WO2021181660A1 - Power conversion device - Google Patents

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天次郎 樋渡
壮太 佐野
真作 楠部
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三菱電機株式会社
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    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
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    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode

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Abstract

This power conversion device (100) comprises a power converter (1) and a control device (10), and performs drive control of a dynamo-electric machine (3). The control device (10) holds a first function (F1) and a second function (F2), and for each control cycle, by generating a control command, and selecting and using one of the first and second functions (F1, F2) as a pattern generation function (F) according to the range of the control command, a switching pattern (SWP (k)) comprising the switching states of one cycle is generated, and output control is performed for the power converter (1). The first function (F1) uses a learned model (M) generated by machine learning based on training data, and thereby the second function (F2) is obtained by a calculation that has been preset on the basis of input.

Description

電力変換装置Power converter
 本願は、電力変換装置に関するものである。 This application relates to a power conversion device.
 従来、電力変換装置による多相交流回転電機の駆動制御において、回転電機の駆動状態に基づいて、電力変換器のスイッチング状態を直接決定する瞬時電流制御があり、瞬時電流制御の1つとしてモデル予測制御が知られている。 Conventionally, in the drive control of a multi-phase AC rotary electric machine by a power converter, there is an instantaneous current control that directly determines the switching state of the power converter based on the drive state of the rotary electric machine, and model prediction is one of the instantaneous current controls. Control is known.
 例えば、特許文献1記載の従来の電力変換装置は、モデル予測制御に基づいた直接トルク制御を用いて回転電機を制御する。この制御方式は、回転電機のトルクと固定子磁束の数ステップ先を予測しながら定められた許容幅内で制御する方式であり、数ステップの予測区間で各相スイッチの切り替え回数が最小となるスイッチングパターンを探索する。このため、モデル予測制御による過渡状態の高速なトルク応答時間を維持しながら、定常状態のスイッチング損失を低減することが期待される。 For example, the conventional power conversion device described in Patent Document 1 controls a rotating electric machine by using direct torque control based on model prediction control. This control method is a method of controlling within a predetermined allowable range while predicting several steps ahead of the torque of the rotary electric machine and the stator magnetic flux, and the number of times of switching each phase switch is minimized in the prediction interval of several steps. Search for switching patterns. Therefore, it is expected to reduce the switching loss in the steady state while maintaining the high-speed torque response time in the transition state by the model prediction control.
 また、特許文献2記載の従来の電力変換装置は、ニューラルネットワークを用いて誘導電動機を制御する。このニューラルネットワークは、事前に様々な種類の負荷、インバータパラメータ、出力電流および主回路電圧と出力速度の状態における最適な加減速レートのデータを教師データとして機械学習を実行する。そして、学習済みのニューラルネットワークを誘導電動機の駆動時に活用することで、最適な加減速レート信号によって誘導電動機を駆動できる。 Further, the conventional power conversion device described in Patent Document 2 controls an induction motor using a neural network. This neural network performs machine learning in advance using data of various types of loads, inverter parameters, output currents, and optimum acceleration / deceleration rates under the state of main circuit voltage and output speed as training data. Then, by utilizing the learned neural network when driving the induction motor, the induction motor can be driven by the optimum acceleration / deceleration rate signal.
特開2011-152038号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-152038 特許第3675505号Patent No. 3675505
 特許文献1記載の従来の電力変換装置では、スイッチング損失の低減化をさらに進めるには、より長い区間を予測する必要があり演算量が指数関数的に増大するものであった。 In the conventional power conversion device described in Patent Document 1, in order to further reduce the switching loss, it is necessary to predict a longer section, and the amount of calculation increases exponentially.
 また、特許文献2記載の従来の電力変換装置では、予め学習させた条件においては最適な加減速レート信号によって誘導電動機を駆動できる。しかしながら、学習条件と異なる事態が発生した場合には、ニューラルネットワークの出力が予測困難であり制御の信頼性を確保できないものであった。 Further, in the conventional power conversion device described in Patent Document 2, the induction motor can be driven by the optimum acceleration / deceleration rate signal under the conditions learned in advance. However, when a situation different from the learning conditions occurs, the output of the neural network is difficult to predict and the reliability of control cannot be ensured.
 本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、回転電機の駆動制御における演算量の増大を抑制し、かつ信頼性の高い駆動制御を実現できる電力変換装置を提供することを目的とする。 The present application discloses a technique for solving the above-mentioned problems, and provides a power conversion device capable of suppressing an increase in the amount of calculation in drive control of a rotary electric machine and realizing highly reliable drive control. The purpose is to do.
 本願に開示される電力変換装置は、複数のスイッチング素子を備え、直流電源からの直流電力を交流電力に電力変換して回転電機に供給する電力変換器と、設定された制御周期毎に、パターン生成関数を用いて、前記複数のスイッチング素子における1周期分のスイッチング状態を決定し、該1周期分のスイッチング状態の組み合わせから成るスイッチングパターンを生成して、前記電力変換器を出力制御する制御装置とを備える。前記制御装置は、前記スイッチングパターンを決定する第1関数と第2関数とを予め保持し、前記パターン生成関数の入力となる制御指令を生成して、該制御指令の範囲に応じて前記第1、第2関数のいずれか1つを前記パターン生成関数として選択して用いる。前記第1関数は、教師データに基づく機械学習で得た情報を元に、入力に基づいて推論を行う学習済モデルを用いて、該推論により前記スイッチングパターンを生成し、前記第2関数は、入力に基づいて予め設定された演算により前記スイッチングパターンを生成する。 The power conversion device disclosed in the present application includes a plurality of switching elements, a power converter that converts DC power from a DC power source into AC power and supplies it to a rotary electric machine, and a pattern for each set control cycle. A control device that uses a generation function to determine the switching states for one cycle of the plurality of switching elements, generate a switching pattern consisting of a combination of switching states for the one cycle, and output-control the power converter. And. The control device holds in advance a first function and a second function that determine the switching pattern, generates a control command to be an input of the pattern generation function, and generates the control command according to the range of the control command. , Any one of the second functions is selected and used as the pattern generation function. The first function uses a trained model that makes inferences based on inputs based on information obtained by machine learning based on teacher data, and generates the switching pattern by the inferences. The switching pattern is generated by a preset calculation based on the input.
 本願に開示される電力変換装置によれば、回転電機の駆動制御における演算量の増大を抑制し、かつ信頼性の高い駆動制御を実現できる電力変換装置を提供できる。 According to the power conversion device disclosed in the present application, it is possible to provide a power conversion device capable of suppressing an increase in the amount of calculation in the drive control of a rotary electric machine and realizing highly reliable drive control.
実施の形態1による電力変換装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the power conversion apparatus by Embodiment 1. FIG. 実施の形態1による電力変換装置を実現するハードウェア構成図である。It is a hardware block diagram which realizes the power conversion apparatus by Embodiment 1. FIG. 実施の形態1による電力変換器のスイッチング状態の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the switching state of the power converter according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1によるスイッチングパターンを説明する図である。It is a figure explaining the switching pattern by Embodiment 1. FIG. 実施の形態1による電力変換装置におけるV/f制御器のブロック図である。FIG. 5 is a block diagram of a V / f controller in the power conversion device according to the first embodiment. 実施の形態1による学習済モデルおよび教師データに基づく機械学習を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the machine learning based on the trained model and teacher data by Embodiment 1. FIG. 実施の形態1による学習済モデルを生成するためのハードウェア構成図である。It is a hardware block diagram for generating the trained model by Embodiment 1. FIG. 実施の形態1による電力変換装置における制御動作を説明するフローチャートである。FIG. 5 is a flowchart illustrating a control operation in the power conversion device according to the first embodiment. 実施の形態2による電力変換装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the power conversion apparatus according to Embodiment 2. 実施の形態2による電力変換装置における制御動作を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the control operation in the power conversion apparatus according to Embodiment 2. 実施の形態3による電力変換装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the power conversion apparatus according to Embodiment 3. 実施の形態3による電力変換装置を実現するハードウェア構成図である。It is a hardware block diagram which realizes the power conversion apparatus according to Embodiment 3. 実施の形態3によるモデル予測制御を説明する図である。It is a figure explaining the model prediction control by Embodiment 3. FIG. 実施の形態3による電力変換装置における制御動作を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the control operation in the power conversion apparatus according to Embodiment 3. 実施の形態3による電力変換装置における制御動作を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the control operation in the power conversion apparatus according to Embodiment 3. 実施の形態4による電力変換装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the power conversion apparatus according to Embodiment 4. 実施の形態4による電力変換装置を実現するハードウェア構成図である。It is a hardware block diagram which realizes the power conversion apparatus according to Embodiment 4. 実施の形態4による電力変換装置における制御動作を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the control operation in the power conversion apparatus according to Embodiment 4. 実施の形態4による電力変換装置における制御動作を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the control operation in the power conversion apparatus according to Embodiment 4.
実施の形態1.
