JPH07118956B2 - ベクトル制御装置 - Google Patents

ベクトル制御装置

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JPH07118956B2
JPH07118956B2 JP62034049A JP3404987A JPH07118956B2 JP H07118956 B2 JPH07118956 B2 JP H07118956B2 JP 62034049 A JP62034049 A JP 62034049A JP 3404987 A JP3404987 A JP 3404987A JP H07118956 B2 JPH07118956 B2 JP H07118956B2
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圭子 須田
正 足利
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P5/00Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/06Rotor flux based control involving the use of rotor position or rotor speed sensors
    • H02P21/08Indirect field-oriented control; Rotor flux feed-forward control
    • H02P21/09Field phase angle calculation based on rotor voltage equation by adding slip frequency and speed proportional frequency
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/36Arrangements for braking or slowing; Four quadrant control

Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 この発明は誘導電動機の2次時定数を補償するベクトル
制御装置に関する。
B.発明の概要 この発明は電流制御型インバータを用いて誘導電動機
(以下IMと称す)をベクトル制御する装置において、 速度設定値または速度と信号発生器の出力の乗算値から
2次時定数補償演算出力を得、この補償演算出力とトル
ク電流とからすべり周波数演算に用いる2次時定数を変
化させるようにしたことにより、 理想的なベクトル制御を可能としたものである。
C.従来の技術 IMのベクトル制御を行うにはIMの2次抵抗(2次時定
数)の値を知ることが重要な要素となる。IMの2次抵抗
は2次導体の温度によって変化するため、外気温,負荷
の状態(2次電流)等により、通常、最初に設定した値
から約1.5倍程度も変化するおそれがある。また、2次
抵抗変化の影響は電流制御型のベクトル制御方式が電圧
制御型ベクトル制御方式よりも大きいことが知られてい
る。いまIMをすべり周波数制御方式によるベクトル制御
によって電流制御型インバータで動作させているとき、
すべり周波数の演算に用いる2次時定数が前述したよう
に外気温や負荷等によって実際の値と異なっていると、
2次磁束は後述の(2)式,(3)式のようになる。
まず、すべり周波数ωssの演算式を示すと(1)式のよ
うになる。
ωss=1/τ※・i1β※/i1α※ …(1) 但し、(1)式は電源と同期した座標を用いて表現した
ものである。
τ2:2次時定数,i1α:励磁電流,i1β:トルク電流,
※は指令値または演算に用いる値を示す。
次に2次磁束の式を示すと(2)式,(3)式のように
なる。2β =Mi1β※(1−K)/1+(KI) …(2)2α =M・i1α・1+KI2/1+(KI2) …(3) 但し、λ2α,λ2β:2次磁束、2α2βは定常
状態を示す。M:相互インダクタンス、K=τ2※、
I=i1β※/i1α※である。
上記(2)式から2次時定数τが実際の値と一致しな
いと(K≠1のとき)、2次磁束λ2α,λ2βのβ成
分が零とならない。つまり、ベクトル制御を理想的に行
うことができない問題がある。
なお、上述の場合のIMのトルクTeは次式に示すようにな
る。
Te=KT・(2α・i1β2β・i1α)…(4) 但し、KT:定数(P・M2/L2)、P:極対数、L2:2次インダ
クタンスである。
第4図は従来の技術の項で述べたベクトル制御の問題点
を解決するための2次時定数τの可変装置を示すブロ
ック図で、第4図において、1は速度指令ωsrとIM2の
速度ωとの偏差を検出する偏差検出器で、この偏差検出
器1の偏差出力は比例積分演算(PI)部3に入力され
る。PI部3の出力にはトルク電流it※を得て、この電流
it※を2相/3相変換器4に励磁電流指令io※とともに入
力する。
前記トルク電流it※はすべり周波数演算部5、IMと等価
なモデル6および乗算器7に与えられる。すべり周波数
演算部5はモデル6の出力により2次時定数τを変化
させて出力にすべり周波数ωを得る。演算部5の出力
に得られたωはIM2のωと加算されて2相/3相変換器
4に入力される。2相/3相変換器4はit※,io※および
ωとωとの換算出力を用いて、インバータ8を制御す
