JPH09130972A - Method and apparatus for calculating operational phase of specific frequency component signal and digital control system - Google Patents

Method and apparatus for calculating operational phase of specific frequency component signal and digital control system

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JPH09130972A
JPH09130972A JP7278767A JP27876795A JPH09130972A JP H09130972 A JPH09130972 A JP H09130972A JP 7278767 A JP7278767 A JP 7278767A JP 27876795 A JP27876795 A JP 27876795A JP H09130972 A JPH09130972 A JP H09130972A
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朝紀 渡邉
Takashi Maeda
孝 前田
Abudara Mishi
ミシ・アブダラ
Katsuji Iida
克二 飯田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To determine the operational phase of a specific frequency component signal accurately and to control an active filter using the operational phase signal. SOLUTION: Assuming the value of a specific frequency component signal at current point of time t1 is V1, the value of that signal at a previous sampling time t0 is V0, the phase at current point of time is ϕ, and the sampling period is TS, operational phase sin(ω0 t1+ϕ) of that signal can be determined as follows; sin(ω0 t1+ϕ)=sin[tan<-1> (V1sinω0 TS)/-(V1cosω0 TS-V0)}]. Since the operational phase is calculated according to the formula in a digital control system, it can be determined accurately regardless of noise in the vicinity of zero-cross point. When the apparatus is applied to the digital control system for active filter, the operational phase of an AC power supply can be calculated accurately from a sampled voltage thereof thus realizing a highly accurate control.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】デジタル制御システムにおい
て、単一の特定周波数を成分としたアナログ信号をサン
プリングしてデジタル信号に変換し制御演算を行う際、
その動作位相を求め、この信号を数式の形で表しておく
必要が生じる場合がある。本発明は、上記した特定周波
数成分の信号の動作位相を正確に求めるための方法およ
び装置、並びに、該手法を用いてアクティブフィルタを
制御するデジタル制御システムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION In a digital control system, when an analog signal having a single specific frequency as a component is sampled and converted into a digital signal to perform control calculation,
In some cases, it is necessary to obtain the operating phase and express this signal in the form of a mathematical expression. The present invention relates to a method and an apparatus for accurately obtaining an operating phase of a signal having the above-mentioned specific frequency component, and a digital control system for controlling an active filter using the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】特定周波数の成分を持った信号の動作位
相を表す方法としては、従来から、例えば信号の零クロ
スポイントを基準として、そのポイントからの時間をカ
ウントし、信号の位相を表す方法が知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a method of expressing an operating phase of a signal having a component of a specific frequency, for example, a time from that point is counted with reference to a zero cross point of the signal, and a phase of the signal is represented. It has been known.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上記方法は次のような
問題がある。 (1)零クロスポイント付近の波形に歪みやノイズが重
畳していると大きな誤差となる。 (2)急に位相がシフトするような場合は、使用不可能
となる場合がある。
The above method has the following problems. (1) If distortion or noise is superimposed on the waveform near the zero cross point, a large error occurs. (2) When the phase suddenly shifts, it may become unusable.

【0004】本発明は上記した従来技術の問題点を考慮
してなされたものであり、本発明の第1の目的は、特定
周波数成分の信号に若干のノイズ等が重畳したり、ある
いは、急な位相シフトがあっても正確に信号の動作位相
を求め、上記信号を数式で表すことができる動作位相の
算出方法および装置を提供することである。本発明の第
2の目的は、サンプリングされた交流電源電圧から交流
電源の動作位相を正確に算出し、算出された動作位相
と、交流電源電流に含まれる高調波のサンプリング値に
基づき、交流電源電流に含まれる高調波を除去するアク
ティブフィルタのデジタル制御システムを提供すること
である。
The present invention has been made in consideration of the above-mentioned problems of the prior art. The first object of the present invention is to superimpose a slight noise or the like on a signal of a specific frequency component, or to make a sudden noise. It is an object of the present invention to provide a method and a device for calculating an operating phase that can accurately obtain the operating phase of a signal even if there is a large phase shift and can express the signal by a mathematical expression. A second object of the present invention is to accurately calculate the operating phase of an AC power supply from a sampled AC power supply voltage, and to calculate the operating phase and the AC power supply based on the sampled values of the harmonics contained in the AC power supply current. An object of the present invention is to provide a digital control system for an active filter that removes harmonics contained in current.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】図1は本発明の動作位相
の算出方法を説明する図である。同図において、Vは特
定周波数成分の信号、t1 は現時点、t0 は1サンプリ
ング時間Ts 前の時刻、V1 は現時点の信号Vの値、V
0 は1サンプリング時間前の信号Vの値、φは現時点に
おける信号Vの位相、Ts はサンプリング周期である。
FIG. 1 is a diagram for explaining a method of calculating an operating phase according to the present invention. In the figure, V is a signal of a specific frequency component, t1 is the present time, t0 is a time before one sampling time Ts, V1 is the value of the signal V at the present time, V1
0 is the value of the signal V one sampling time before, φ is the current phase of the signal V, and Ts is the sampling period.