 図1は実施の形態1による電力変換装置の構成を示すブロック図である。
 図に示すように、電力変換装置100は、主回路である電力変換器1と電力変換器1を出力制御する制御装置10とを備え、直流電源2と回転電機3との間に接続される。
 電力変換器1は、直流電源2からの直流電力を交流電力に変換して回転電機3に供給して回転電機3を駆動する。回転電機3は、電力変換器1から供給された交流電力を動力に変換する。なお、回転電機3は、例えば誘導電動機、同期電動機等の各種の電動機を用いることができる。
Embodiment 1.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a power conversion device according to the first embodiment.
As shown in the figure, the power converter 100 includes a power converter 1 which is a main circuit and a control device 10 which controls the output of the power converter 1, and is connected between the DC power supply 2 and the rotary electric machine 3. ..
The power converter 1 converts the DC power from the DC power source 2 into AC power and supplies it to the rotary electric machine 3 to drive the rotary electric machine 3. The rotary electric machine 3 converts the AC power supplied from the power converter 1 into power. As the rotary electric machine 3, various electric motors such as an induction motor and a synchronous electric motor can be used.
 制御装置10は、V/f制御器11と、スイッチングパターンSWPを決定するパターン決定部12と、第1関数F1および第2関数F2を保持する格納部13とを備える。
 第1関数F1は、教師データに基づく機械学習で得た情報を元に、第1関数F1への入力に基づいて推論を行う学習済モデルMを用いて、該推論によりスイッチングパターンSWPを生成する。この場合、学習済モデルMが格納部13に格納され、第1関数F1として動作する。また、第2関数F2は、第2関数F2への入力に基づいて、パルス幅変調(PWM)を用いてスイッチングパターンSWPを生成する。PWM方式は、電圧指令値Vref(k)を直流電源2の母線電圧を用いて正規化し、キャリア波である三角波と比較する制御方式である。
 なお、スイッチングパターンSWPは、1周期分のスイッチング状態の組み合わせから成るものであり、詳細は後述する。
The control device 10 includes a V / f controller 11, a pattern determining unit 12 for determining a switching pattern SWP, and a storage unit 13 for holding a first function F1 and a second function F2.
The first function F1 generates a switching pattern SWP by the inference using the learned model M that infers based on the input to the first function F1 based on the information obtained by the machine learning based on the teacher data. .. In this case, the trained model M is stored in the storage unit 13 and operates as the first function F1. Further, the second function F2 generates a switching pattern SWP by using pulse width modulation (PWM) based on the input to the second function F2. The PWM method is a control method in which the voltage command value Vref (k) is normalized by using the bus voltage of the DC power supply 2 and compared with the triangular wave which is a carrier wave.
The switching pattern SWP is composed of a combination of switching states for one cycle, and the details will be described later.
 V/f制御器11は、設定された制御周期毎に、与えられた制御目標である速度指令ωref(k)に基づいて、三相(U相、V相、W相)の電圧指令値Vref(k)(:Vuref(k)、Vvref(k)、Vwref(k))を生成する。また、制御装置10は、現時点t(k)のスイッチング状態を含む、前周期(k-1)内の少なくとも1つのスイッチング状態SW(k-1)(:SWu(k-1)、SWv(k-1)、SWw(k-1))を取得する。そして、格納部13は、電圧指令値Vref(k)と、前周期(k-1)内の少なくとも1つのスイッチング状態SW(k-1)とを制御指令として、この制御指令に基づいて第1関数F1、第2関数F2のいずれか1方をパターン生成関数Fとしてパターン決定部12へ出力する。なお、上記制御指令は、パターン生成関数Fの入力となるものである。 The V / f controller 11 has a voltage command value Vref of three phases (U phase, V phase, W phase) based on a speed command ωref (k) which is a given control target for each set control cycle. (K) (: Vuref (k), Vvref (k), Vwref (k)) is generated. Further, the control device 10 has at least one switching state SW (k-1) (: SWu (k-1), SWv (k) in the previous period (k-1) including the switching state of the current t (k). -1), SWw (k-1)) is acquired. Then, the storage unit 13 uses the voltage command value Vref (k) and at least one switching state SW (k-1) in the previous cycle (k-1) as control commands, and is the first based on this control command. Either one of the function F1 and the second function F2 is output to the pattern determination unit 12 as the pattern generation function F. The control command is an input of the pattern generation function F.
 パターン決定部12は、電圧指令値Vref(k)と前周期(k-1)内の少なくとも1つのスイッチング状態SW(k-1)とから成る制御指令と、パターン生成関数Fとに基づいて、即ち、制御指令をパターン生成関数Fに対する入力として用い、現周期kのスイッチングパターンSWP(k)を生成する。
 このように制御装置10は、制御周期毎に、スイッチングパターンSWP(k)を出力して電力変換器1を制御する。
The pattern determination unit 12 is based on a control command including a voltage command value Vref (k) and at least one switching state SW (k-1) in the previous cycle (k-1), and a pattern generation function F. That is, the control command is used as an input to the pattern generation function F to generate a switching pattern SWP (k) having the current cycle k.
In this way, the control device 10 outputs the switching pattern SWP (k) for each control cycle to control the power converter 1.
 なお、(k-1)、(k)の表記は、制御周期毎の離散時間信号を表しており、(k-1)は前回値、(k)は現在値、(k+1)は次回値である。これは図1および図1以降の図においても同様である。 The notations (k-1) and (k) represent discrete-time signals for each control cycle, where (k-1) is the previous value, (k) is the current value, and (k + 1) is the next value. be. This also applies to FIGS. 1 and 1 and subsequent figures.
 図2は、電力変換装置100を実現するハードウェア構成図である。
 電力変換器1は、直流電源2の直流電力を三相交流電力に変換する三相インバータ回路により構成され、負荷である回転電機3を駆動する。電力変換器1は、それぞれダイオードDが逆並列接続された複数のスイッチング素子Q1~Q6を備える。そして、各相の上アームと下アームとの接続点からバスバーによって回転電機3の各相の入力端子に接続されている。この場合、U相はスイッチング素子Q1、Q2を備え、V相はスイッチング素子Q3、Q4を備え、W相はスイッチング素子Q5、Q6を備える。
FIG. 2 is a hardware configuration diagram for realizing the power conversion device 100.
The power converter 1 is composed of a three-phase inverter circuit that converts the DC power of the DC power supply 2 into three-phase AC power, and drives the rotary electric machine 3 which is a load. The power converter 1 includes a plurality of switching elements Q1 to Q6 in which diodes D are connected in antiparallel. Then, from the connection point between the upper arm and the lower arm of each phase, the bus bar is connected to the input terminal of each phase of the rotary electric machine 3. In this case, the U phase includes switching elements Q1 and Q2, the V phase includes switching elements Q3 and Q4, and the W phase includes switching elements Q5 and Q6.
 制御装置10は、プロセッサ20および記憶装置21で構成される。
 記憶装置21は、RAM(Random Access Memory)等の揮発性記憶装置(図示省略)と、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)、等の不揮発性の補助記憶装置(図示省略)とを備えている。なお、不揮発性の補助記憶装置としては、HDDの代わりにフラッシュメモリを使用してもよい。
The control device 10 includes a processor 20 and a storage device 21.
The storage device 21 includes a volatile storage device (not shown) such as a RAM (Random Access Memory) and a non-volatile auxiliary storage device (not shown) such as an HDD (Hard Disk Drive) or SSD (Solid State Drive). It has. As the non-volatile auxiliary storage device, a flash memory may be used instead of the HDD.
 プロセッサ20は記憶装置21から入力された制御プログラムを実行する。
 記憶装置21は補助記憶装置と揮発性記憶装置とを備える。プロセッサ20には補助記憶装置から揮発性記憶装置を介して制御プログラム22が入力される。
 プロセッサ20は、演算結果等のデータ23を記憶装置21の揮発性記憶装置に出力し、これらのデータ23を、必要に応じて揮発性記憶装置を介して補助記憶装置に保存する。
The processor 20 executes the control program input from the storage device 21.
The storage device 21 includes an auxiliary storage device and a volatile storage device. The control program 22 is input to the processor 20 from the auxiliary storage device via the volatile storage device.
The processor 20 outputs data 23 such as calculation results to the volatile storage device of the storage device 21, and stores these data 23 in the auxiliary storage device via the volatile storage device as needed.
 なお、図2では、プロセッサ20および記憶装置21のみで制御装置10を構成するものを示したが、それに限るものでは無く、プロセッサ20および記憶装置21と、さらに、PWM制御のための専用回路である三角波発生器およびPWM回路等を備えるものでも良い。 Note that FIG. 2 shows that the control device 10 is composed of only the processor 20 and the storage device 21, but the present invention is not limited to this, and the processor 20 and the storage device 21 and a dedicated circuit for PWM control are used. It may be provided with a certain triangular wave generator, a PWM circuit, and the like.
