し、前回サンプ
リング時点の検出値と今回の検出値の差を求め、その変
化がモータ電流が小さくなる方向であれば、前回と同一
方向にインバータの出力電圧を変化させ、モータ電流が
大きくなるときは、前回と逆方向にインバータの出力電
圧を変化させて、モータ電流が最小値に近づくように制
御する方法が知られている。このモータ電流を最小に制
御する方法の例として特開昭62−51781 号公報に示され
た従来の方法を次に示す。
に示す。同図において、1は商用交流電源、2は交流電
源1を直流に変換するコンバータ、3はコンバータ2の
直流出力を平滑する直流平滑部、4は直流平滑部3から
の直流を交流に変換するインバータ、5はインバータ4
により駆動する交流モータ、7は交流モータ5の巻線入
力電流を検出して増幅する巻線電流検出増幅部、11は
検出したモータ電流値を直流量に変換してモータ電流の
平均値を検出する直流量変換部、8は直流量変換部11
からの直流量を記憶するメモリ、9は直流量変換部11
からの直流量のデータとメモリ8からの記憶電流値デー
タを比較する比較部、12は比較器9からの出力データ
と周波数指令部14からの周波数指令f* に基づいて出
力電圧パターンのシフト命令を出力するパターンシフト
演算部、16はインバータの出力電圧Vと周波数Fの比
が一定で出力電圧が異なる出力電圧パターンが多数記憶
されている出力電圧パターン記憶部で、周波数指令f*
信号とパターンシフト演算部12からのシフト命令によ
って出力電圧指令を出力する。13は出力電圧指令に基
づいてパルス幅変調信号(PWM信号)を発生するPW
M信号発生部、10はPWM信号に基づいてインバータ
4のスイッチング素子を駆動するドライブ回路である。
ターンAで運転し、この時のモータ電流値を検出し記憶
する。つぎに、出力電圧パターン(A+1)で運転し、
所定のタイムディレイ後この時のモータ電流値と前に記
憶したモータ電流値とを比較して電流が減少していれ
ば、出力電圧パターンを電圧が増加する方向である(A
+2)にシフトさせる。また、出力電圧パターンをAか
ら(A+1)にシフトしたとき逆に電流値が増加してい
たら出力電圧パターンを電圧が減少する方向である(A
−1)にシフトする。このように、電流値が減少してい
く方向に出力電圧パターンをシフトさせ、その前回の電
流値よりも電流値が上昇した場合、その前回の出力電圧
パターンを最適と判断しその前回の出力電圧パターンに
固定する。そして、出力周波数に変化があるまでこの値
を保っている。
ータ電流を最小にするインバータ制御装置は上記したよ
うな方法または構成であるため、外乱やモータ負荷が変
化する場合やモータの加減速運転の場合には、被制御量
の極値を与える最適な操作量もしくはモータ電流が最小
となる最適な出力電圧が探索できなくなる問題がある。
例えばモータ電流を最小にしようとするインバータ装置
の場合を見ると、連続に負荷が減少しこれに伴いモータ
電流値が減少したときは、インバータの出力電圧がどち
らの方向に変わっても、モータ電流は減少する。この場
合、モータ電流の減少の要因が、負荷の減少によるもの
か、または出力電圧を変化させたことによるものかの判
断ができないため、出力電圧が最適電圧ではない値で固
定してしまう不都合や、出力電圧を上昇または減少し続
ける発散状態となることがある。さらに、ノイズ等によ
るモータ電流値の誤検出の場合でも同様の問題が発生す
る。
されたもので、交流モータ及びそれを駆動するインバー
タの高効率化を図る上で、負荷外乱や検出ノイズの影響
に強く安定したモータ電流の最小化制御が可能なインバ
ータ制御方法及び制御装置を提供することを目的とす
る。
力するインバータで、該インバータの交流出力電圧を操
作量として、交流モータを駆動制御するインバータの制
御方法において、前記モータの入力電流が一定の運転状
態からモータ電流が増加した場合、もしくは減少した場
合には、それぞれ増加後の、もしくは減少後のモータ電
流での運転状態で、モータ電流を脈動させながら、この
脈動するモータ電流の平均値が次第に減少する方向に操
作量である前記インバータの出力電圧を順次決定して行
くようにした。
定の上限値と下限値の範囲内で変動させる為の変動領域
を設け、この変動領域を被制御量である前記インバータ
の入力もしくは出力電流の、変化幅もしくは変化率の少
なくともどちらか一方が小さくなる方向に時間経過と共
に移動させるようにした。
決定される第1の目標値と下限値により決定される第2
の目標値を設定し、前記操作量を一方の目標値に向かっ
て変化させ、この目標値を越えようとするときは他の目
標値をその時点の上限値もしくは下限値に設定し、この
目標値に向かって変化させると共に、前記2つの目標値
を前記被制御量の変化幅もしくは変化率の少なくともど
ちらか一方が小さくなる方向に時間経過と共に移動させ
る。
に得られた複数組の操作量とそれに対応する被制御量の
データ対の中から、被制御量が極値の組合わせの操作量
を選び、これがその変動領域の内部となるように操作量
の変動領域を順次決定していく。
量に対する前記被制御量の変化率の絶対値が大きいとき
は小さく、またその変化率の絶対値が小さいときは大き
く選定する。
制御量は、これら両者を1つの組として少なくとも3組
以上をメモリ群に記憶し、所定周期毎に前記操作量と被
制御量の1組のメモリを前記メモリ群の中で更新すると
共に、前記メモリ群の中で被制御量が極値となる被制御
量の組に対応する操作量を選定し、この操作量が内部に
含まれるように前記変動領域を再設定すると共に、その
操作量が前記変動領域の上限値もしくは下限値に近づく
方向で次の操作量の値を設定する。
量である出力電圧を決定することから、例えば負荷の増
加もしくは減少によって出力電圧の大きさに無関係にモ
ータ電流が増減した場合、もしくはノイズ等によりモー
タ電流を誤検出した場合にも次のようにして、モータ電
流が最小となるように出力電圧を制御することが出来
る。