【0006】本発明においては、図1において次のよう
にして上記した特定周波数成分の信号の動作位相を求め
る。図1(a)において、V0 ,V1 が特定周波数の正
弦波波形の値とすると、V0 とV1 は次の式(1)
(2)で表すことができる。 V0 =Vm sin ( ωo t1 +φ−ωTs ) …(1) V1 =Vm sin ( ωo t1 +φ ) …(2) ここで、Vm は特定周波数成分の信号Vの波高値、ωo
は特定周波数成分の信号の角周波数である。
In the present invention, the operating phase of the signal of the above-mentioned specific frequency component is obtained as follows in FIG. In FIG. 1 (a), if V0 and V1 are values of a sine wave waveform having a specific frequency, V0 and V1 are expressed by the following equation (1).
It can be expressed by (2). V0 = Vm sin (ωo t1 + φ-ωTs) (1) V1 = Vm sin (ωo t1 + φ) (2) where Vm is the peak value of the signal V of the specific frequency component, and ωo
Is the angular frequency of the signal of the specific frequency component.

【0007】上記式(1)(2)より次の(3)式が得
られる。 V0 /V1 =Vm sin ( ωo t1 +φ−ωTs ) /Vm sin ( ωo t1 +φ ) =cos ωTs −{sin ωTs / tan( ωo t1 +φ) }…(3) 上記(3)式より次の(4)式が得られる。 tan (ωo t1 +φ) =V1sinωo Ts /( V1cosωo Ts −V0)…(4)
From the above equations (1) and (2), the following equation (3) is obtained. V0 / V1 = Vm sin ([omega] t1 + [phi]-[omega] Ts) / Vm sin ([omega] t1 + [phi]) = cos [omega] Ts- {sin [omega] Ts / tan ([omega] t1 + [phi])} (3) From the above equation (3), the following (4) ) Is obtained. tan (ωo t1 + φ) = V1sinωo Ts / (V1cosωo Ts -V0) (4)

【0008】したがって、(4)式より次の(5)式が
得られる。 sin(ωo t1+φ)= sin{tan -1( V1sinωo Ts)/( V1cosωo Ts −V0)} ……(5) すなわち、図1(b)に示すように特定周波数成分の信
号の1サンプリング前の値V0 と、現時点のサンプリン
グ値V1 から上記式(5)により、上記特定周波数成分
の信号の位相を求め、該特定周波数成分の信号を数式で
表すことができる。
Therefore, the following expression (5) is obtained from the expression (4). sin (ωo t1 + φ) = sin {tan -1 (V1sinωoTs) / (V1cosωoTs-V0)} ...... (5) That is, as shown in Fig. 1 (b), the value of the signal of the specific frequency component one sampling before. The phase of the signal of the specific frequency component can be obtained from V0 and the sampling value V1 at the present time by the above equation (5), and the signal of the specific frequency component can be expressed by a mathematical expression.

【0009】前記課題を解決するため、本発明の請求項
1,2の発明は、上記原理に基づき式(5)のように特
定周波数成分の信号の動作位相sin(ωo t +φ)を求め
るようにしたので、比較的簡単な演算により特定周波数
成分の信号の動作位相を数式で表現することができる。
また、零クロスポイント付近にノイズ等が重畳したりあ
るいは急な位相シフトがあっても正確に動作位相を求め
ることができる。このため、デジタル制御システムにお
いて、比較的簡単な演算処理で、高精度な制御を行うこ
とができる。
In order to solve the above-mentioned problems, the inventions of claims 1 and 2 of the present invention determine the operating phase sin (ωo t + φ) of the signal of the specific frequency component based on the above-mentioned principle as shown in equation (5). Therefore, the operating phase of the signal of the specific frequency component can be expressed by a mathematical expression by a relatively simple calculation.
Further, even if noise or the like is superposed near the zero cross point or there is a sudden phase shift, the operating phase can be accurately obtained. Therefore, in the digital control system, highly accurate control can be performed by relatively simple arithmetic processing.

【0010】本発明の請求項3の発明は、交流電源電圧
の1サンプリング前の値V0 と、現時点のサンプリング
値V1 から上記(5)式より交流電源の動作位相を求
め、該動作位相を用いてバンドパスフィルタが出力する
特定周波数の成分のサンプリング値に基づき、交流電流
に含まれる特定周波数成分の高調波を除去するようにし
たので、比較的簡単な演算処理で高精度な制御を行うこ
とができる。
According to a third aspect of the present invention, the operating phase of the AC power supply is obtained from the value V0 before one sampling of the AC power supply voltage and the current sampling value V1 by the above equation (5), and the operating phase is used. Since the harmonics of the specific frequency component contained in the AC current are removed based on the sampling value of the specific frequency component output by the bandpass filter, it is possible to perform highly accurate control with relatively simple arithmetic processing. You can

【0011】[0011]

【発明の実施形態】次に本発明の実施例をアクティブフ
ィルタのデジタル制御システムを一例として説明する。
なお、以下の実施例ではアクティブフィルタのデジタル
制御システムについて説明するが、本発明の適用対象は
上記デジタル制御システムに限定されるものではなく、
1サンプリング後の変量を予測して制御する各種のデジ
タル制御システムに適用することができる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Next, an embodiment of the present invention will be described by taking a digital control system of an active filter as an example.
In addition, although the digital control system of the active filter will be described in the following embodiments, the application target of the present invention is not limited to the digital control system.
It can be applied to various digital control systems that predict and control the variable after one sampling.