 上述したように、制御装置10は、制御周期毎に1周期分のスイッチング状態の組み合わせから成るスイッチングパターンSWP(k)を出力して電力変換器1を制御する。
 図3は、電力変換器1のスイッチング状態の一例を示す図である。スイッチング状態は、各スイッチング素子Q1~Q6のオン(:1)とオフ(:0)の信号の組み合わせである。上アームおよび下アームのスイッチング素子Q1~Q6の内、一方がオンで他方がオフとなる8通りのスイッチング状態(SW1~SW8)と、電力変換器1の動作停止時に全スイッチング素子Q1~Q6をオフするスイッチング状態(SW0)の9通りのスイッチング状態がある。図3のスイッチング状態SW1(SWu1、SWv1、SWw1)では、スイッチング素子Q1、Q4、Q6がオン、スイッチング素子Q2、Q3、Q5がオフである。
As described above, the control device 10 controls the power converter 1 by outputting a switching pattern SWP (k) composed of a combination of switching states for one cycle for each control cycle.
FIG. 3 is a diagram showing an example of a switching state of the power converter 1. The switching state is a combination of on (: 1) and off (: 0) signals of the switching elements Q1 to Q6. Of the switching elements Q1 to Q6 of the upper arm and the lower arm, eight switching states (SW1 to SW8) in which one is on and the other is off, and all the switching elements Q1 to Q6 are switched when the power converter 1 is stopped. There are nine switching states (SW0) that are turned off. In the switching state SW1 (SWu1, SWv1, SWw1) of FIG. 3, the switching elements Q1, Q4, and Q6 are on, and the switching elements Q2, Q3, and Q5 are off.
 図4は、スイッチングパターンSWP(k)を説明する図である。スイッチングパターンSWP(k)は1周期分のスイッチング状態の組み合わせであり、1周期Tを複数区間に分割し、区間毎に割り当てるスイッチング状態が決定される。この場合、スイッチングパターンSWP(k)は、スイッチング状態SW3、SW4、SW2、SW2、SW6、SW7が、順番に切り替わるように設定された、組み合わせである。
 なお、1周期を予め決められた幅の区間に分割してスイッチング状態をそれぞれ割り当てるものでも、また、スイッチング状態を異なるスイッチング状態に切り替えるタイミング情報をスイッチング状態の情報に付加させても良い。
FIG. 4 is a diagram illustrating a switching pattern SWP (k). The switching pattern SWP (k) is a combination of switching states for one cycle, and one cycle T is divided into a plurality of sections, and the switching state assigned to each section is determined. In this case, the switching pattern SWP (k) is a combination in which the switching states SW3, SW4, SW2, SW2, SW6, and SW7 are set to be switched in order.
It should be noted that one cycle may be divided into sections having a predetermined width and each switching state may be assigned, or timing information for switching the switching state to a different switching state may be added to the switching state information.
 図4に示すように、電力変換器1は、現時点t(k)において、スイッチング状態SW1で動作しており、1つ前のスイッチング状態は、SW7である。現時点t(k)のスイッチング状態SW1も前周期(k-1)から継続するものであり、スイッチング状態SW1、SW7は、前周期(k-1)内のスイッチング状態SW(k-1)である。 As shown in FIG. 4, the power converter 1 is operating in the switching state SW1 at the present time t (k), and the previous switching state is SW7. The switching state SW1 at the present time t (k) also continues from the previous cycle (k-1), and the switching states SW1 and SW7 are the switching states SW (k-1) within the previous cycle (k-1). ..
 制御装置10は、現時点t(k)のスイッチング状態SW1を含む、少なくとも1つの前周期(k-1)内のスイッチング状態SW(k-1)、例えばSW1、SW7と、電圧指令値Vref(k)とに基づいて、パターン生成関数Fにより、現周期kの1周期分のスイッチングパターンSWP(k)(:SW3、SW4、SW2、SW2、SW6、SW7)を生成する。スイッチングパターンSWP(k)は1周期分のスイッチング状態の指令として電力変換器1に与えられ、各スイッチング素子Q1~Q6はオンオフ制御される。
 そして、制御装置10は、時点t(k+1)において、次周期(k+1)の為のスイッチングパターンSWP(k+1)を生成する。
The control device 10 includes switching states SW (k-1) in at least one previous cycle (k-1) including the switching state SW1 at the present time t (k), such as SW1 and SW7, and a voltage command value Vref (k). ), The pattern generation function F generates switching patterns SWP (k) (: SW3, SW4, SW2, SW2, SW6, SW7) for one cycle of the current cycle k. The switching pattern SWP (k) is given to the power converter 1 as a command of the switching state for one cycle, and the switching elements Q1 to Q6 are on / off controlled.
Then, the control device 10 generates a switching pattern SWP (k + 1) for the next cycle (k + 1) at the time point t (k + 1).
 この場合、制御装置10が、前周期(k-1)内の実際のスイッチング状態SW(k-1)を電力変換器1から受信して取得するものを図示したが、制御装置10が前周期に生成したスイッチングパターンSWP(k-1)内から、前周期(k-1)内のスイッチング状態SW(k-1)を取得しても良い。 In this case, although the control device 10 receives and acquires the actual switching state SW (k-1) in the previous cycle (k-1) from the power converter 1, the control device 10 has the previous cycle. The switching state SW (k-1) in the previous cycle (k-1) may be acquired from the switching pattern SWP (k-1) generated in.
 なお、通常、制御周期の1周期Tは1つのスイッチング状態の継続期間より格段と長いため、スイッチングパターンSWPは、複数のスイッチング状態の組み合わせから成る。但し、制御周期がスイッチング状態の継続期間と同等に短縮可能な場合は、1つのスイッチング状態を1周期分としても良い。 Since one cycle T of the control cycle is usually much longer than the duration of one switching state, the switching pattern SWP is composed of a combination of a plurality of switching states. However, if the control cycle can be shortened to the same level as the duration of the switching state, one switching state may be set to one cycle.
 また、パターン生成関数Fの入力である制御指令の一部となる前周期内のスイッチング状態SW(k-1)は、現時点のスイッチング状態のみでも適用可能であるが、複数個あるのが望ましい。また、制御周期が短い場合は、前周期内のスイッチング状態として直前周期(k-1)に限らず、例えば2個前の周期(k-2)のスイッチング状態を併せて採用しても良い。 Further, the switching state SW (k-1) in the previous cycle, which is a part of the control command input of the pattern generation function F, can be applied only to the current switching state, but it is desirable that there are a plurality of switching states SW (k-1). When the control cycle is short, the switching state within the previous cycle is not limited to the immediately preceding cycle (k-1), and for example, the switching state of two previous cycles (k-2) may be adopted together.
 図5は、V/f制御器11のブロック図である。
 図5に示すように、V/f制御器11は、Vδref演算器111とγδ/uvw座標変換器112と積分器113とを備える。Vδref演算器111は、速度指令ωref(k)から、予め設定されたV/f比に基づいてδ軸電圧指令値Vδref(k)を演算する。また、速度指令ωref(k)は積分器113にも入力され、積分器113は位相指令θref(k)を出力する。そして、0を入力したγ軸電圧指令値Vγref(k)と、δ軸電圧指令値Vδref(k)とに基づいて、γδ/uvw座標変換器112は、三相(U相、V相、W相)の電圧指令値Vref(k)を生成する。
 なお、V/f制御は公知技術であり、制御の詳細については説明を省略する。
FIG. 5 is a block diagram of the V / f controller 11.
As shown in FIG. 5, the V / f controller 11 includes a Vδref arithmetic unit 111, a γδ / uvw coordinate converter 112, and an integrator 113. The Vδref calculator 111 calculates the δ-axis voltage command value Vδref (k) from the speed command ωref (k) based on the preset V / f ratio. Further, the speed command ωref (k) is also input to the integrator 113, and the integrator 113 outputs the phase command θref (k). Then, based on the γ-axis voltage command value Vγref (k) in which 0 is input and the δ-axis voltage command value Vδref (k), the γδ / uvw coordinate converter 112 has three phases (U phase, V phase, W). The voltage command value Vref (k) of the phase) is generated.
Note that V / f control is a known technique, and details of the control will be omitted.
 ところで、格納部13には、第1関数F1および第2関数F2が保持され、第1関数F1は、教師データに基づく機械学習により生成された学習済モデルMにて構成される。
 以下、学習済モデルMおよびその生成方法について説明する。なお、学習済モデルMは、予め機械学習を終了して生成された後に、格納部13に格納される。
 図6は、学習済モデルMおよび教師データに基づく機械学習を説明するブロック図である。
 図6に示すように、事前に用意した学習用データ41から得る教師データ47に基づいて、学習部40が機械学習を行って学習済モデルMを生成する。
By the way, the first function F1 and the second function F2 are held in the storage unit 13, and the first function F1 is composed of a trained model M generated by machine learning based on the teacher data.
Hereinafter, the trained model M and its generation method will be described. The trained model M is stored in the storage unit 13 after the machine learning is completed and generated in advance.