変動領域という概念を新しく取り入れることにより、そ
の変動領域における上限値と下限値の存在により、間違
った方向のままに出力電圧がむやみに増加もしくは減少
しつづけることを防止する。また合わせて、上限値と下
限値で決められた出力電圧の変動領域をモータ電流がよ
り小さくなる方向に移動させることによって、出力電圧
を脈動させながらモータ電流が最小となる出力電圧に近
づけて行く。この時、負荷変化もしくはモータ電流の誤
検出があったとしても、出力電圧そのものはあくまでも
変動領域を決定する上限値と下限値の間でのみ変動す
る。この時変動領域の移動方向について考える。
した場合では、変動領域が一旦間違った方向に修正され
るが、モータ電流がより小さくなる方向に常に決定して
いくことにより、誤修正が訂正されることになる。次
に、負荷が次第に増加することに伴い、変動させている
出力電圧に関わらず電流が次第に増加していく場合で
は、たえず電流が増加していることから、モータ電流が
より小さくなる方向を見出すことが出来なく、この結果
変動領域が移動しつづけることは無くなりホールドされ
る状態となる。更に、負荷が次第に減少することに伴
い、変動させている出力電圧に関わらず電流が次第に減
少していく場合では、たえず電流が減少していることか
ら、出力電圧の変動に応じて、その変動領域自体も上下
に移動することになり、同様に変動領域が同一方向に移
動することがない。
転状態から例えば負荷の変化により、モータ電流が変化
した場合になって初めて、モータ電流を上下に変動させ
つつその変動の平均がより小さくなるように出力電圧を
決定していくことにより、モータ電流の誤検出や負荷変
化による電流のむやみな増大や減少が防げる。
出力電圧のデータ対のなかでモータ電流が最小のデータ
対の出力電圧値を基準として新たな出力電圧の方向を決
定できることからと、従来の2点間のモータ電流と出力
電圧の傾きから次の出力電圧を決定して行く方式より検
出ノイズに強くなる。
する。
の基本概念について述べる。
可能な制御系の特性図である。同図(a)に示すよう
に、極値探索回路100には、被制御量zが入力され操
作量mが出力される。操作量mは増幅器200を介して
増幅された後、プロセス300に入力される。このプロ
セスには外乱dが加えられ、またプロセスの出力の1つ
が被制御量zとなる。ここで、操作量と被制御量は図2
(b)に示す関連を有している。すなわち、一定の外乱
に対して被制御量が極値(同図では最小値)となる操作
量が存在する。そして、上記の極値探索回路ではこの極
値を探索することによって、この極値を与える操作量を
決定する。
スを誘導電動機,増幅器をこの誘導電動機を駆動するイ
ンバータ,被制御量を誘導電動機に流れる巻線電流、ま
た外乱を誘導電動機の負荷トルクやインバータの出力周
波数として考えた時、操作量はインバータの出力電圧と
なる。この場合、図2(b)に対応した特性図の例を図
3(a)に示す。すなわち、誘導電動機は、その巻線に
加える電圧(インバータの出力電圧)の大きさによって
巻線電流の大きさが変化し、巻線電流の最小値を与える
出力電圧が存在することが知られている。
量である巻線電流を検出する場合には、検出値に含まれ
る脈動成分やノイズのために、出力電圧とその検出値と
の関係は図3(b)の破線に示すように、局部的な極値
が存在する。また一方で図3(c)に示すように、負荷
トルクや周波数が変化する場合には、多数の極値が表れ
る。
表れる上記の局部的な極値や外乱の変化時に生じる一時
的な極値を真の極値と誤判定することを防ぐために、図
4に示すように、操作量である出力電圧に対し変動領域
を与え、もしくは出力電圧を変化させるための2つの目
標値を与えて、変動領域もしくは2つの目標値を極値が
存在する方向に移動させることを第1の特徴としてい
る。
ータ装置の概略構成を示すブロック図である。ここに示
す実施例は空調機や冷蔵庫などを構成する圧縮機駆動用
の誘導電動機をインバータ装置によって可変速運転する
例を示す。図5において、1〜5は図28と同一なので
説明は省略する。6は誘導電動機の負荷である圧縮機、
7は誘導電動機5の巻線に流れる巻線電流iuとivを
検出して増幅する巻線電流検出増幅部、8はインバータ
の出力周波数指令f* と巻線電流検出増幅部からの電流
信号IU,IVを入力として時間データを出力する制御
演算器で、それはマイクロコンピュータCPU8−1,
メモリのRAM8−2,ROM8−3,A/D変換器8
−9、及びTimer8−5 から構成されている。9は制御
演算部8からの時間データに従ってPWM信号を作成す
るPWM信号発生IC、10はPWM信号に基づいてド
ライブ信号を作成してインバータ4を構成する複数のス
イッチング素子のゲートをドライブするゲートドライバ
である。
探索回路に対応した制御演算を実行する。図6は極値探
索回路に対応した制御演算ブロックを示す。同図におい
て、11は巻線電流検出増幅部7によって得られた巻線
電流検出値IUとIVから直流量であるモータ電流I1
を作成する直流量変換部、12はモータ電流I1と操作
量に係る後述の励磁電流指令I1d*との組を複数組記憶
するメモリ群、13は主にメモリ群12内の複数のモー
タ電流もしくは励磁電流指令の大きさを比較する比較
部、14は比較部13での比較結果に基づいて、励磁電
流指令I1d*を変動させる領域を求める変動領域演算
部、15は変動領域演算部14に従って実際に変化させ
るべき励磁電流指令I1d*の値を求める励磁電流指令演
算部、16はインバータ出力周波数指令f*と励磁電流
指令I1d* に基づいて、インバータの出力電圧指令V*
を算出する電圧演算部、17はインバータの出力周波数
指令f*と出力電圧指令V* より、インバータの出力電
圧に係る時間データを求めるPWM信号時間データ作成
部である。
指令V*は数1に示すように与え、インバータの出力電
圧を変化させるパラメータを励磁電流指令I1d* とし
て選んで出力電圧の制御を行なうことから、本実施例で