る出力を送出する。なお、9はωとモデル6との偏差を
得る検出器、10は積分器である。
上記のように構成された装置において、2次時定数τ
を、IM2のωとモデル6との出力との偏差値からモデル
6を変えて演算する手段をとっていた。
D.発明が解決しようとする問題点 上記第4図に示した手段でベクトル制御の問題を解決し
ようとする場合、慣性モーメント、モータ定数(2次時
定数以外)が不正確だと誤差を生じたり、また演算が複
雑になったりする問題点が発生する。
E.問題点を解決するための手段 この発明は2相/3相変換部の出力に得られる電流指令と
電流制御型インバータの出力電流との偏差に応じて前記
インバータを制御してIMをベクトル制御する装置におい
て、 前記2相/3相変換部にトルク指令を出力するトルク電流
演算部と、 予め計算された値に基づいた信号を発生する信号発生器
と、 この信号発生器の出力と励磁電流指令とを加算し、その
加算出力を前記2相/3相変換部に供給する加算器と、 前記信号発生器の出力と速度または速度と速度指令との
偏差として得られる速度設定値(速度制御の場合)との
乗算値が入力され、この乗算値を演算し出力に2次時定
数補償値を送出する2次時定数補償演算部と、 この2次時定数補償演算部の出力および前記トルク電流
と励磁電流指令あるいはトルク電流指令と前記加算器出
力とが供給され、両出力とからすべり周波数演算に用い
る2次時定数を変化させるすべり周波数演算部と、 このすべり周波数演算部の演算出力とIMの速度とを加算
し、その加算出力から2相/3相変換部に供給する三角関
数を得る三角関数発生部とを備え、前記2相−3相変換
部は入力されるトルク電流指令、励磁電流指令と信号発
生器との加算出力および三角関数から出力に電流指令を
送出するようにしたことを特徴とするものである。
F.作用 比例積分演算部の出力に得られたトルク電流指令、励磁
電流指令及び2次時定数補償演算部の演算出力からすべ
り周波数演算に用いる2次時定数を変化させて実際の2
次時定数を得る。このように得られたすべり周波数とIM
の検出速度から、角周波数を得る。この角周波数から三
角関数を発生させ、この三角関数、トルク電流指令およ
び励磁電流指令と信号発生器との加算出力から電流指令
を2相/3相変換部の出力に得る。この電流指令によりイ
ンバータを制御してIMをベクトル制御する。
G.実施例 以下図面を参照してこの発明の一実施例を説明するに第
4図と同一部分には同一符号を付して示す。
第1図において、偏差検出器1の出力に得られた速度設
定値enはPI部3により演算されてその出力にトルク電流
it※を得る。トルク電流it※は2相/3相変換器4に供給
される。11は予め計算によって発生される信号i1nを送
出する信号発生器で、この信号発生器11から送出された
信号i1nは2次時定数補償演算部12に供給される。この
2次時定数補償演算部12は乗算器12a,一次遅れ部(τa/
stτ)12b,ゲイン(Ka)設定部12c及び2次時定数補
償係数部(1/τ※)から構成される。前記信号i1n
乗算器12aの第1入力に供給され、その第2入力に供給
される速度設定値enと乗算されてその出力が一次遅れ部
12bに供給される。一次遅れ部12bの出力にはゲイン
(Ka)〜設定部12cのKaが乗算されてゲイン設定部12cの
出力に相関係数exが得られる。この相関係数exは2次時
定数補償係数部(1/τ※)12dに供給される。2次時
定数補償演算部12は上記のような各構成により2次時定
数τ※を演算してその出力をすべり周波数演算部5に
供給する。すべり周波数演算部5は除算器5aと2次時定
数1/τ※係数部5bから構成される。除算器5aにはトル
ク電流it※と励磁電流指令io※が供給されて、it※/io
※の除算を行ってその出力が2次時定数1/τ※係数部
5bに供給される。この係数部5bには2次時定数補償演算
部12から2次時定数補償係数出力が供給される。この係
数により演算部5で2次磁束(2β=0)が零となる
ように演算される。すべり周波数演算部5の出力はIM2
の速度ωと加算器13で加算される。この加算出力が角周
波数ωとなって三角関数発生部14に供給される。三角
関数発生部14からはsinωotとcosωotが出力されて2相
/3相変換器4に供給される。2相/3相変換器4には信号
発生器11の信号i1nと励磁電流指令io※との加算出力ioo
※が加算器15から供給される。
2相/3相変換器4はトルク電流it※,三角関数出力sin
ωotとcosωot及び加算出力ioo※とから、出力に3相電
流指令ia※,ib※,ic※を送出する。この電流指令はイン
バータ8の出力電流との偏差を偏差検出器16a,16b,16c
により得て、その出力がPI部17a,17b,17cを介してPWM発
生部18に供給される。PWM発生部18の出力はゲート回路
部19を介してインバータ8に供給され、インバータ8が
制御される。20は三角波発振器、21a,21b,21cは変流
器、23はIM2の速度ωを得るレゾルバである。
上記のように構成された実施例の動作を述べる。
IM2がインバータ8により運転されているとき、前記
(2)式から2次時定数τが実際の値と一致しないと
(K≠1のとき)、2次磁束のβ成分が零とならなくな
り、ベクトル制御が理想的に行われなくなる。そこで信
号発生器11から信号i1nを励磁電流指令io※と加算させ