【0012】図2は本発明の実施例のアクティブフィル
タ制御システムの全体構成を示す図である。同図におい
て、1はスイッチング手段SC1〜SC4とコンデンサ
C1から構成されるAC/DCコンバータである。AC
/DCコンバータ1は、図示しない制御装置によりPW
M制御され、三巻線トランスTrを介して電源3から供
給される交流電圧を直流電圧に変換して、例えば電気車
両等の負荷Lに供給する。
FIG. 2 is a diagram showing the overall configuration of an active filter control system according to an embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 1 is an AC / DC converter including switching means SC1 to SC4 and a capacitor C1. AC
The / DC converter 1 is controlled by the control device (not shown) so that the PW
The M voltage is controlled, the AC voltage supplied from the power supply 3 via the three-winding transformer Tr is converted into the DC voltage, and the DC voltage is supplied to the load L such as an electric vehicle.

【0013】また、上記AC/DCコンバータ1の動作
時、AC/DCコンバータ1からはPWM制御のスイッ
チング周波数(本実施例では1.8kHz)に応じた
1.8kHzの高調波(角周波数=ω)が発生する。上
記高調波は配電線等の分布定数と共振を起こし、電圧が
異常に上昇する等の悪影響を与える。2は上記した高調
波を除去するためのアクティブフィルタ主回路であり、
アクティブフィルタ主回路はブリッジ状に接続されたS
A1〜SA4のスイッチング手段とコンデンサC2から
構成され、上記スイッチング手段SA1〜SA4をPW
M制御することで上記高調波が除去される。
During operation of the AC / DC converter 1, the AC / DC converter 1 outputs a harmonic of 1.8 kHz (angular frequency = ω) corresponding to the switching frequency of PWM control (1.8 kHz in this embodiment). ) Occurs. The harmonics cause resonance with the distributed constants of the distribution line and the like, and have an adverse effect such as an abnormal increase in voltage. 2 is an active filter main circuit for removing the above harmonics,
The active filter main circuit is S connected in a bridge
It is composed of switching means A1 to SA4 and a capacitor C2.
The harmonics are removed by M control.

【0014】4は上記1.8kHzの高調波を選択的に
通過させる高調波検出用アナログ・アクティブフィルタ
であり、電流検出器CT2により検出されるAC/DC
コンバータ1への流入電流iLから位相遅れなく高調波
成分ih のみを取り出す。5はアナログデジタル変換器
であり、アナログデジタル変換器5は上記高調波検出用
アナログ・アクティブフィルタ4の出力ihと、電圧検
出用トランスTR1により検出されるアクティブフィル
タ主回路2の入力電圧VS と、電流検出器CT1により
検出されるアクティブフィルタ主回路2への流入電流i
c と、電圧検出器Vdtにより検出されるコンデンサC2
の両端電圧Vdcとをサンプリングしてデジタル信号に変
換する。
Reference numeral 4 denotes a harmonic detection analog active filter for selectively passing the above 1.8 kHz harmonic, which is an AC / DC detected by the current detector CT2.
Only the harmonic component ih is extracted from the current iL flowing into the converter 1 without phase delay. Reference numeral 5 is an analog-digital converter, and the analog-digital converter 5 outputs the output ih of the harmonic active analog active filter 4 and the input voltage VS of the active filter main circuit 2 detected by the voltage detecting transformer TR1. Inflow current i into the active filter main circuit 2 detected by the current detector CT1
c and the capacitor C2 detected by the voltage detector Vdt
The voltage Vdc between both ends is sampled and converted into a digital signal.

【0015】6はデジタルシグナルプロセッサ(以下D
SPという)であり、上記アナログデジタル変換器5が
出力するデジタル信号を演算して、アクティブフィルタ
主回路2のスイッチング手段SA1〜SA4をPWM制
御する制御信号を発生し、該制御出力は駆動回路7に与
えられ、スイッチング手段SA1〜SA4が制御され
る。
6 is a digital signal processor (hereinafter D
SP) and calculates a digital signal output from the analog-digital converter 5 to generate a control signal for PWM controlling the switching means SA1 to SA4 of the active filter main circuit 2, and the control output is the drive circuit 7. And the switching means SA1 to SA4 are controlled.