は操作量を励磁電流指令としている。なお、数1から判
るように出力電圧指令V* は励磁電流指令I1d*に比例
しているため、操作量を出力電圧指令としてもよいこと
は勿論である。
に詳細に説明する。
11の処理内容を表す図である。この処理は短サンプリ
ング周期Ts毎に実行され、次の5つの処理内容からな
る。
巻線電流検出値IUとIVを、A/D変換器8−4を用
いディジタル量として制御演算部8に取り込む。
める。
|,|IW|を求める。
ンプリング周期ごとの最大値を求める。
い、モータ電流I1 とする。
11にて求めたモータ電流I1 を被制御量である巻線電
流の検出量として取扱い、このモータ電流I1 が最小と
なる励磁電流指令の探索を行う。
中に示したRAM8−2のうち、本発明に関わる主要な
RAMとして図6に記載のメモリ群12の構成について
図8を用いて説明する。同図に示すようにメモリ群12
にはIM(0)からIM(4)までの5つのモータ電流
データと、ID(0)からID(4)までの5つの励磁
電流指令データが格納される。ここに、IM(0)とI
D(0)の組は、後述の長サンプリング周期Tl毎に、
その時点におけるモータ電流I1 と励磁電流指令I1d*
として得られる今回分の新しいデータである。そして、
iサンプリング前に確保したモータ電流と励磁電流指令
がIM(i)とID(i)となる。
10を用いて、励磁電流指令の変動方法について、その
基本的な規則を述べる。その第1点目は次の通りであ
る。
の領域を与えるために上限値IDUPと下限値IDLWを設
定し、既に励磁電流指令が変動領域内部の時は図9
(a)に示すように、励磁電流をこれらいずれかの値を
目標値として変化させる。また一方、同図(b)に示す
ように、変動領域外の時は変動領域の内部となるように
変化させる。ここで、同図における破線を上記の目標値
EXID,上限値と下限値の間の中間値を基準励磁電流
指令BESTIDとしている。また、同図における黒点マーク
はモータ電流データIM(0)と励磁電流指令データI
D(0)のメモリ群12中への格納タイミングを表す。
で、励磁電流を一定とするモードと階段状に変化させる
モードの2つを設けることである。ここに、一定とする
励磁電流の大きさは変動領域の幅の中で、数レベルとな
るように選定する。本実施例では、ある一定の励磁電流
レベルと次のレベルの差であるステップ幅IDSTPを
変動領域の半分の幅の30%として選んでいる。なお、
変動領域の半分の幅を本実施例では単に変動幅IDWと
呼ぶ。また、本実施例では変化モード中の励磁電流指令
がある目標値に達したら、その時点における上限値もし
くは下限値を新たなる目標値として変化方向を切り替え
るものとしている。
に最大値IDMAXと最小値IDMINを設け、図10に示
すように、最大値と最小値で与えられる範囲内で励磁電
流の変動領域を決定することである。すなわち、常に数
2の関係を満足させる。
電流指令を変動させる規則に対し、極値探索のための具
体的な制御の処理方法について図11から図22を用い
て説明する。
全体の制御処理は大きく分けて処理ブロックAから処理
ブロックEまでの次の5つの内容からなる。
モリ群12中のデータの移動と、5つのモータ電流デー
タIM(0)からIM(4)までの中から、最小のモー
タ電流データを選びだし、これに対応した励磁電流指令
データをBESTIDとして見つける処理である。処理ブロッ
クBのID変動開始処理は、モータ電流の変化量を作成
しつつ、それが所定の大きさを超えたかどうかによっ
て、励磁電流指令を変動させるかを判定すると共に、条
件が満足された場合には、変動を行うための準備を行
う。処理ブロックCは、ブロックAにて選出したBESTID
に従って励磁電流指令の変動領域、すなわち上限値ID
UPと下限値IDLWを決定する。処理ブロックDは上
記のBESTIDがモータ電流を最小とする最適の励磁電流指
令かどうかのチェックを行い、もし該当すれば励磁電流
の変動を停止するための準備を行う。最後のID変動処
理は、先に示した励磁電流の変化規則に従って、励磁電
流指令を変化させる処理である。
ンプリング周期Tl毎に実行され、処理ブロックEは、
長サンプリング周期の中で後述する回数だけ、短サンプ
リング周期Ts毎に実行される。この点について、更に
図12により説明する。同図(1)は処理管理タイマの
動きを示したもので、長サンプリング周期Tlが1周期
となる。同図(2)は励磁電流指令の変化を表したもの
で、先に述べた励磁電流指令の一定モードと変化モード
の1組の時間がTlとなる。また、同図(3)は先に述
べた直流量変換部11で実行される電流検出処理の実行
タイミングを表し、これが短サンプリング周期であり、
また処理管理タイマのタイムベースともなっている。そ
して、同図(4)に示すように長サンプリング周期の中
で、処理ブロックEが、励磁電流指令が次の一定レベル
に達するまでの回数だけ実行され、励磁電流指令の変化
モードを形成する。また他の処理ブロックは、同図
(5)に示すタイミングにて連続して実行される。
いて説明する。
理の内容を表す。この処理は大きく分けて、項番A−1
0から項番A−30までの3つからなる。項番A−10
で、メモリ群12内のデータの移動を行い、項番A−2
0でその時点における励磁電流指令とモータ電流を、そ
れぞれID(0)とIM(0)としてメモリ群12内に
格納する。また、項番A−30では、メモリ群中のモー
タ電流データIM(0)からIM(4)までの中で最小
のモータ電流データを選びだし、これに対応する励磁電
流指令をBESTIDとする。
変動開始処理は項番B−10からB−60の内容からな
る。項番B−10では、同図中にも示したようにメモリ
群中のモータ電流データIM(0)とIM(1)、すな
わち今回サンプリング時点と前回分のモータ電流データ
の差をモータ電流変化分積算値IMSIGに加えて、そ
の更新を行う。そして、その結果得られたIMSIGの