FIG. 6 is a block diagram illustrating machine learning based on the trained model M and teacher data.
As shown in FIG. 6, the learning unit 40 performs machine learning based on the teacher data 47 obtained from the learning data 41 prepared in advance to generate the trained model M.
 学習用データ41には、制御周期毎の電圧指令値Vref(k)と該電圧指令値Vref(k)に対応する1周期分のスイッチング状態SWであるスイッチングパターンSWP(k)が含まれる。この場合、学習用データ41は、PWM方式に比べて、電力変換器1のスイッチング損失を小さくする制御方式である、例えば、モデル予測制御を用いた制御方式で1周期分のスイッチング状態(スイッチングパターンSWP(k))を生成して取得する。また、選択的高調波消去、低次高調波消去、あるいは最適パルスパターンを用いた制御方式を用いて学習用データ41を生成しても良い。 The learning data 41 includes a voltage command value Vref (k) for each control cycle and a switching pattern SWP (k) which is a switching state SW for one cycle corresponding to the voltage command value Vref (k). In this case, the learning data 41 is a control method that reduces the switching loss of the power converter 1 as compared with the PWM method. For example, the learning data 41 is a control method using model prediction control and has a switching state (switching pattern) for one cycle. SWP (k)) is generated and acquired. Further, the learning data 41 may be generated by using selective harmonic elimination, low-order harmonic elimination, or a control method using an optimum pulse pattern.
 学習用データ41は、教師データ取得部42に入力される。教師データ取得部42は、入力データ取得部43とラベルデータ取得部44とを備える。
 入力データ取得部43は、学習用データ41から、制御周期毎の電圧指令値Vref(k)と、前周期内の少なくとも1つのスイッチング状態SW(k-1)とを教師用入力データ45として取得し、学習部40に出力する。前周期内の少なくとも1つのスイッチング状態SW(k-1)は、電圧指令値Vref(k)の生成時点である現時点のスイッチング状態SWを含むもので、スイッチングパターンSWP(k-1)内から取得できる。なお、スイッチングパターンSWP(k-1)の最後尾のスイッチング状態が現時点のスイッチング状態SWに当たる。
The learning data 41 is input to the teacher data acquisition unit 42. The teacher data acquisition unit 42 includes an input data acquisition unit 43 and a label data acquisition unit 44.
The input data acquisition unit 43 acquires the voltage command value Vref (k) for each control cycle and at least one switching state SW (k-1) in the previous cycle from the learning data 41 as the teacher input data 45. Then, it is output to the learning unit 40. At least one switching state SW (k-1) in the previous cycle includes the current switching state SW at the time of generation of the voltage command value Vref (k), and is acquired from within the switching pattern SWP (k-1). can. The last switching state of the switching pattern SWP (k-1) corresponds to the current switching state SW.
 ラベルデータ取得部44は、学習用データ41から、制御周期毎の電圧指令値Vref(k)に対応するスイッチングパターンSWP(k)を教師用ラベルデータ46として取得し、学習部40に出力する。
 教師データ47は、教師用入力データ45と教師用ラベルデータ46とから成り、学習部40は、制御周期毎の教師用入力データ45と教師用ラベルデータ46との組み合わせである教師データ47に基づいて、機械学習を実行する。
The label data acquisition unit 44 acquires the switching pattern SWP (k) corresponding to the voltage command value Vref (k) for each control cycle from the learning data 41 as the teacher label data 46, and outputs the switching pattern SWP (k) to the learning unit 40.
The teacher data 47 is composed of the teacher input data 45 and the teacher label data 46, and the learning unit 40 is based on the teacher data 47 which is a combination of the teacher input data 45 and the teacher label data 46 for each control cycle. And perform machine learning.
 この実施の形態1における回転電機3の駆動制御を対象とした教師データ付き学習は、パーセプトロンを組み合わせて構成したニューラルネットワークにより行われる。具体的には、電圧指令値Vref(k)と、前周期内の少なくとも1つのスイッチング状態SW(k-1)とを教師用入力データ45とし、スイッチングパターンSWP(k)を教師用ラベルデータ46とする。そして、これらによる教師データ47をニューラルネットワークに与えて、ニューラルネットワークの出力が教師用ラベルデータ46と同じとなるように、各パーセプトロンについての重みづけを変更しながら学習を繰り返すものである。 The learning with teacher data for the drive control of the rotary electric machine 3 in the first embodiment is performed by a neural network configured by combining perceptrons. Specifically, the voltage command value Vref (k) and at least one switching state SW (k-1) in the previous cycle are used as the teacher input data 45, and the switching pattern SWP (k) is used as the teacher label data 46. And. Then, the teacher data 47 by these is given to the neural network, and the learning is repeated while changing the weighting for each perceptron so that the output of the neural network becomes the same as the teacher label data 46.
 学習の過程では、誤差逆伝搬法による処理を繰り返し行うことにより各パーセプトロンの出力の誤差を小さくするように重みづけ値を調整する。すなわち、教師データ付き学習は、重みづけ値を調整しながら、教師用ラベルデータ46とニューラルネットワークの出力データの誤差がなくなるようにするものである。
 このようにして、教師データ47の特徴を学習し、入力に基づいて推論を行って結果を導出するための学習済モデルMを獲得する。
In the learning process, the weighting value is adjusted so as to reduce the error of the output of each perceptron by repeating the process by the error back propagation method. That is, in the learning with teacher data, the error between the teacher label data 46 and the output data of the neural network is eliminated while adjusting the weighting value.
In this way, the trained model M for learning the characteristics of the teacher data 47, performing inference based on the input, and deriving the result is acquired.
 このように機械学習により生成された学習済モデルMは、教師データ47の特徴を有する。例えば、教師データ47に変成される学習用データ41が、モデル予測制御を利用したものであれば、学習済モデルMは、PWM方式に比べて、電力変換器1のスイッチング損失を小さくするスイッチングパターンSWP(k)を出力する。 The trained model M generated by machine learning in this way has the characteristics of the teacher data 47. For example, if the learning data 41 transformed into the teacher data 47 uses model prediction control, the trained model M has a switching pattern that reduces the switching loss of the power converter 1 as compared with the PWM method. Outputs SWP (k).
 なお、学習部40が学習に用いるニューラルネットワークは三層であってもよいが、さらに多層であっても良く、ディープラーニングにより機械学習を実行するものでも良い。 The neural network used by the learning unit 40 for learning may have three layers, but may be further multi-layered, and may execute machine learning by deep learning.
 図7は、学習済モデルMを生成するためのハードウェア構成図である。学習済モデルMを生成するための機械学習は、ニューラルネットワークとして機能する機械学習器50で行い、機械学習器50は、図7に示すハードウェア構成により実現される。
 機械学習器50は、プロセッサ51および記憶装置52で構成される。
 記憶装置52は、揮発性記憶装置である例えばRAM53と、不揮発性の補助記憶装置である例えばHDD54とを備える。なお、不揮発性の補助記憶装置としては、HDDの代わりにSSDあるいはフラッシュメモリを使用してもよい。
FIG. 7 is a hardware configuration diagram for generating the trained model M. Machine learning for generating the trained model M is performed by the machine learning device 50 that functions as a neural network, and the machine learning device 50 is realized by the hardware configuration shown in FIG. 7.
The machine learning device 50 includes a processor 51 and a storage device 52.
The storage device 52 includes, for example, a RAM 53, which is a volatile storage device, and, for example, an HDD 54, which is a non-volatile auxiliary storage device. As the non-volatile auxiliary storage device, an SSD or a flash memory may be used instead of the HDD.
 HDD54は、学習プログラム55、教師データ56を保持し、生成される学習結果57も保持する。
 プロセッサ51には、HDD54からRAM53を介して各種の学習プログラム55が入力され、入力された各種の学習プログラム55を実行する。学習プログラム55は、教師データ付き学習をプロセッサ51に実行させる。即ち、教師データ56も、HDD54からRAM53を介してプロセッサ51に入力され、学習プログラム55に従って学習される。
 また、プロセッサ51は、学習結果57のデータを、記憶装置52のRAM53に出力し、必要に応じてRAM53を介してHDD54に保存する。
The HDD 54 holds the learning program 55 and the teacher data 56, and also holds the generated learning result 57.
Various learning programs 55 are input to the processor 51 from the HDD 54 via the RAM 53, and the input various learning programs 55 are executed. The learning program 55 causes the processor 51 to execute learning with teacher data. That is, the teacher data 56 is also input from the HDD 54 to the processor 51 via the RAM 53, and is learned according to the learning program 55.
Further, the processor 51 outputs the data of the learning result 57 to the RAM 53 of the storage device 52, and stores the data in the HDD 54 via the RAM 53 as needed.
 学習プログラム55は、教師データ付き学習をプロセッサ51に実行させ、機械学習の結果(学習結果57)のデータを生成させるための命令を含むプログラムである。 The learning program 55 is a program including instructions for causing the processor 51 to execute learning with teacher data and generate data as a result of machine learning (learning result 57).