【0016】図3は上記DSP6における処理を示すブ
ロック図、図4は図3に示す位相算出手段の構成を示す
図、図5は図3に示す予測手段6aの構成を示す図であ
る。図3、図4、図5において、図2に示したものと同
一のものには同一の符号が付されており、4は前記した
高調波検出用アナログ・アクティブフィルタ、5は前記
したアナログデジタル変換器、6はDSP、7はアクテ
ィブフィルタ主回路2のスイッチング手段SA1〜SA
4の駆動回路である。また、図4の61bは1サンプリ
ング前の値を記憶する記憶手段、62bは前記した式
(5)よりsin(ωo t1+φ)を求める演算手段、図5の
61aは1サンプリング前の値を記憶する記憶手段、6
2aは現時点より1サンプリング後の値を演算する演算
手段である。
FIG. 3 is a block diagram showing the processing in the DSP 6, FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the phase calculating means shown in FIG. 3, and FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the predicting means 6a shown in FIG. In FIGS. 3, 4, and 5, the same components as those shown in FIG. 2 are designated by the same reference numerals, 4 is the above-mentioned harmonic active analog active filter, and 5 is the above-mentioned analog digital. Converter, 6 is DSP, 7 is switching means SA1 to SA of the active filter main circuit 2
4 is a drive circuit. Further, 61b in FIG. 4 is a storage means for storing the value before one sampling, 62b is a calculating means for obtaining sin (ωo t1 + φ) from the above equation (5), and 61a in FIG. 5 is for storing the value before one sampling. Storage means, 6
Reference numeral 2a is a calculation means for calculating a value after one sampling from the present time.

【0017】次に図3、図4、図5により本実施例にお
けるアクティブフィルタの制御について説明する。電圧
検出器Vdtにより検出されたコンデンサC2の両端電圧
Vdc、高調波検出用アナログ・アクティブフィルタ4が
出力する高調波電流ih 、電圧検出用トランスTR1に
より検出される電圧VS 、検出器CT1により検出され
る電流icは、アナクロデジタル変換器5によりサンプ
リングされデジタル信号に変換されてDSP6に入力さ
れる。
Next, the control of the active filter in this embodiment will be described with reference to FIGS. 3, 4 and 5. The voltage Vdc across the capacitor C2 detected by the voltage detector Vdt, the harmonic current ih output by the harmonic detecting analog active filter 4, the voltage VS detected by the voltage detecting transformer TR1, and the detector CT1 are detected. The electric current ic is sampled by the anachronous digital converter 5, converted into a digital signal, and input to the DSP 6.

【0018】DSP6に入力されるコンデンサC2の両
端電圧Vdcと参照電圧Vdc *は減算器6fに与えられ、
その偏差が比例積分演算手段6cに与えられる。比例積
分演算手段6cは上記偏差に比例・積分演算を施し、ア
クティブフィルタ主回路2へ流入すべき電流の波高値I
cor (交流電流の基本波成分電流の波高値:例えば50
Hz、角周波数=ωo )を生成する。
The voltage Vdc across the capacitor C2 and the reference voltage Vdc * input to the DSP 6 are given to the subtractor 6f,
The deviation is given to the proportional-plus-integral calculation means 6c. The proportional-plus-integral calculation means 6c performs proportional-integral calculation on the above deviation, and the peak value I of the current that should flow into the active filter main circuit 2
cor (the peak value of the fundamental wave component current of the alternating current: eg 50
Hz, angular frequency = ωo).

【0019】一方、位相算出手段6bは、アナクロデジ
タル変換器5によりサンプリングされデジタル信号に変
換された電圧VS から、前記した手法で交流電源3(角
周波数=ωo )の電圧位相φを算出し、sin(ωo t1 +
φ)を出力する。すなわち、図4に示すように、位相算
出手段6bは記憶手段61bにより1サンプリング前の
電圧VS のサンプリング値V0 を記憶し、現時点のサン
プリング値V1 と記憶手段61bに記憶された1サンプ
リング前のサンプリング値V0 に基づき演算手段62b
により前記した式(5)によりsin(ωo t1 +φ)を求
める。
On the other hand, the phase calculating means 6b calculates the voltage phase φ of the AC power supply 3 (angular frequency = ωo) by the above-mentioned method from the voltage VS sampled by the anachronous digital converter 5 and converted into a digital signal, sin (ωo t1 +
φ) is output. That is, as shown in FIG. 4, the phase calculating means 6b stores the sampling value V0 of the voltage VS one sampling before by the storage means 61b, and the sampling value V1 at the present time and the sampling value one sampling before stored in the storage means 61b. Calculation means 62b based on the value V0
Then, sin (ωo t1 + φ) is obtained by the above equation (5).

【0020】上記比例積分演算手段6cが出力する波高
値Icor と位相算出手段6bが出力するsin(ωo t1 +
φ)は乗算器6gにより乗算され、アクティブフィルタ
主回路2に流入する交流電流の指令値icor * が生成さ
れる。すなわち、アクティブフィルタ主回路2に流入す
る交流電流の基本波成分は、位相φが電源電圧VS の位
相に一致するように制御され、また、その波高値Icor
は電圧Vdc=参照電圧Vdc* となるように制御される。
一方、予測手段6aは高調波成分ihの1サンプリング
後の値ih * を予測する。
The peak value Icor output by the proportional-plus-integral calculating means 6c and sin (ωo t1 + by the phase calculating means 6b)
φ) is multiplied by the multiplier 6g to generate the command value icor * of the alternating current flowing into the active filter main circuit 2. That is, the fundamental wave component of the alternating current flowing into the active filter main circuit 2 is controlled so that the phase φ coincides with the phase of the power supply voltage VS, and its peak value Icor
Is controlled so that voltage Vdc = reference voltage Vdc * .
On the other hand, the prediction means 6a predicts the value ih * of the harmonic component ih after one sampling.