絶対値の大きさが変動開始許容値IMLVを超えたかど
うかを判定する(項番B−20)。
ば、励磁電流指令の変動がその時点で停止中かどうかを
判定し(項番B−30)、停止中ならば項番B−40に
移る。ここで、項番B−40では変動を開始するにあた
り、その準備をする。すなわち、変動開始指令を発行
し、変動目標値EXIDを設定し、そしてメモリ群のデ
ータIM(1)からIM(4)までをイニシャル値とし
て次の項番B−50に移る。ここにイニシャル値として
はモータ電流として存在しない値として、例えば2バイ
トデータならば7FFFHの如き最大値を選ぶ。一方、
項番B−20にて変動開始条件が満足されない場合は、
直接項番B−50に移り、また項番B−30にてすでに
変動中ならば項番B−60へ進む。なお、変動目標値の
設定法については後で説明する。
番B−50)、または変動中でもメモリ群中のデータI
M(4)がイニシャル値ならば(項番B−60)、図1
1に示したID変動処理へ移り、変動域算出処理と最適
ID判定処理をスキップする。すなわち、後述のこれら
2つの処理は、変動停止中の時と変動中であっても、変
動が開始されてからメモリ群のモータ電流データがすべ
て新しいデータと切り替わるまでは、実行されない。こ
れにより電流変化後の新しい状況での最小値探索が行わ
れる様にしている。
出処理について説明する。項番C−10では第1のメモ
リ群の5組の励磁電流指令とモータ電流データを用い
て、励磁電流指令に対するモータ電流変化率GRTを算
出する。すなわち、5つのモータ電流データ中での最大
値と最小値の差ΔIMと、それぞれに対応する励磁電流
指令データの差ΔIDから、同図中に示す式に従ってGR
Tを得る。そして、得られたGRTの大きさに応じて変
動幅IDWを調整する(項番C−20)。その調整規則
はGRTが大きいときはIDWを小さく、逆にGRTが
小さいときはIDWを大きくする。これは、励磁電流指
令の変動に従って変化するモータ電流の脈動幅がむやみ
に大きくなったり小さくなったりするのを防ぐためであ
り、そのモータ電流の脈動幅が励磁電流の変動のどの領
域でもほぼ均一にすることができる。
述のIDWを用いて変動の領域を与えるための上限値I
DUPと下限値IDLWを算出する(項番C−30)。
その算出式は図15中にも示したもので、数4に従う。
ように制限が加えられる。この時、IDUPが最大値I
DMAXに制限される場合は、そのIDMAXより変動
幅IDWだけ少ない値をBESTIDとして、下限値IDLW
を作成する。また、IDLWが最小値IDMINに制限
される場合はそのIDMINより変動幅IDWだけ大き
い値をBESTIDとして、上限値IDUPを作成する。
変化分IDSTPをIDWの30%として求める。そし
て、ここに得られたIDSTPの数だけID変動処理が
短サンプリング周期で長サンプリング周期毎に実行され
る。
定処理の内容を示している。項番D−10にて、メモリ
群中の5つの励磁電流指令データID(0)からID
(4)までの中で、大きい順または小さい順に並べて、
真中の値のデータをMIDIDとして選びだす。そし
て、そのMIDIDがBESTIDと等しければ(項番D−2
0)、変動停止のための前処理を実行する(項番D−3
0)。ここに変動停止前処理では、変動の目標値EXI
DをBESTIDに設定し変動停止指令を発行する。
処理について説明する。まず、その時点における励磁電
流指令I1d*が目標値EXIDと等しいかどうかチェッ
クを行い(項番E−10)、等しくない場合はEXID
に近づく方向にI1d*を更新する(項番E−60)。一
方等しい場合には、変動開始指令が発行中ならば項番E
−30へ、また停止指令発行中ならば処理を抜ける。そ
して、項番E−30では上限値IDUPが最大値IDMAX
に等しいかもしくは下限値IDLWが最小値IDMIN
に等しく、かつメモリ群中のデータIM(4)がイニシ
ャル値でない場合にのみ、項番E−40に移り、そうで
ない場合は項番E−50に移る(項番E−30)。すなわ
ち、すでに変動域の上限が最大であるか、または下限が
最小であって、変動開始直後でない場合には、項番E−
40にて、変動停止前準備として目標値EXIDにその
時点のBESTIDを設定し変動停止指令を発行する。また逆
の場合では、項番E−50にて目標値EXIDの更新を
行う。この場合、その時点のEXIDが上限値IDUP
ならばその時点の下限値IDLWを、逆にその時点のE
XIDが下限値IDLWならばその時点の上限値IDU
PをEXIDに設定し、変動の方向を切り替える。
は、図14に示した項番B−40における変動開始時で
の目標値の設定法の一実施例を表した流れ図である。す
なわち、上限値IDUPが最大値IDMAXに等しい場合
と、等しくなくても電流変化が増加方向(モータ電流変
化分積算値IMSIGが正値)ならば下限値IDLWを
目標値に設定する。また下限値IDLWが最小値IDMIN
に等しい場合と、等しくなくても電流変化が減少方向
(モータ電流変化分積算値IMSIGが負値)ならば上
限値IDUPを目標値に設定する。すなわち、変動域が
制限内の場合はモータ電流変化方向と逆方向から励磁電
流指令の変動を開始する。また、制限値の場合はその制
限値から離れる方向から開始する。
極値探索法で、励磁電流指令の動きについて説明する。
化する場合>図19と図20はモータ電流の最小化状態
からモータ電流が連続的に増加もしくは減少した場合の
上限値IDUP,BESTID、下限値IDLW、目標値EX
ID、及び黒点マークの励磁電流指令データIDの変化
を示している。ただし、これらの図においては負荷の変
化によるモータ電流の変化が検出され、励磁電流の変動
に伴うモータ電流の脈動は検出されないものとしてい
る。そして、図19はモータ電流が増加する場合であ
り、これよりBESTIDは、その時点を含めて過去5点の励
磁電流指令データのなかで、最も過去の励磁電流指令デ
ータとなる。また図20では逆に、モータ電流が減少す