 以上のような機械学習器50は、PC(Personal Computer)、サーバ装置等により実現できる。但し、演算量が多いため、例えば、PCにGPU(Graphics Processing Units)を搭載し、GPGPU(General-Purpose computing on Graphics Processing Units)と呼ばれる技術により、GPUを教師データ付き学習の演算処理に利用して、高速に処理できるようにしてもよい。 The machine learning device 50 as described above can be realized by a PC (Personal Computer), a server device, or the like. However, since the amount of calculation is large, for example, a GPU (Graphics Processing Units) is installed in the PC, and the GPU is used for the calculation processing of learning with teacher data by a technology called GPGPU (General-Purpose computing on Graphics Processing Units). It may be possible to process at high speed.
 次に、この実施の形態1の電力変換装置100における制御動作について、以下に説明する。
 図8は、電力変換装置100における制御動作を説明するフローチャートである。この制御動作は、制御装置10が制御周期毎に行うもので、現時点t(k)での動作を示すものとする。
Next, the control operation in the power conversion device 100 of the first embodiment will be described below.
FIG. 8 is a flowchart illustrating a control operation in the power conversion device 100. This control operation is performed by the control device 10 for each control cycle, and indicates the operation at the current t (k).
 まず、制御装置10は、V/f制御器11にて、速度指令ωref(k)に基づいて電圧指令値Vref(k)を生成し、即ち、電圧指令値Vref(k)を取得する(ステップS1)。
 次に、制御装置10は、現時点t(k)のスイッチング状態SW1を含む、少なくとも1つの前周期(k-1)内のスイッチング状態SW(k-1)を取得する(ステップS2)。
 なお、ステップS1で取得した電圧指令値Vref(k)と、ステップS2で取得した前周期(k-1)内のスイッチング状態SW(k-1)とは、パターン生成関数Fに入力される制御指令となる。制御装置10は、該制御指令の各情報を取得すると、該情報をパターン決定部12に入力すると共に格納部13に入力する。
 また、ステップS1、S2については、上記順番に限るものでは無い。
First, the control device 10 generates the voltage command value Vref (k) based on the speed command ωref (k) in the V / f controller 11, that is, acquires the voltage command value Vref (k) (step). S1).
Next, the control device 10 acquires the switching state SW (k-1) in at least one previous cycle (k-1) including the switching state SW1 at the current t (k) (step S2).
The voltage command value Vref (k) acquired in step S1 and the switching state SW (k-1) in the previous cycle (k-1) acquired in step S2 are controlled to be input to the pattern generation function F. It becomes a command. When the control device 10 acquires each information of the control command, the control device 10 inputs the information to the pattern determination unit 12 and also inputs the information to the storage unit 13.
Further, steps S1 and S2 are not limited to the above order.
 次に、制御装置10は、電圧指令値Vref(k)と前周期(k-1)内のスイッチング状態SW(k-1)とから成る制御指令が、格納部13内の学習済モデルMの教師用入力データ45の範囲内か否かを判定する(ステップS3)。 Next, in the control device 10, a control command including a voltage command value Vref (k) and a switching state SW (k-1) in the previous cycle (k-1) is sent to the learned model M in the storage unit 13. It is determined whether or not it is within the range of the teacher input data 45 (step S3).
 ステップS3において、上記制御指令が教師用入力データ45の範囲内であれば、格納部13は、学習済モデルMを用いた第1関数F1をパターン生成関数Fとして出力する。そして、パターン決定部12は、第1関数F1をパターン生成関数Fとして取得する(ステップS4)。 In step S3, if the control command is within the range of the teacher input data 45, the storage unit 13 outputs the first function F1 using the trained model M as the pattern generation function F. Then, the pattern determination unit 12 acquires the first function F1 as the pattern generation function F (step S4).
 そして、パターン決定部12は、上記制御指令に基づいてパターン生成関数Fにより、1周期分のスイッチング状態であるスイッチングパターンSWP(k)を決定する(ステップS5)。
 制御装置10は、決定されたスイッチングパターンSWP(k)に応じて電力変換器1のスイッチング状態を制御して回転電機3を駆動制御する(ステップS6)。
Then, the pattern determination unit 12 determines the switching pattern SWP (k), which is the switching state for one cycle, by the pattern generation function F based on the control command (step S5).
The control device 10 controls the switching state of the power converter 1 according to the determined switching pattern SWP (k) to drive and control the rotary electric machine 3 (step S6).
 ステップS3において、上記制御指令が教師用入力データ45の範囲を超える場合、格納部13は、PWM方式を用いた第2関数F2をパターン生成関数Fとして出力する。即ち、パターン決定部12は、第2関数F2をパターン生成関数Fとして取得する(ステップS7)。その後、ステップS5に移行する。 In step S3, when the control command exceeds the range of the teacher input data 45, the storage unit 13 outputs the second function F2 using the PWM method as the pattern generation function F. That is, the pattern determination unit 12 acquires the second function F2 as the pattern generation function F (step S7). After that, the process proceeds to step S5.
 このように、パターン決定部12は、第1関数F1、第2関数F2のいずれか1方をパターン生成関数Fとして取得し、制御指令に基づいてパターン生成関数Fにより、1周期分のスイッチング状態であるスイッチングパターンSWP(k)を決定する。
 第1関数F1、第2関数F2のいずれか1方を選択するには、制御指令の範囲に応じて行う。即ち、制御指令と教師用入力データ45とを比較して、制御指令が教師用入力データ45の範囲内であれば第1関数F1を選択し、教師用入力データ45の範囲を超えれば第2関数F2を選択する。
 パターン生成関数Fの入力となる制御指令と、教師用入力データ45との比較は、例えば、両者における現時点のスイッチング状態SWが同じで、制御指令内の電圧指令値Vref(k)が教師用入力データ45の範囲内であれば良い。
In this way, the pattern determination unit 12 acquires either one of the first function F1 and the second function F2 as the pattern generation function F, and uses the pattern generation function F based on the control command to switch states for one cycle. The switching pattern SWP (k) is determined.
To select either the first function F1 or the second function F2, it is performed according to the range of the control command. That is, the control command and the teacher input data 45 are compared, and if the control command is within the range of the teacher input data 45, the first function F1 is selected, and if the control command exceeds the range of the teacher input data 45, the second function F1 is selected. Select the function F2.
In comparison between the control command that is the input of the pattern generation function F and the teacher input data 45, for example, the current switching state SW in both is the same, and the voltage command value Vref (k) in the control command is the teacher input. It may be within the range of data 45.
 この実施の形態では、制御指令が教師用入力データ45の範囲を超える場合は、第2関数F2を適用する。これにより、学習済モデルMを用いた第1関数F1は、教師データ47の範囲内でのみ適用でき、学習条件と異なる条件で用いる事が無い。このため、第1関数F1は、想定内の推論を超えることが無く、高速で信頼性の高い結果を導出する。学習済モデルMの生成にモデル予測制御を利用した場合は、PWM方式に比べて電力変換器1のスイッチング損失を小さくできる。
 また、制御指令が教師用入力データ45の範囲を超える場合にも、第2関数F2を適用することにより、制御指令に応じたスイッチングパターンSWP(k)を継続して生成できる。第2関数F2は、予め設定された演算に基づいて確実に結果を導出する。
In this embodiment, the second function F2 is applied when the control command exceeds the range of the teacher input data 45. As a result, the first function F1 using the trained model M can be applied only within the range of the teacher data 47, and is not used under conditions different from the learning conditions. Therefore, the first function F1 does not exceed the inference within the assumption, and derives a high-speed and highly reliable result. When the model prediction control is used to generate the trained model M, the switching loss of the power converter 1 can be reduced as compared with the PWM method.
Further, even when the control command exceeds the range of the teacher input data 45, the switching pattern SWP (k) corresponding to the control command can be continuously generated by applying the second function F2. The second function F2 reliably derives the result based on a preset operation.
 なお、パターン生成関数Fのために準備された第1関数F1および第2関数F2のそれぞれの入出力関係はパターン生成関数Fの入出力関係と同じである。このため、各関数(F、F1、F2)に入力される情報の種類は共通で、制御指令となる電圧指令値Vref(k)およびスイッチング状態SW(k-1)である。そして、各関数(F、F1、F2)から出力される情報の種類も共通で、スイッチングパターンSWP(k)である。但し、第2関数F2に関しては、入力される制御指令の内、電圧指令値Vref(k)のみを用いてスイッチングパターンSWP(k)を出力する。 The input / output relationships of the first function F1 and the second function F2 prepared for the pattern generation function F are the same as the input / output relationships of the pattern generation function F. Therefore, the types of information input to each function (F, F1, F2) are common, and are the voltage command value Vref (k) and the switching state SW (k-1), which are control commands. The type of information output from each function (F, F1, F2) is also common, and is a switching pattern SWP (k). However, regarding the second function F2, the switching pattern SWP (k) is output by using only the voltage command value Vref (k) among the input control commands.