【0021】上記1サンプリング後の予測値ih * は次
のようにして算出される。高調波成分が正弦波であると
し、時間t1 を現サンプリング期間の開始時刻、t0 を
1サンプリング時間Ts 前の時刻、t2 を1サンプリン
グ時間Ts 後の時刻とし、時刻t0 におけるサンプリン
グ値をi0 、時刻t1 におけるサンプリング値をi1 、
時刻t2 におけるサンプリング値ih * とすると、i0
,i1 ,ih * は次の式(6a)〜(6c)で表される。
The predicted value ih * after one sampling is calculated as follows. Assuming that the harmonic component is a sine wave, time t1 is the start time of the current sampling period, t0 is the time one sampling time Ts before, t2 is the time one sampling time Ts later, and the sampling value at time t0 is i0, the time The sampling value at t1 is i1,
Assuming that the sampling value ih * at time t2 is i0
, I1, ih * are expressed by the following equations (6a) to (6c).

【0022】 Im sin(ωt1 −ωTs −θ) =i0 … (6a) Im sin(ωt1 −θ) =i1 …(6b) Im sin(ωt1 +ωTs −θ) =ih * …(6c) ここで、Im は特定周波数成分iの波高値、Ts は1サ
ンプリング周期、θは特定周波数成分の位相である。
Im sin (ωt1−ωTs−θ) = i0 (6a) Im sin (ωt1−θ) = i1 (6b) Im sin (ωt1 + ωTs−θ) = ih * (6c) where Im Is the peak value of the specific frequency component i, Ts is one sampling period, and θ is the phase of the specific frequency component.

【0023】上記式(6a)(6b)より次の(6d)式が得
られる。 i1 sin(ωt1 −ωTs −θ) =i0 sin(ωt1 −θ) …… (6d) 式(6d)より次の(6e)式が得られる。 cos(ωt1 −θ) ={(i1 cos ωTs −i0 )/(i1 sin ωTs ) }sin(ωt1 −θ)…(6e) 式(6c)より次の(6f) 式が得られる。 ih * =Im sin(ωt1 −θ)cos ωTs+Im cos(ω
t1 −θ)sin ωTs …(6f) 式(6c)(6e)(6f)より次の(6)式が得られる。 ih * =2i1 cos ωTs −i0 …(6)
From the above equations (6a) and (6b), the following equation (6d) is obtained. i1 sin (ωt1 −ωTs −θ) = i0 sin (ωt1 −θ) (6d) From the equation (6d), the following equation (6e) is obtained. cos (ωt1−θ) = {(i1 cos ωTs−i0) / (i1 sin ωTs)} sin (ωt1−θ) (6e) The following equation (6f) is obtained from the equation (6c). ih * = Im sin (ωt1 −θ) cos ωTs + Im cos (ω
t1 −θ) sin ωTs (6f) From the equations (6c), (6e), and (6f), the following equation (6) is obtained. ih * = 2i1 cos ωTs −i0 (6)

【0024】すなわち、位相算出手段6aは図5に示す
ように記憶手段61aにより1サンプリング前の値i0
を記憶し、現時点のサンプリング値i1 と、記憶手段6
1bに記憶された1サンプリング前のサンプリング値i
0 に基づき、演算手段62bにより上記式(6)により
1サンプリング後の予測値ih * を求める。
That is, as shown in FIG. 5, the phase calculating means 6a stores the value i0 one sampling before by the storing means 61a.
For storing the current sampling value i1 and the storage means 6
Sampling value i of one sampling before stored in 1b
Based on 0, the calculation means 62b calculates the predicted value ih * after one sampling by the above equation (6).

【0025】予測手段6aにより求められた1サンプリ
ング後の高調波成分の予測値ih *は減算器6hに与え
られ、前記した交流電流の指令値icor * と減算され、
電流指令値icr(高調波成分の補償分を含む)が生成さ
れる。すなわち、交流電流の指令値icor * (角周波数
=ωo )に高調波成分(角周波数=ω)の予測値ih *
(高調波成分の補償値に相当)が重畳され、アクティブ
フィルタ主回路2に流入すべき電流指令値icrが生成さ
れる。スイッチング時間演算手段6dは上記電流指令値
icrに基づき次のようにしてスイッチング時間を算出す
る。
The predicted value ih * of the harmonic component after one sampling obtained by the predicting means 6a is given to the subtractor 6h and subtracted from the above-mentioned AC current command value icor * ,
A current command value icr (including compensation for harmonic components) is generated. That is, the predicted value ih * of the harmonic component (angular frequency = ω) is added to the command value of the AC current icor * (angular frequency = ωo) .
(Corresponding to the compensation value of the harmonic component) is superimposed to generate the current command value icr that should flow into the active filter main circuit 2. The switching time calculating means 6d calculates the switching time as follows based on the current command value icr.