る場合であることから、その時点の励磁電流指令データ
がBESTIDとなる。
に示したように、励磁電流指令の変動開始方向をモータ
電流の増減方向とは逆方向に選んだ場合である。この場
合例えば図19(b)ではモータ電流の増加と共に励磁
電流の変動域が徐々に増加している。そして、図4に示
したように、負荷の増加によりモータ電流が増加する
時、モータ電流を最小にする励磁電流は負荷増加前より
も大きい側に存在することから、上述の変動域の動きは
図4の特性に合致した動きである。同様に、図20
(a)ではモータ電流の減少と共に励磁電流指令の変動
域も減少する動きであり、図4の特性に合致している。
ータ電流の変化方向と同じ方向、すなわちモータ電流増
で、励磁電流指令を増加方向から、またモータ電流減で
励磁電流指令を減少方向から変動を開始する場合が、そ
れぞれ図19(a)と図20(b)である。これらの場
合は、モータ電流の変化方向とは逆の方向に励磁電流指
令の変動域が移動していく。そして、このような変動開
始方法は図4の特性とは逆に、ここに実施例として示し
た誘導電動機のモータ電流最小化の例とは異なり、外乱
増加で極値が操作量の小さい方向に存在する場合に有効
な方法である。 <ステップ的に負荷が変化する場合>次にモータ電流が
ステップ的に変化した場合の動作について先ず図1を用
いて説明する。
し、これに伴いモータ電流が増加したとする。このモー
タ電流の増加により、モータ電流変化分積算値IMSI
Gが変動開始許容値IMLVを超えたことをの時点に
て検出して(項番B−20)、同図(2)に示した変動開
始指令を発行する(項番B−40)。そして、電流増加
に対して目標値EXIDを下限値IDLWに設定して、
励磁電流指令は減少方向からその変動を開始する(図1
8の項番B−44)。の時点では変化中の励磁電流指
令が目標値に一致したことから、目標値EXIDを上限
値IDUPに変更して、励磁電流の変動方向を増加方向
とする(項番E−50)。また、メモリ群12のデータ
がすべて新しいデータとなるの時点まで変動域算出処
理や最適ID判定処理は実行されず上限値と下限値は、
変動前の値が維持される(項番B−60)。なお、図1
(1)と(4)に示した黒点マークは、それぞれモータ
電流データIM(0)と励磁電流指令データID(0)
のメモリ群12中への格納タイミングを表す。
中から、最小のモータ電流データに対応する励磁電流指
令データをBESTIDとして(項番A−30)、このBESTID
を中心に変動域を与える上限値IDUPと下限値IDL
Wを算出し(項番C−30)、またそのBESTIDが最適値か
どうかの判定を行う(項番D−20)などの一連の処理
が実行される。またとの時点では目標値EXIDの
変更が行われる。
が探索できたとする。すなわち、5つの励磁電流指令デ
ータID(0)からID(4)までのなかで中央の大き
さのデータがBESTID(同図の例ではID(2))と等し
いとすると、同図(3)に示すように変動停止指令を発
行し目標値EXIDをBESTIDすなわちID(2)に設定
して最小値探索を終わる。そして、それ以降はその時点
の励磁電流指令から最適な励磁電流指令となるまで励磁
電流指令を変化させる。すなわち、その時点のBESTIDを
第1の励磁電流指令、またその時点に出力されている励
磁電流指令(図1の例ではID(0)に相当)を第2の
励磁電流指令とすると第1の方が第2より小さいことか
ら励磁電流指令の変化方向を減少方向とする。
異なる点は、上限値IDUPが最大値IDMAXとなっ
て、励磁電流変動域が制限された点である。
値を探索する過程において、図21に示したの時点に
て、その時点のBESTIDから作成する上限値IDUPが最
大値IDMAXを超えようとしたとする。この場合は、
図15の項番C−30にて説明したように、上限値ID
UPが最大値IDMAXとなり、それより変動幅IDWだ
け少ない値がBESTID、さらにこれより変動幅IDWだけ
少ない値が下限値IDLWとなる。そして図21に示すよう
に、の時点にて目標値EXIDがその時点の下限値I
DLWに切り替えられて変動方向が変わり、さらにこの
下限値と一致するの時点にて目標値EXIDがその時
点の上限値IDUPすなわち最大値IDMAXに変更さ
れる。
目標値である最大値に一致したとする。この時は図17
項番E−40の処理が実行され、同図(3)に示すよう
に変動停止指令が発行され、その時点のBESTIDが目標値
EXIDに設定されて、最小値探索の処理を終わり、以
降はその時点の励磁電流指令すなわち最大値からBESTID
まで励磁電流を変化させる処理が実行される。すなわ
ち、の時点において最小のモータ電流データに対応し
た励磁電流指令データID(3)を第1の励磁電流指令
とし、またその時点における励磁電流指令である最大値
IDMAXを第2の励磁電流指令とした時、第1の励磁
電流指令が第2の励磁電流指令よりも小さいことから、
励磁電流指令の変動方向を減少方向とする。
UPが最大値IDMAXとなって、励磁電流変動域が制
限された場合であるが、これとは逆に下限値IDLWが
最小値IDMINとなって励磁電流変動域が制限された
場合には、下限値に向かって変動中の励磁電流指令が下
限値すなわち最小値に一致した時に変動領域の移動を停
止すると共に目標値をその時点のBESTIDに設定する。す
なわち、その時点でのBESTIDを第1の励磁電流指令とし
て、その時点の励磁電流指令すなわち最小値を第2の励
磁電流指令として、第1の励磁電流指令が第2の励磁電
流指令よりも大きいため励磁電流指令を増加方向とす
る。
にて説明したように変動域が制限されている状態、すな
わち上限値IDUPが最大値IDMAXと等しい状態、また
は逆に下限値IDLWが最小値IDMIN となっている状態
から、負荷が変化して再び最小値の探索を開始する場合
の励磁電流指令の動きについて図22により説明する。
流変化を認識した後、上限値IDUPが最大値IDMAXで