 教師用入力データ45は、第1関数F1を生成するためにニューラルネットワークに入力されるデータであり、パターン生成関数Fに入力される制御指令と同種の情報、即ち、電圧指令値Vref(k)と前周期(k-1)内のスイッチング状態SW(k-1)である。同様に、教師用ラベルデータ46は、パターン生成関数Fの出力であるスイッチングパターンSWP(k)と同種の情報である。 The teacher input data 45 is data input to the neural network to generate the first function F1, and is the same kind of information as the control command input to the pattern generation function F, that is, the voltage command value Vref (k). And the switching state SW (k-1) in the previous cycle (k-1). Similarly, the teacher label data 46 is the same kind of information as the switching pattern SWP (k) which is the output of the pattern generation function F.
 なお、格納部13が、電圧指令値Vref(k)と、前周期(k-1)内の少なくとも1つのスイッチング状態SW(k-1)とに基づいてパターン生成関数Fを出力するものとして説明したが、パターン決定部12が、格納部13内の第1関数F1、第2関数F2のいずれか1方をパターン生成関数Fとして抽出するものでも良い。
 その場合、電圧指令値Vref(k)と、前周期(k-1)内の少なくとも1つのスイッチング状態SW(k-1)とは、格納部13には入力されずにパターン決定部12のみに入力される。そして、パターン決定部12は、これら制御指令に基づいて、第1関数F1、第2関数F2のいずれか1方をパターン生成関数Fとして抽出する。
It is assumed that the storage unit 13 outputs the pattern generation function F based on the voltage command value Vref (k) and at least one switching state SW (k-1) in the previous cycle (k-1). However, the pattern determination unit 12 may extract either one of the first function F1 and the second function F2 in the storage unit 13 as the pattern generation function F.
In that case, the voltage command value Vref (k) and at least one switching state SW (k-1) in the previous cycle (k-1) are not input to the storage unit 13 but only to the pattern determination unit 12. Entered. Then, the pattern determination unit 12 extracts either one of the first function F1 and the second function F2 as the pattern generation function F based on these control commands.
 また上記実施の形態では、第2関数F2にPWM形式を用い、第1関数F1ではPWM方式よりスイッチング損失が低減するような制御に基づく学習済モデルMを用いた。これら第1、第2関数F1、F2の基となる制御は、上記のものに限らず適用できる。 Further, in the above embodiment, the PWM format is used for the second function F2, and the learned model M based on the control is used in the first function F1 so that the switching loss is reduced as compared with the PWM method. The controls that form the basis of these first and second functions F1 and F2 are not limited to those described above, and can be applied.
実施の形態2.
 図9は実施の形態2による電力変換装置の構成を示すブロック図である。
 この実施の形態では、制御装置10内に教師データ取得部14を備える。教師データ取得部14は、生成された制御指令、即ち、電圧指令値Vref(k)およびスイッチング状態SW(k-1)が、教師用入力データ45の範囲を超える場合に、該制御指令およびスイッチングパターンSWP(k)を新たな教師データとして取得する。その他の構成は、上記実施の形態1と同様である。
Embodiment 2.
FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of the power conversion device according to the second embodiment.
In this embodiment, the teacher data acquisition unit 14 is provided in the control device 10. When the generated control command, that is, the voltage command value Vref (k) and the switching state SW (k-1) exceeds the range of the teacher input data 45, the teacher data acquisition unit 14 performs the control command and switching. The pattern SWP (k) is acquired as new teacher data. Other configurations are the same as those in the first embodiment.
 図10は、この実施の形態2による電力変換装置100における制御動作を説明するフローチャートである。この制御動作は、制御装置10が制御周期毎に行うもので、現時点t(k)での動作を示すものとする。この場合、ステップS1~ステップS7については、上記実施の形態1と同様である。 FIG. 10 is a flowchart illustrating a control operation in the power conversion device 100 according to the second embodiment. This control operation is performed by the control device 10 for each control cycle, and indicates the operation at the current t (k). In this case, steps S1 to S7 are the same as those in the first embodiment.
 まず、制御装置10は、V/f制御器11にて、速度指令ωref(k)に基づいて電圧指令値Vref(k)を生成し、即ち、電圧指令値Vref(k)を取得する(ステップS1)。
 次に、制御装置10は、現時点t(k)のスイッチング状態SW1を含む、少なくとも1つの前周期(k-1)内のスイッチング状態SW(k-1)を取得する(ステップS2)。
 なお、ステップS1で取得した電圧指令値Vref(k)と、ステップS2で取得した前周期(k-1)内のスイッチング状態SW(k-1)とは、パターン生成関数Fに入力される制御指令となる。制御装置10は、該制御指令の各情報を取得すると、該情報をパターン決定部12に入力すると共に格納部13に入力する。
First, the control device 10 generates the voltage command value Vref (k) based on the speed command ωref (k) in the V / f controller 11, that is, acquires the voltage command value Vref (k) (step). S1).
Next, the control device 10 acquires the switching state SW (k-1) in at least one previous cycle (k-1) including the switching state SW1 at the current t (k) (step S2).
The voltage command value Vref (k) acquired in step S1 and the switching state SW (k-1) in the previous cycle (k-1) acquired in step S2 are controlled to be input to the pattern generation function F. It becomes a command. When the control device 10 acquires each information of the control command, the control device 10 inputs the information to the pattern determination unit 12 and also inputs the information to the storage unit 13.
 次に、制御装置10は、電圧指令値Vref(k)と前周期(k-1)内のスイッチング状態SW(k-1)とから成る制御指令が、格納部13内の学習済モデルMの教師用入力データ45の範囲内か否かを判定する(ステップS3)。 Next, in the control device 10, a control command including a voltage command value Vref (k) and a switching state SW (k-1) in the previous cycle (k-1) is sent to the learned model M in the storage unit 13. It is determined whether or not it is within the range of the teacher input data 45 (step S3).
 ステップS3において、上記制御指令が教師用入力データ45の範囲内であれば、格納部13は、学習済モデルMを用いた第1関数F1をパターン生成関数Fとして出力する。そして、パターン決定部12は、第1関数F1をパターン生成関数Fとして取得し(ステップS4)、上記制御指令に基づいてパターン生成関数F(第1関数F1)により、1周期分のスイッチング状態であるスイッチングパターンSWP(k)を決定する(ステップS5)。
 制御装置10は、決定されたスイッチングパターンSWP(k)に応じて電力変換器1のスイッチング状態を制御して回転電機3を駆動制御する(ステップS6)。
In step S3, if the control command is within the range of the teacher input data 45, the storage unit 13 outputs the first function F1 using the trained model M as the pattern generation function F. Then, the pattern determination unit 12 acquires the first function F1 as the pattern generation function F (step S4), and uses the pattern generation function F (first function F1) based on the control command in a switching state for one cycle. A certain switching pattern SWP (k) is determined (step S5).
The control device 10 controls the switching state of the power converter 1 according to the determined switching pattern SWP (k) to drive and control the rotary electric machine 3 (step S6).
 ステップS3において、上記制御指令が教師用入力データ45の範囲を超える場合、格納部13は、PWM方式を用いた第2関数F2をパターン生成関数Fとして出力する。即ち、パターン決定部12は、第2関数F2をパターン生成関数Fとして取得する(ステップS7)。 In step S3, when the control command exceeds the range of the teacher input data 45, the storage unit 13 outputs the second function F2 using the PWM method as the pattern generation function F. That is, the pattern determination unit 12 acquires the second function F2 as the pattern generation function F (step S7).
 そしてパターン決定部12は、上記制御指令に基づいてパターン生成関数F(第2関数F2)により、1周期分のスイッチング状態であるスイッチングパターンSWP(k)を決定する(ステップS8)。
 次に、教師データ取得部14は、パターン生成関数F(第2関数F2)に入力された上記制御指令を教師用入力データとして取得し、パターン生成関数F(第2関数F2)の出力であるスイッチングパターンSWP(k)を教師用ラベルデータとして取得する。即ち、新たな教師データとして、これらの教師用入力データおよび教師用ラベルデータを取得する(ステップS9)。
 制御装置10は、決定されたスイッチングパターンSWP(k)に応じて電力変換器1のスイッチング状態を制御して回転電機3を駆動制御する(ステップS10)。
Then, the pattern determination unit 12 determines the switching pattern SWP (k), which is the switching state for one cycle, by the pattern generation function F (second function F2) based on the control command (step S8).
Next, the teacher data acquisition unit 14 acquires the control command input to the pattern generation function F (second function F2) as input data for teachers, and outputs the pattern generation function F (second function F2). The switching pattern SWP (k) is acquired as teacher label data. That is, these teacher input data and teacher label data are acquired as new teacher data (step S9).
The control device 10 controls the switching state of the power converter 1 according to the determined switching pattern SWP (k) to drive and control the rotary electric machine 3 (step S10).