【0026】図6は図2におけるアクティブフィルタ主
回路の等価回路であり、同図に示すようにリアクトルL
AFの値をL、アクティブフィルタ主回路2の入力側の電
圧をVS 、スイッチング手段SA1〜SA4から構成さ
れるブリッジ回路の交流側の電圧をVi、コンデンサC
1の両端電圧をVdc、アクティブフィルタ主回路2の入
力電流をicとし、サンプリング周期をTsとすると、
次の(7)(8)(9)式が成り立つ。
FIG. 6 is an equivalent circuit of the active filter main circuit shown in FIG. 2. As shown in FIG.
The value of AF is L, the voltage on the input side of the active filter main circuit 2 is VS, the voltage on the AC side of the bridge circuit composed of the switching means SA1 to SA4 is Vi, and the capacitor C
1 is Vdc, the input current of the active filter main circuit 2 is ic, and the sampling cycle is Ts,
The following expressions (7), (8) and (9) are established.

【0027】VS =Vi+L(di/dt)…(7) di/dt=(1/L)(VS −Vi) (8) Δic=(1/L)(VS −Vi)ΔT…(9) ここでΔic=icr−ic ,icr=icor * −ih *
ΔT=Ts =t1+t2,Vi=Vdcである。
VS = Vi + L (di / dt) (7) di / dt = (1 / L) (VS-Vi) (8) Δic = (1 / L) (VS-Vi) ΔT ... (9) Where Δic = icr−ic, icr = icor * −ih * ,
ΔT = Ts = t1 + t2, Vi = Vdc.

【0028】上記関係から、スイッチング手段SA1〜
SA4のスイッチング期間t1,t2が次の(10)
(11)式により算出される。 t1={VS Ts−L(icr−ic)}/Vdc ……(10) t2=Ts −t1…(11) 上記のようにして算出されたスイッチング期間t1,t
2はPWM信号生成手段6eを介して駆動回路7に与え
られ、アクティブフィルタ主回路2のスイッチング手段
SA1〜SA4が制御される。
From the above relationship, the switching means SA1.about.
The switching period t1 and t2 of SA4 is (10)
It is calculated by the equation (11). t1 = {VS Ts-L (icr-ic)} / Vdc (10) t2 = Ts-t1 (11) Switching period t1, t calculated as described above
2 is given to the drive circuit 7 via the PWM signal generation means 6e, and the switching means SA1 to SA4 of the active filter main circuit 2 are controlled.

【0029】すなわち、図7に示すように上記期間t
1,t2を計算する時間tcal (例えば10μs)の
間、スイッチ手段SA1,SA3がオンになる。この期
間が経過すると、期間t1が正の場合には、期間t1の
間、スイッチ手段SA1,SA4がオンになり、また、
期間t1が負の場合には、期間|t1|の間、スイッチ
手段SA2,SA3がオンになる。そして、期間t1が
経過すると、期間t2(=t2’+tcal )の間、スイ
ッチ手段SA1,SA3がオンになる。
That is, as shown in FIG. 7, the period t
During the time tcal (for example, 10 μs) for calculating 1 and t2, the switch means SA1 and SA3 are turned on. When this period elapses, if the period t1 is positive, the switch means SA1 and SA4 are turned on during the period t1, and
When the period t1 is negative, the switch means SA2, SA3 are turned on during the period | t1 |. Then, when the period t1 has elapsed, the switch means SA1 and SA3 are turned on for the period t2 (= t2 '+ tcal).

【0030】上記のようにスイッチング手段SA1〜S
A4を駆動することにより、電源側に重畳する特定周波
数(本実施例において1.8kHz)の高調波がアクテ
ィブフィルタに吸収され、上記高調波を除去することが
できる。本実施例においては、上記のように、本発明の
予測手法をアクティブフィルタのデジタル制御システム
に適用し、予測された1サンプリング後の高調波成分の
予測値ih * を用いてアクティブフィルタを制御してい
るので、正確な予測値を使用した高精度な制御を行うこ
とができる。
As described above, the switching means SA1 to S
By driving A4, the harmonic of a specific frequency (1.8 kHz in this embodiment) superimposed on the power supply side is absorbed by the active filter, and the above harmonic can be removed. In the present embodiment, as described above, the prediction method of the present invention is applied to the digital control system of the active filter, and the active filter is controlled using the predicted value ih * of the predicted harmonic component after one sampling. Therefore, it is possible to perform highly accurate control using an accurate predicted value.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、以下の効果を得ることができる。 (1)特定周波数成分の信号の動作位相を式(5)で求
めるようにしたので、比較的簡単に演算により特定周波
数成分の信号の動作位相を求め、数式で表現することが
できる。また、零クロスポイント付近にノイズ等が重畳
したり、あるいは、急な位相シフトがあっても正確に動
作位相を求めることができる。このため、デジタル制御
システムにおいて、特定周波数の動作位相を比較的簡単
な演算処理で求め、高精度な制御を行うことができる。
As described above, the following effects can be obtained in the present invention. (1) Since the operating phase of the signal of the specific frequency component is obtained by the equation (5), the operating phase of the signal of the specific frequency component can be obtained by a relatively simple calculation and can be expressed by an equation. Further, the operating phase can be accurately obtained even if noise or the like is superposed near the zero cross point or there is a sudden phase shift. Therefore, in the digital control system, the operating phase of the specific frequency can be obtained by a relatively simple arithmetic process, and highly accurate control can be performed.