あることから、目標値EXIDを下限値IDLWに設定
して励磁電流指令を最大値IDMAXから離れる方向か
ら変動を開始する(図18項番B−44)。また一方、
同図(b)は後者の場合でありモータ電流変化を認識し
た後、下限値IDLWが最小値IDMINであることか
ら、目標値EXIDを上限値IDUPに設定して励磁電
流指令を最小値IDMINから離れる方向から変動を開
始する(図18項番B−45)。
指令がすぐ制限値となって変動が停止することがなくな
り、上限値と下限値の広い範囲での励磁電流を変動させ
ることができ、正しい最小値の探索ができる。
れまでの実施例における目標値EXIDの変更方法は、
図17に示したように、変化中の励磁電流指令I1d*
が目標値EXIDに一致した時のみ、その時点の上限値
IDUPもしくは下限値IDLWに変更する方法であっ
た。これに対し、ここに示す方法は上限値もしくは下限
値が更新される毎に、その最新の上限値もしくは下限値
に目標値を変更するものである。このためには図17に
示したID変動処理の先頭に、図23に示した処理内容
を追加する。すなわち、その時点における目標値が上限
値であったならば、その時点の上限値を新たな目標値と
して設定し、一方、その時点における目標値が下限値で
あったならば、その時点の下限値を新たな目標値として
設定する。
の、図19に対応した図である。すなわちモータ電流が
連続的に増加して励磁電流の変動を開始した場合の変動
域などの動きを示している。そして、図24において
も、励磁電流変動に伴うモータ電流の変化は検出できな
いものとしている。同図(1)のように、励磁電流指令
を増加方向から変動開始する場合は、変動域の中心は初
期状態より上昇した状態で、また一方、同図(2)のよ
うに励磁電流指令を減少方向から変動させる場合では、
変動域の中心は初期状態より下降した状態で、それぞれ
励磁電流指令は上下に繰返し変化するままであり、先の
例のようにモータ電流の増加とともに変動域が増加して
いくことはない特徴をもつ。
の実施例において、誘導電動機の巻線に流れる巻線電流
の動きを示したものが、図25である。同図では、同図
(1)に示すように負荷がステップ的に上昇及び下降し
た場合の、インバータ出力電圧(同図(2))と巻線電
流(同図(3))の変化をそれらの包絡線(波高値の軌
跡)として示している。すなわち、ある負荷における最
小化状態から、負荷変化が生じて巻線電流が変化する
と、新しい巻線電流の状態で、巻線電流を上下に脈動さ
せながらその脈動の平均値が最小となる方向に、出力電
圧を変化させている。
の実施例の具体的効果を表すもので、横軸負荷トルクに
対して、縦軸にインバータ出力電圧,巻線電流及びイン
バータとモータあわせた総合の効率を、それぞれ最小化
制御の有る場合と無い場合で示している。
場合ではインバータ出力電圧は負荷にかかわらず一定で
あり、巻線電流は大きく、また効率も低下している。す
なわち、本発明の誘導電動機の電流最小化制御を実施す
ることにより、同一負荷において効率は向上し、巻線電
流を少なくすることができ、これによってインバータ容
量の低減や温度上昇の低減を図ることができる。さらに
は誘導電動機の負荷として設定した圧縮機の温度上昇も
抑制することができ、その圧縮機の効率も向上する。な
お、最小化制御の有る場合と無い場合とで、効率及び巻
線電流が等しい負荷があるが、これは最小化制御の無い
場合であっても、任意のある負荷状態においてのみ、巻
線電流が最小となるためであり、最小化制御の適用によ
って、この負荷状態から離れるほど、その効果は顕著と
なる。
蔵庫の圧縮機を駆動する誘導電動機の電流最小化法を示
したが、本発明はこれに限らず図2に示したように、外
乱によって操作量に対する被制御量の極値が変化する制
御系ならば、いかなる制御系にも適用可能な発明であ
る。例えば、ファン,ポンプを駆動する誘導電動機のイ
ンバータ装置へも適用できる。
例を図27に示す。上述の実施例図5では交流モータの
巻線電流を検出して、これを被制御量としていたが、本
実施例ではインバータ4に入力される直流電流idcを電
流検出増幅器20で検出し、その出力信号IDCを被制御
量としているところに違いがある。即ち、インバータの
入出力で見た電流は直流と交流の違いが或るも、平均値
で見た電流の大きさは略同一である。従って、本実施例
のようにインバータの直流側で被制御量を検出した方
が、前記実施例に比べ、電流検出器は一つでよいこと、
及び電流の平均値を求めるための整流演算手段が不要に
なることから、構成が簡素化できるとともに、制御演算
処理時間が短縮でき高応答化が図れるという効果が更に
得られる。
示す効果を有する。
っても、その変化を認識することなく被制御量であるモ
ータ電流の最小値を探索し、これを与える操作量のイン
バータ出力電圧を得ることができる。
れるノイズ成分やリプルの影響を受けることなく、モー
タ電流を最小にすることが可能である。
あたって、ノイズや変化する外乱のために発生する局部
的な極値に捕らわれたり、また極値が探索できずに操作
量がむやみに大きくなったり、逆に小さくなったりする
発散現象を呈することがなく安定で、しかも非常に実用
性が高い発明ということができる。
の動特性説明図。
ック図。
ック図。
要部動作説明図。
成図。
変動法説明図。
令変動法説明図。
理構成流れ図。
理の実行タイミング説明図。
理の詳細構成流れ図。
理の詳細構成流れ図。
理の詳細構成流れ図。
理の詳細構成流れ図。
理の詳細構成流れ図。
理の詳細構成流れ図。
図。
図。
図。
図。
の構成説明図。
の動作説明図。
巻線電流の変化法説明図。
図。
構成ブロック図。
線電流検出増幅部、8…制御演算部、9…PWM信号発
生IC、10…ゲートドライバ、11…直流量変換部、
12…メモリ群、13…比較部、14…変動領域演算
部、15…励磁電流指令演算部、16…電圧演算部、1
7…PWM信号時間データ作成部、100…極値探索回