 この実施の形態では、上記実施の形態1と同様に、学習済モデルMを用いた第1関数F1は、教師データ47の範囲内でのみ適用して、それ以外の場合は第2関数F2を用いる。そして、第2関数F2を用いる場合の入出力情報、即ち、制御指令とスイッチングパターンSWP(k)とを、新たな教師データして取得する。このため、上記実施の形態1と同様の効果が得られると共に、学習済モデルMの更新、あるいは適用範囲拡大のための情報収集が可能になる。 In this embodiment, as in the first embodiment, the first function F1 using the trained model M is applied only within the range of the teacher data 47, and in other cases, the second function F2 is applied. Use. Then, the input / output information when the second function F2 is used, that is, the control command and the switching pattern SWP (k) are acquired as new teacher data. Therefore, the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and the trained model M can be updated or information can be collected for expanding the applicable range.
 なお、制御装置10を上位コントローラと接続可能とし、上位コントローラが教師データ取得部14の情報を受信することで、上位コントローラ、あるいはそれに接続される機械学習器によって、学習済モデルMの再構築あるいは、新たな学習済モデルで適用範囲の拡大したものを生成することができる。 The control device 10 can be connected to the upper controller, and when the upper controller receives the information of the teacher data acquisition unit 14, the learned model M can be reconstructed or reconstructed by the upper controller or the machine learner connected to the controller. , A new trained model with expanded scope can be generated.
実施の形態3.
 図11は実施の形態3による電力変換装置の構成を示すブロック図である。
 また、図12は、実施の形態3による電力変換装置を実現するハードウェア構成図である。
 図に示すように、電力変換装置100Aは、主回路である電力変換器1と電力変換器1を出力制御する制御装置10Aとを備え、直流電源2と回転電機3との間に接続される。
 電力変換器1は、直流電源2からの直流電力を交流電力に変換して回転電機3に供給して回転電機3を駆動する。回転電機3は、電力変換器1から供給された交流電力を動力に変換する。
Embodiment 3.
FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of the power conversion device according to the third embodiment.
Further, FIG. 12 is a hardware configuration diagram for realizing the power conversion device according to the third embodiment.
As shown in the figure, the power converter 100A includes a power converter 1 which is a main circuit and a control device 10A which controls the output of the power converter 1, and is connected between the DC power supply 2 and the rotary electric machine 3. ..
The power converter 1 converts the DC power from the DC power source 2 into AC power and supplies it to the rotary electric machine 3 to drive the rotary electric machine 3. The rotary electric machine 3 converts the AC power supplied from the power converter 1 into power.
 この実施の形態では、回転電機3の駆動状態を示す検出値を取得する電流検出器(以下、検出器15)を、電力変換器1と回転電機3との間に備える。検出器15は、各相の交流出力線に設けられ、検出値として電流値I(k)(Iu(k)、Iv(k)、Iw(k))を検出する。電流値I(k)は、電力変換器1の出力電流の値である。
 なお、回転電機3は、例えば誘導電動機、同期電動機等の各種の電動機を用いることができる。
In this embodiment, a current detector (hereinafter, detector 15) for acquiring a detection value indicating a driving state of the rotary electric machine 3 is provided between the power converter 1 and the rotary electric machine 3. The detector 15 is provided on the AC output line of each phase, and detects current values I (k) (Iu (k), Iv (k), Iw (k)) as detection values. The current value I (k) is the value of the output current of the power converter 1.
As the rotary electric machine 3, various electric motors such as an induction motor and a synchronous electric motor can be used.
 制御装置10Aは、電流値I(k)に基づいて回転電機3の状態量である位置θ(k)、磁束ψ(k)および速度ω(k)を演算する状態観測部16と、PI(比例積分)磁束制御器17と、PI速度制御器18とを備える。さらに、制御装置10Aは、スイッチングパターンSWPを決定するパターン決定部12Aと、2つの第1関数F1A、F1Bおよび第2関数F2Aを保持する格納部13Aとを備える。
 なお、図12に示すように、電力変換器1および制御装置10Aを実現するハードウェア構成は、実施の形態1と同様である。
The control device 10A includes a state observation unit 16 that calculates a position θ (k), a magnetic flux ψ (k), and a velocity ω (k), which are state quantities of the rotary electric machine 3 based on the current value I (k), and PI ( A magnetic flux controller 17 and a PI speed controller 18 are provided. Further, the control device 10A includes a pattern determination unit 12A that determines the switching pattern SWP, and a storage unit 13A that holds two first functions F1A and F1B and a second function F2A.
As shown in FIG. 12, the hardware configuration for realizing the power converter 1 and the control device 10A is the same as that of the first embodiment.
 各第1関数F1A、F1Bは、それぞれ教師データに基づく機械学習で得た情報を元に、各第1関数F1A、F1Bへの入力に基づいて推論を行う学習済モデルMA、MBを用いて、該推論によりスイッチングパターンSWPを生成する。この場合、学習済モデルMA、MBが格納部13Aに格納され、それぞれ第1関数F1A、F1Bとして動作する。学習済モデルMAと学習済モデルMBとは、教師データが異なるもので、例えば学習済モデルMAは設定速度以下の低速回転用の回転電機3の情報を教師データに用い、学習済モデルMBは上記設定速度を超える高速回転用の回転電機3の情報を教師データに用いて学習させたものである。 The first functions F1A and F1B use trained models MA and MB that make inferences based on the inputs to the first functions F1A and F1B based on the information obtained by machine learning based on the teacher data, respectively. The switching pattern SWP is generated by the inference. In this case, the trained models MA and MB are stored in the storage unit 13A and operate as the first functions F1A and F1B, respectively. The trained model MA and the trained model MB have different teacher data. For example, the trained model MA uses the information of the rotary electric machine 3 for low-speed rotation below the set speed as the teacher data, and the trained model MB is described above. The information of the rotary electric machine 3 for high-speed rotation exceeding the set speed is used as the teacher data for learning.
 また、第2関数F2は、第2関数F2への入力に基づいて、モデル予測制御を用いてスイッチングパターンSWPを生成する。
 なお、スイッチングパターンSWPは、上記実施の形態1で説明したように、1周期分のスイッチング状態の組み合わせから成るものである。
Further, the second function F2 generates a switching pattern SWP by using model prediction control based on the input to the second function F2.
As described in the first embodiment, the switching pattern SWP is composed of a combination of switching states for one cycle.
 検出器15は、電流値I(k)として、三相(U相、V相、W相)の電流値(Iu(k)、Iv(k)、Iw(k))を検出しても良いし、二相分の電流値を検出し、残りの一相を算出したものを用いてもよい。また、1つの検出器15にて三相の電流値I(k)を復元する1シャント電流検出方式を用いてもよい。
 ここで、検出器15には、CT(Current Transformer)検出器あるいはシャント抵抗等、いずれの電流検出器を用いてもよい。
The detector 15 may detect the current values (Iu (k), Iv (k), Iw (k)) of the three phases (U phase, V phase, W phase) as the current value I (k). Then, the current values for the two phases may be detected and the remaining one phase may be calculated. Further, a one-shunt current detection method that restores the three-phase current value I (k) with one detector 15 may be used.
Here, as the detector 15, any current detector such as a CT (Current Transformer) detector or a shunt resistor may be used.
 状態観測部16は、電流値I(k)に基づいて回転電機3の状態量である位置θ(k)、磁束ψ(k)および速度ω(k)を演算するもので、演算時に回転電機パラメータである抵抗値あるいはインダクタンス値を用いてもよい。 The state observation unit 16 calculates the position θ (k), the magnetic flux ψ (k), and the velocity ω (k), which are the state quantities of the rotary electric machine 3, based on the current value I (k). The resistance value or the inductance value, which are parameters, may be used.
 制御装置10Aには、回転電機3の制御目標である速度指令ωref(k)および磁束指令ψref(k)が与えられる。
 PI磁束制御器17は、制御周期毎に、磁束指令ψref(k)と状態観測部16にて演算した磁束ψ(k)とに基づいて、磁束指令ψref(k)と磁束ψ(k)との偏差を小さくするためのd軸電流指令値Idref(k)を出力する。PI速度制御器18は、制御周期毎に、速度指令ωref(k)と状態観測部16にて演算した速度ω(k)とに基づいて、速度指令ωref(k)と速度ω(k)との偏差を小さくするためのq軸電流指令値Idref(k)を出力する。
The control device 10A is given a speed command ωref (k) and a magnetic flux command ψref (k), which are control targets of the rotary electric machine 3.
The PI magnetic flux controller 17 sets the magnetic flux command ψref (k) and the magnetic flux ψ (k) based on the magnetic flux command ψref (k) and the magnetic flux ψ (k) calculated by the state observer 16 for each control cycle. The d-axis current command value Iref (k) for reducing the deviation of is output. The PI speed controller 18 sets the speed command ωref (k) and the speed ω (k) based on the speed command ωref (k) and the speed ω (k) calculated by the state observer 16 for each control cycle. The q-axis current command value Iref (k) for reducing the deviation of is output.