【0032】(2)交流電源電圧の1サンプリング前の
値V0 と、現時点のサンプリング値V1 から上記(5)
式より交流電源の動作位相を求めて数式で表現し、該数
式を用いてバンドパスフィルタが出力する特定周波数の
成分のサンプリング値に基づき、交流電流に含まれる特
定周波数成分の高調波を除去するようにしたので、簡単
な演算処理でアクティブフィルタの高精度な制御を行う
ことができる。
(2) From the value V0 of the AC power supply voltage before one sampling and the current sampling value V1 from the above (5)
The operating phase of the AC power supply is obtained from the formula and expressed by a mathematical formula, and based on the sampling value of the specific frequency component output by the bandpass filter using the mathematical formula, the harmonic of the specific frequency component contained in the alternating current is removed. Since this is done, the active filter can be controlled with high precision by simple arithmetic processing.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の動作位相の算出方法を説明する図であ
る。
FIG. 1 is a diagram illustrating a method of calculating an operating phase according to the present invention.

【図2】本発明の実施例のアクティブフィルタ制御シス
テムの構成を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an active filter control system according to an embodiment of the present invention.

【図3】図2におけるDSP6における処理を示すブロ
ック図である。
FIG. 3 is a block diagram showing processing in the DSP 6 in FIG.

【図4】図3に示す位相算出手段6bの構成を示す図で
ある。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a phase calculation means 6b shown in FIG.

【図5】図3に示す予測手段6aの構成を示す図であ
る。
5 is a diagram showing a configuration of a prediction means 6a shown in FIG.

【図6】図2に示したアクティブフィルタ主回路の等価
回路である。
FIG. 6 is an equivalent circuit of the active filter main circuit shown in FIG.

【図7】アクティブフィルタのスイッチング手段の動作
を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing the operation of the switching means of the active filter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 AC/DCコンバータ 2 アクティブフィルタ主回路 3 電源 4 高調波検出用アナログ・アクティブフ
ィルタ 5 アナログデジタル変換器 6 デジタルシグナルプロセッサ(DS
P) 7 駆動回路 SC1〜SC4 スイッチング手段 SA1〜SA4 スイッチング手段 C1 コンデンサ C2 コンデンサ Tr トランス L 負荷 CT1 電流検出器 CT2 電流検出器 TR1 電圧検出用トランス Vdt 電圧検出器 LAF,Lcon リアクトル 6a 予測手段 6b 位相算出手段 6c 比例積分演算手段 6d スイッチング時間演算手段 6e PWM信号生成手段 6f,6h 減算手段 6g 乗算器
1 AC / DC converter 2 Active filter main circuit 3 Power supply 4 Harmonic detection analog active filter 5 Analog-digital converter 6 Digital signal processor (DS
P) 7 drive circuit SC1 to SC4 switching means SA1 to SA4 switching means C1 capacitor C2 capacitor Tr transformer L load CT1 current detector CT2 current detector TR1 voltage detection transformer Vdt voltage detector LAF, Lcon reactor 6a predicting means 6b phase calculation Means 6c Proportional-integral calculation means 6d Switching time calculation means 6e PWM signal generation means 6f, 6h Subtraction means 6g Multiplier