路、200…増幅器、300…プロセス、m…操作量、
d…外乱、z…被制御量、iu,iv…巻線電流、I
U,IV,IW…巻線電流検出値、I1*…励磁電流指
令、V*…出力電圧指令、f*…出力周波数指令、Ts…
短サンプリング周期、Tl…長サンプリング周期、 I1
…モータ電流、IM(i)…モータ電流データ、ID
(i)…励磁電流指令データ、EXID…励磁電流指令
変動の目標値、IDUP…励磁電流指令変動の上限値、
IDLW…励磁電流指令変動の下限値、IDW…励磁電流指
令変動の変動幅、BESTID…5つのモータ電流データのな
かで最小のモータ電流データに対応する励磁電流指令デ
ータ、IDMAX…励磁電流指令変動域の最大値、ID
MIN…励磁電流指令変動域の最小値、IMSIG…モ
ータ電流変化分積算値、IMLV…変動開始許容値、G
RT…モータ電流変化率、IDSTP…励磁電流指令の
1ステップ変化分、MIDID…5つの励磁電流指令デ
ータのなかの中央の大きさの励磁電流指令データ。
Claims (20)
- 【請求項1】直流を入力して交流を出力するインバータ
で、該インバータの交流出力電圧を操作量として、交流
モータを駆動制御するインバータの制御方法において、 前記モータの入力電流が一定の運転状態からモータ電流
が増加した場合、もしくは減少した場合には、それぞれ
増加後の、もしくは減少後のモータ電流での運転状態
で、前記操作量を変化させてモータ電流を脈動させ、こ
の脈動するモータ電流の平均値が次第に減少する方向に
操作量を順次設定して行くことを特徴とするインバータ
の制御方法。 - 【請求項2】請求項1において、前記操作量は、前記イ
ンバータより交流電圧を出力させるように指令する電圧
指令値としたことを特徴とするインバータの制御方法。 - 【請求項3】請求項1において、前記操作量は、前記イ
ンバータより交流電圧を出力させるように指令する電圧
指令値を生成するところの、前記交流モータ電流の励磁
電流成分としたことを特徴とするインバータの制御方
法。 - 【請求項4】請求項1において、前記操作量を所定の上
限値と下限値の範囲内で変動させる為の変動領域を設
け、この変動領域を被制御量である前記インバータの入
力もしくは出力電流の、変化幅もしくは変化率の少なく
ともどちらか一方が小さくなる方向に時間経過と共に移
動させることを特徴とするインバータの制御方法。 - 【請求項5】請求項4において、前記変動領域は、前記
上限値により決定される第1の目標値と下限値により決
定される第2の目標値を設定し、前記操作量を一方の目
標値に向かって変化させ、この目標値を越えようとする
ときは他の目標値をその時点の上限値もしくは下限値に
設定し、この目標値に向かって変化させると共に、前記
2つの目標値を前記被制御量の変化幅もしくは変化率の
少なくともどちらか一方が小さくなる方向に時間経過と
共に移動させることを特徴とするインバータの制御方
法。 - 【請求項6】請求項4において、前記変動領域の移動
は、その移動前に得られた複数組の操作量とそれに対応
する被制御量のデータ対の中から、被制御量が極値の組
合わせの操作量を選び、これがその変動領域の内部とな
るように操作量の変動領域を順次決定していくことを特
徴とするインバータの制御方法。 - 【請求項7】請求項4において、前記変動領域の変動幅
は、前記操作量に対する前記被制御量の変化率の絶対値
が大きいときは小さく、またその変化率の絶対値が小さ
いときは大きく選定することを特徴とするインバータの
制御方法。 - 【請求項8】請求項4において、前記操作量とそれに対
応する前記被制御量は、これら両者を1つの組として少
なくとも3組以上をメモリ群に記憶し、所定周期毎に前
記操作量と被制御量の1組のメモリを前記メモリ群の中
で更新すると共に、前記メモリ群の中で被制御量が極値
となる被制御量の組に対応する操作量を選定し、この操
作量が内部に含まれるように前記変動領域を再設定する
と共に、その操作量が前記変動領域の上限値もしくは下
限値に近づく方向で次の操作量の値を設定することを特
徴とするインバータの制御方法。 - 【請求項9】請求項8において、前記所定周期内は第1
と第2の2つのモードに分割し、第1のモードでは、前
記所定周期より短い周期で操作量を階段状に変化させ、
第2のモードでは操作量を一定として、第2のモードか
ら次の周期の第1のモードに移行する前に、少なくとも
操作量と被制御量のメモリ群の1組を前記メモリ群へ格
納することを特徴とするインバータの制御方法。 - 【請求項10】請求項8において、前記メモリ群のなか
で、複数個の操作量を小さい順もしくは大きい順に並
べ、中央の値となる操作量に対応した被制御量が前記メ
モリ群内の他の被制御量と比較して最も小さい値の場合
に変動領域の移動を停止することを特徴とするインバー
タの制御方法。 - 【請求項11】請求項8において、前記変動領域の移動
が停止中からの前記操作量の変化の開始時における前記
操作量の変化は、被制御量の変化量が所定の許容値を超
えたときに行ない、この変化量が増加であれば前記操作
量を減少する方向から変化させ、また変化量が減少であ
れば前記操作量を増加させる方向から変化させることを
特徴とするインバータの制御方法。 - 【請求項12】請求項8において、前記操作量に最大値
と最小値を設定し、前記変動領域の上限値が前記最大値
を、または前記変動領域の下限値が前記最小値を超えよ
うとする場合、前記最大値を前記変動領域の上限値に、
または前記最小値を下限値に設定すると共に、変化中の
前記操作量が上記の上限値もしくは下限値に達したと
き、その時点での前記メモリ群内の前記被制御量が極値
に対応した前記操作量を選びだして前記操作量を決定す
ると共に、前記変動領域の移動を停止させることを特徴
とするインバータの制御方法。 - 【請求項13】請求項8において、前記変動領域の移動
が停止中からの前記操作量の変化の開始時における前記
操作量の変化は、前記被制御量の変化量が所定の許容値