て2相/3相変換器4に供給する。信号i1nを励磁電流指
令io※に加算すると前述のようにK≠1と、λ2βも零
とならないので、(4)式に示すトルクTeにその影響が
現れてIM2の回転数(速度)ωが信号i1nにより変動す
る。このことから信号I1nと回転数ωの間の相関係数ex
を調べることにより2次磁束2βが零か否かが判る。
相関係数exは次式で与えられる。
ω:回転数,i1n:信号 (5)式を計算すると、 KT:定数,j:慣性モーメント となり、(2)式で示すように、すべり周波数演算に用
いる2次時定数と実際の値との差及びトルク電流によっ
て2次磁束2βが決定される。
従って、exとi1β※により、2次時定数補償係数部12
dの1/τ※を増減することにより2次磁束2βを零
(exを零)とすることができる。
上記のように2βが零になったときのすべり周波数演
算部5のすべり出力と速度ωの加算出力で角周波数ω
を得て三角関数を発生させる。このようにして2相/3相
変換器4の出力に得られる電流指令ia※,ib※,ic※によ
りIM2をベクトル制御すれば理想的なベクトル制御を行
うことができる。第2図Aは2次時定数の特性図で、横
軸に時間,縦軸にτ※1τの比をとったものであ
る。また第2図Bは2次磁束2βの特性図で、横軸に
時間,縦軸にλ2βをとったものである。
第3図はこの発明の他の実施例を示すブロック図で、第
1図と異なる部分はすべり周波数演算部5の除算器5aに
励磁電流指令io※と信号発生器11の信号i1nとの加算出
力(io※+i1n)を供給した点にある。このように(io
※+i1n)をすべり周波数演算部5に与えると、2次時
定数の低いIM2に対しても正確に補償ができるようにな
る利点がある。
上述した2次時定数補償をマイクロコンピュータで行う
ときのアルゴリズムを示すと以下のようになる。
(1)ωssの演算には信号i1nのないioを用いる。
(2)1次電流指令の演算には信号i1nの入ったioを用
いる。
(3)2次時定数R2※の変え方 Xa=en・i1n・Ka if|en|>Enlim then Xa=0(Xa=0としたのは過渡
状態では2次時定数を変えない意味) Xb=KaXa+KbXb(ローパスフィルタ) R2※=R2※+Xb・sign(it※) 正し、en=(速度設定−速度),信号i1n(1サンプリ
ング前の値) Ta:時定数 Ts:サンプリング時間 過渡時には演算を行わないようにするため、速度偏差en
の絶対値がEnlimよりも大きいときにはXaを零とする。
(4)信号i1nは1msec毎に変える。
H.発明の効果 以上述べたようにこの発明によれば、速度設定値と信号
発生器の出力とから2次時定数補償値を得、この補償値
とトルク電流によりすべり周波数演算に用いる2次時定
数の変化を補償するようにしたので、2次時定数が負荷
等に左右されないで実際の値になるため理想的なベクト
ル制御ができる。また、この発明ではモデルを用いない
ので、慣性モーメントの影響を受けない。さらにこの発
明では2次時定数の変化を補償するので、ノイズによる
トルクの変動を防止できる。この他に従来装置に比較し
て演算が簡単になるため、制御装置として用いるマイク
ロコンピュータのプログラムが簡単になりかつ演算時間
が短くなる等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例を示すブロック図、第2図
A,Bは特性図、第3図はこの発明の他の実施例を示すブ
ロック図、第4図は従来例を示すブロック図である。 1……偏差検出器、2……IM、3……比例積分演算部、
4……2相/3相変換部、5……すべり周波数演算部、11
……信号発生部、12……2次時定数補償演算部、14……
三角関数発生部。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】2相/3相変換部の出力に得られる電流指令
    と電流制御型インバータの出力電流との偏差に応じて前
    記インバータを制御してIMをベクトル制御する装置にお
    いて、 前記2相/3相変換部にトルク指令を出力するトルク電流
    演算部と、 予め計算された値に基づいた信号を発生する信号発生器
    と、 この信号発生器の出力と励磁電流指令とを加算し、その
    加算出力を前記2相/3相変換部に供給する加算器と、 前記信号発生器の出力と速度、または速度と速度指令と
    の偏差として得られる速度設定値(速度制御の場合)と
    の乗算値が入力され、この乗算値を演算し出力に2次時
    定数補償値を送出する2次時定数補償演算部と、 この2次時定数補償演算部の出力および前記トルク電流
    と励磁電流指令あるいはトルク電流指令と前記加算器出
    力とが供給され、両出力とからすべり周波数演算に用い
    る2次時定数を変化させるすべり周波数演算部と、 このすべり周波数演算部の演算出力とIMの速度とを加算
    し、その加算出力から2相/3相変換部に供給する三角関
    数を得る三角関数発生部とを備え、前記2相−3相変換
    部は入力されるトルク電流指令、励磁電流指令と信号発
    生器との加算出力および三角関数から出力に電流指令を
    送出するようにしたことを特徴とするベクトル制御装
    置。
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