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ミシ・アブダラ 神奈川県大和市上草柳338番地1 東洋電 機製造株式会社技術研究所内 (72)発明者 飯田 克二 神奈川県大和市上草柳338番地1 東洋電 機製造株式会社技術研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor, Miss Abdara 338, Kamisakuyanagi, Yamato City, Kanagawa Prefecture, Toyo Denki Seizo Co., Ltd. (72) Inventor, Katsuji Iida, 338, Kamisakuyanagi, Yamato City, Kanagawa Prefecture Toyo Denki Manufacturing Co., Ltd.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 単一の特定周波数成分のアナログ信号を
サンプリングしてデジタル信号に変換し、該デジタル信
号から上記特定周波数成分の信号の現時点における動作
位相を求める特定周波数成分信号の動作位相算出方法で
あって、 1サンプリング時間前の上記特定周波数成分の信号の値
をV0 、現時点における上記特定周波数成分の信号のサ
ンプリング値をV1 、上記特定周波数fの角周波数をω
o (=2πf)、サンプリング周期をTs としたとき、
上記特定周波数成分信号の動作位相sin(ωo t1+φ)を
下式より求める sin(ωo t1+φ)= sin[tan-1{V1sinωo Ts /( V1cosωo Ts −V0)}] ことを特徴とする特定周波数成分信号の動作位相算出方
法。
1. A method of calculating an operating phase of a specific frequency component signal, wherein an analog signal of a single specific frequency component is sampled and converted into a digital signal, and an operating phase of the signal of the specific frequency component at the present time is obtained from the digital signal. Where V0 is the value of the signal of the specific frequency component one sampling time before, V1 is the sampling value of the signal of the specific frequency component at the present time, and ω is the angular frequency of the specific frequency f.
o (= 2πf) and the sampling period is Ts,
A specific frequency component signal characterized in that the operating phase sin (ωo t1 + φ) of the specific frequency component signal is obtained from the following formula: sin (ωo t1 + φ) = sin [tan −1 {V1sinωo Ts / (V1cosωo Ts −V0)}] Operating phase calculation method.
【請求項2】 単一の特定周波数成分のアナログ信号を
サンプリングしてデジタル信号に変換するアナログデジ
タル変換器の出力に基づき、上記特定周波数成分の信号
の現時点における動作位相を求める特定周波数成分信号
の動作位相算出装置であって、 1サンプリング前の上記特定周波数成分信号の値を記憶
する記憶手段と、 上記記憶手段に記憶された1サンプリング時間前の上記
特定周波数成分の信号の値V0 と、現時点における上記
特定周波数成分の信号のサンプリング値V1 と、上記特
定周波数の角周波数ωo と、サンプリング周期Ts とに
基づき、上記特定周波数成分信号の動作位相sin(ωo t1
+φ)を下式より求める演算手段とを備えた sin(ωo t1+φ)= sin[tan-1{V1sinωo Ts /( V1cosωo Ts −V0)}] ことを特徴とする特定周波数成分の信号の動作位相算出
装置。
2. A specific frequency component signal for obtaining an operating phase at the present time of the signal of the specific frequency component based on an output of an analog-digital converter which samples an analog signal of a single specific frequency component and converts it into a digital signal. An operating phase calculation device, comprising: storage means for storing a value of the specific frequency component signal before one sampling; value V0 of the signal for the specific frequency component one sampling time before stored in the storage means; Based on the sampling value V1 of the signal of the specific frequency component, the angular frequency ωo of the specific frequency, and the sampling period Ts, the operating phase sin (ωo t1
+ Φ) is calculated from the following formula: sin (ωo t1 + φ) = sin [tan −1 {V1sinωo Ts / (V1cosωo Ts −V0)}] The operating phase of the signal of the specific frequency component is calculated. apparatus.
【請求項3】 ブリッジ状に接続されたスイッチング手
段から構成されるブリッジ回路と、該ブリッジ回路の直
流側に接続されたコンデンサとを備え、上記スイッチン
グ手段を制御して、交流電源から供給される交流電流に
含まれる特定周波数の高調波成分を除去するアクティブ
フィルタのデジタル制御システムであって、 交流電流iL に含まれる特定周波数の高調波成分を通過
させるバンドパスフィルタと、 上記バンドパスフィルタが出力する特定周波数の成分i
h の瞬時値と、交流電源電圧VS の瞬時値と、上記ブリ
ッジ回路に流入する電流ic の瞬時値とをサンプリング
してデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器
と、 上記アナログデジタル変換器の出力に基づきブリッジ回
路のスイッチング手段を制御するデジタル制御手段とを
備え、 上記デジタル制御手段は、現時点でサンプリングされた
交流電源電圧VS のサンプリング値V1 と、上記交流電
源電圧VS の前回のサンプリング値V0 と上記特定周波
数の角周波数ωo と、サンプリング周期Ts とに基づ
き、電源電圧の動作位相sin(ωo t1+φ)を下式により
算出し、 sin(ωo t1+φ)= sin[tan -1 {V1sinωo Ts /( V1cosωo Ts −V0)}] 上記位相算出手段により算出された動作位相に基づき交
流電流の基本波成分icor * を生成し、 また、サンプリングされた上記特定周波数の成分のサン
プリング値に基づき、1サンプリング時間後の上記特定
周波数成分の信号の予測値ih * を求め、 上記交流電流の基本波成分icor * から上記予測手段の
出力ih * を減算し、該減算結果と上記電源電圧VS と
前記電流ic に基づき前記スイッチング手段の開閉時間
を算出することを特徴とするアクティブフィルタデジタ
ル制御システム。
3. A bridge circuit comprising switching means connected in a bridge shape, and a capacitor connected to the DC side of the bridge circuit, controlling the switching means, and being supplied from an AC power supply. A digital control system of an active filter for removing a harmonic component of a specific frequency contained in an alternating current, wherein a band pass filter for passing a harmonic component of a specific frequency contained in an alternating current iL, and the band pass filter output Specific frequency component i
An analog-digital converter that samples and converts the instantaneous value of h, the instantaneous value of the AC power supply voltage VS, and the instantaneous value of the current ic flowing into the bridge circuit into a digital signal, and the output of the analog-digital converter. And a digital control means for controlling the switching means of the bridge circuit based on the sampling value V1 of the AC power supply voltage VS sampled at the present time, the previous sampling value V0 of the AC power supply voltage VS, and the above-mentioned sampling value V0. Based on the angular frequency ωo of the specific frequency and the sampling period Ts, the operating phase sin (ωo t1 + φ) of the power supply voltage is calculated by the following formula, and sin (ωo t1 + φ) = sin [tan −1 {V1sinωo Ts / (V1cosωo Ts -V0)}] generates a fundamental wave component of the AC current based on operating phase calculated by the phase calculating means Icor *, also sampled Based on the sampling values of the components of the specific frequencies, 1 obtains the predicted value ih * of the signal of the specific frequency component after the sampling time, the output ih * of the prediction means is subtracted from the fundamental wave component of the AC current Icor * An active filter digital control system for calculating an opening / closing time of the switching means based on the subtraction result, the power supply voltage VS and the current ic.
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