を超えたときに行ない、その時点における前記操作量の
変動領域の上限が操作量の前記最大値の場合は前記操作
量を減少方向に、またその時点における前記操作量の変
動領域の下限が操作量の前記最小値の場合は前記操作量
を増加方向に設定するようにしたことを特徴とするイン
バータの制御方法。 - 【請求項14】請求項4において、前記操作量の変化
と、この変化後の操作量に対応した前記被制御量の検出
を1つの制御内容として、少なくとも3回以上の前記制
御の結果によって得られた、制御回数と同数の操作量と
被制御量の組合わせの中から被制御量が極値となる組合
わせの操作量を第1の操作量として、また最新の時点に
て既に出力されている操作量を第2の操作量として選
び、第2の操作量に対して、次の前記制御における操作
量の変化方向を、第1の操作量が第2の操作量より大き
い場合は増加方向に、第1の操作量が第2の操作量より
小さい場合は減少方向に設定することを特徴とするイン
バータの制御方法。 - 【請求項15】直流を交流に変換して交流モータを駆動
制御するインバータの制御装置において、 前記インバータの交流出力電圧の指令値を発生する手段
と、該出力電圧指令値に基づいて前記インバータを制御
する手段と、前記インバータの交流出力電流を検出する
手段と、前記交流出力電流の大きさを直流量に変換する
手段と、前記出力電圧指令値とこれに対応する前記直流
量の一対のデータを所定時間毎に記憶する少なくとも3
個以上のメモリ要素と、該メモリ要素から前記直流量の
少なくとも3個以上のデータを取り込みその中から最小
値を演算する手段と、該最小値に対応した出力電圧指令
値と他の出力電圧指令値のデータを取り込み比較し、前
記最小値に対応した出力電圧指令値が他の出力電圧指令
値のデータより大きければ増加するように、逆に前記最
小値に対応した出力電圧指令値が他の出力電圧指令値の
データより小さければ減少するように前記インバータの
交流出力電圧指令値発生手段における出力電圧指令値を
変更する手段とを備えたことを特徴とするインバータの
制御装置。 - 【請求項16】直流を交流に変換して交流モータを駆動
制御するインバータの制御装置において、 前記交流モータの励磁電流指令値を発生する手段と、該
励磁電流指令値に基づいて前記インバータの交流出力電
圧の指令値を演算する手段と、該出力電圧指令値に基づ
いて前記インバータを制御する手段と、前記インバータ
の交流出力電流を検出する手段と、前記交流出力電流の
大きさを直流量に変換する手段と、前記励磁電流指令値
とこれに対応する前記直流量の一対のデータを所定時間
毎に記憶する少なくとも3個以上のメモリ要素と、該メ
モリ要素から前記直流量の少なくとも3個以上のデータ
を取り込みその中から最小値を演算する手段と、該最小
値に対応した励磁電流指令値と他の励磁電流指令値のデ
ータを取り込み比較し、前記最小値に対応した励磁電流
指令値が他の励磁電流指令値のデータより大きければ増
加するように、逆に前記最小値に対応した励磁電流指令
値が他の励磁電流指令値のデータより小さければ減少す
るように前記励磁電流指令値を発生する手段における励
磁電流指令値を変更する手段とを備えたことを特徴とす
るインバータの制御装置。 - 【請求項17】直流を交流に変換して交流モータを駆動
制御するインバータの制御装置において、 前記インバータの交流出力電圧の指令値を発生する手段
と、該出力電圧指令値に基づいて前記インバータを制御
する手段と、前記インバータの直流入力電流を検出する
手段と、前記出力電圧指令値とこれに対応する前記直流
電流検出値の一対のデータを所定時間毎に記憶する少な
くとも3個以上のメモリ要素と、該メモリ要素から前記
直流量の少なくとも3個以上のデータを取り込みその中
から最小値を演算する手段と、該最小値に対応した出力
電圧指令値と他の出力電圧指令値のデータを取り込み比
較し、前記最小値に対応した出力電圧指令値が他の出力
電圧指令値のデータより大きければ増加するように、逆
に前記最小値に対応した出力電圧指令値が他の出力電圧
指令値のデータより小さければ減少するように前記イン
バータの交流出力電圧指令値発生手段における出力電圧
指令値を変更する手段とを備えたことを特徴とするイン
バータの制御装置。 - 【請求項18】直流を交流に変換して交流モータを駆動
制御するインバータの制御装置において、 前記交流モータの励磁電流指令値を発生する手段と、該
励磁電流指令値に基づいて前記インバータの交流出力電
圧の指令値を演算する手段と、該出力電圧指令値に基づ
いて前記インバータを制御する手段と、前記インバータ
の直流入力電流を検出する手段と、前記励磁電流指令値
とこれに対応する前記直流電流検出値の一対のデータを
所定時間毎に少なくとも3個以上記憶するメモリ要素
と、該メモリ要素から前記直流量の少なくとも3個以上
のデータを取り込みその中から最小値を演算する手段
と、該最小値に対応した励磁電流指令値と他の励磁電流
指令値のデータを取り込み比較し、前記最小値に対応し
た励磁電流指令値が他の励磁電流指令値のデータより大
きければ増加するように、逆に前記最小値に対応した励
磁電流指令値が他の励磁電流指令値のデータより小さけ
れば減少するように前記励磁電流指令値を発生する手段
における励磁電流指令値を変更する手段とを備えたこと
を特徴とするインバータの制御装置。 - 【請求項19】圧縮機駆動用の誘導電動機を可変速運転
するインバータの制御装置に備えた、請求項15もしく
は請求項18記載のインバータの制御装置。 - 【請求項20】ファンもしくはポンプ駆動用の誘導電動
機を可変速運転するインバータの制御装置に備えた、請
求項15もしくは請求項18記載のインバータの制御装
置。
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1992
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