 なお、PI制御は公知の技術であるため、詳細説明は省略する。
 また、q軸電流指令値Idref(k)を出力するPI速度制御器18を用いるものを示したが、速度指令ωref(k)と速度ω(k)との偏差を小さくするように、回転電機3のトルク指令値τref(k)を出力するPI速度制御器を用いても良い。
Since PI control is a known technique, detailed description thereof will be omitted.
Further, although the PI speed controller 18 that outputs the q-axis current command value Iref (k) is used, the rotary electric machine is used so as to reduce the deviation between the speed command ωref (k) and the speed ω (k). A PI speed controller that outputs the torque command value τref (k) of 3 may be used.
 また、制御装置10Aは、現時点t(k)のスイッチング状態を含む、前周期(k-1)内の少なくとも1つのスイッチング状態SW(k-1)(:SWu(k-1)、SWv(k-1)、SWw(k-1))を取得する。
 制御装置10Aは、電流指令値としてのdq軸電流指令値Idqref(k)(Idref(k)、Iqref(k))と、検出値である電流値I(k)と、状態量である位置θ(k)および速度ω(k)と、前周期(k-1)内の少なくとも1つのスイッチング状態SW(k-1)とを制御指令とする。そして、格納部13Aは、この制御指令に基づいて第1関数F1A、F1Bおよび第2関数F2の内、いずれか1つを選択しパターン生成関数Fとしてパターン決定部12Aへ出力する。なお、上記制御指令は、パターン生成関数Fの入力となるものである。
Further, the control device 10A has at least one switching state SW (k-1) (: SWu (k-1), SWv (k) in the previous cycle (k-1) including the switching state of the current t (k). -1), SWw (k-1)) is acquired.
The control device 10A has a dq-axis current command value Idqref (k) (Idref (k), Iqref (k)) as a current command value, a current value I (k) which is a detected value, and a position θ which is a state quantity. The control command is (k), the velocity ω (k), and at least one switching state SW (k-1) in the previous cycle (k-1). Then, the storage unit 13A selects any one of the first function F1A, F1B and the second function F2 based on this control command, and outputs the pattern generation function F to the pattern determination unit 12A. The control command is an input of the pattern generation function F.
 パターン決定部12Aは、上記制御指令とパターン生成関数Fとに基づいて、即ち、上記制御指令をパターン生成関数Fに対する入力として用い、現周期kのスイッチングパターンSWP(k)を生成する。
 このように制御装置10Aは、制御周期毎に、スイッチングパターンSWP(k)を出力して電力変換器1を制御する。
The pattern determination unit 12A generates a switching pattern SWP (k) having the current cycle k based on the control command and the pattern generation function F, that is, using the control command as an input to the pattern generation function F.
In this way, the control device 10A outputs the switching pattern SWP (k) for each control cycle to control the power converter 1.
 なお、パターン生成関数Fの入力の一部である前周期(k-1)内の少なくとも1つのスイッチング状態SW(k-1)と、パターン生成関数Fの出力であるスイッチングパターンSWPは、上記実施の形態1と同様である。 The at least one switching state SW (k-1) in the previous period (k-1) which is a part of the input of the pattern generation function F and the switching pattern SWP which is the output of the pattern generation function F are carried out as described above. It is the same as the form 1 of.
 次に、第2関数F2に用いられるモデル予測制御について、図13に基づいて以下に説明する。
 図に示す場合では、制御装置10Aは、電流値I(電流検出値)を、設定した電流許容幅内に維持する様にスイッチング状態を決定する。現時点t(k)において、現時点t(k)のスイッチング状態SW1を含む、少なくとも1つの前周期(k-1)内のスイッチング状態SW(k-1)と電流値Iとに基づいて、回転電機3に交流電力を与える現周期のスイッチングパターンSWP(k)(1周期分のスイッチング状態)の候補を生成する。そして、候補毎に電流値Iの予測値を計算する。図13内に、現時点t(k)および直前の電流検出値30と、現時点以降におけるスイッチングパターンSWP(k)の候補毎の電流予測値31、31a、31b、31c、31d、31eとを示す。
Next, the model prediction control used for the second function F2 will be described below based on FIG.
In the case shown in the figure, the control device 10A determines the switching state so as to maintain the current value I (current detection value) within the set current allowable range. At the current time t (k), the rotary electric machine is based on the switching state SW (k-1) and the current value I in at least one previous cycle (k-1) including the switching state SW1 at the current time t (k). A candidate for the switching pattern SWP (k) (switching state for one cycle) of the current cycle that gives AC power to 3 is generated. Then, the predicted value of the current value I is calculated for each candidate. In FIG. 13, the current t (k) and the immediately preceding current detection value 30, and the current prediction values 31, 31a, 31b, 31c, 31d, and 31e for each candidate of the switching pattern SWP (k) after the present time are shown.
 そして、電流予測値31、31a、31b、31c、31d、31eの中で、電流許容幅の上限または下限に至る時間が最長であるケース(電流予測値31)のスイッチングパターンSWP(k)を探索する。
 これにより、電力変換器1のスイッチング損失をPWM方式よりも小さくして、回転電機3を駆動することができる。
 なお、上述したモデル予測制御は一例であって、回転電機3の駆動音、機械振動、電流高調波、および電流指令値への電流値の追従時間の内、少なくとも1つをPWM方式に対して小さくするように制御しても良い。
Then, among the current predicted values 31, 31a, 31b, 31c, 31d, and 31e, the switching pattern SWP (k) of the case (current predicted value 31) in which the time to reach the upper limit or the lower limit of the current allowable width is the longest is searched for. do.
As a result, the switching loss of the power converter 1 can be made smaller than that of the PWM method, and the rotary electric machine 3 can be driven.
The model prediction control described above is an example, and at least one of the drive sound of the rotary electric machine 3, mechanical vibration, current harmonics, and the follow-up time of the current value to the current command value is set with respect to the PWM method. It may be controlled to be small.
 次に、この実施の形態3の電力変換装置100Aにおける制御動作について、以下に説明する。
 図14および図15は、電力変換装置100Aにおける制御動作を説明するフローチャートである。この制御動作は、制御装置10Aが制御周期毎に行うもので、現時点t(k)での動作を示すものとする。
 なお、この場合も、制御装置10Aは、制御指令となる各情報を取得すると、該情報をパターン決定部12Aに入力すると共に格納部13Aに入力する。
Next, the control operation in the power conversion device 100A of the third embodiment will be described below.
14 and 15 are flowcharts illustrating a control operation in the power conversion device 100A. This control operation is performed by the control device 10A for each control cycle, and indicates the operation at the current t (k).
In this case as well, when the control device 10A acquires each information serving as a control command, the control device 10A inputs the information to the pattern determination unit 12A and also to the storage unit 13A.
 検出器15は、電流値I(k)(Iu(k)、Iv(k)、Iw(k))を検出し、制御装置10Aは、検出された電流値I(k)を制御指令の一部として取得し、パターン決定部12Aおよび格納部13Aに入力する(ステップSS1)。
 次に、状態観測部16は、電流値I(k)に基づいて回転電機3の状態量である位置θ(k)、磁束ψ(k)および速度ω(k)を演算し(ステップSS2)、制御装置10Aは、位置θ(k)および速度ω(k)を、制御指令の一部として取得し、パターン決定部12Aおよび格納部13Aに入力する(ステップSS3)。
The detector 15 detects the current value I (k) (Iu (k), Iv (k), Iw (k)), and the control device 10A sets the detected current value I (k) as one of the control commands. It is acquired as a unit and input to the pattern determination unit 12A and the storage unit 13A (step SS1).
Next, the state observing unit 16 calculates the position θ (k), the magnetic flux ψ (k), and the velocity ω (k), which are the state quantities of the rotary electric machine 3, based on the current value I (k) (step SS2). , The control device 10A acquires the position θ (k) and the velocity ω (k) as a part of the control command and inputs them to the pattern determination unit 12A and the storage unit 13A (step SS3).
 次に、PI磁束制御器17は、磁束指令ψref(k)と磁束ψ(k)とに基づいて、d軸電流指令値Idref(k)を出力し、PI速度制御器18は、制御周期毎に、速度指令ωref(k)と速度ω(k)とに基づいて、q軸電流指令値Idref(k)を出力する。そして、制御装置10Aは、dq軸電流指令値Idqref(k)(Idref(k)、Iqref(k))を、制御指令の一部として取得し、パターン決定部12Aおよび格納部13Aに入力する(ステップSS4)。
 次に、制御装置10Aは、現時点t(k)のスイッチング状態を含む、少なくとも1つの前周期(k-1)内のスイッチング状態SW(k-1)を取得する(ステップSS5)。
 なお、ステップSS1~ステップSS5については、上記順番に限るものでは無い。
Next, the PI magnetic flux controller 17 outputs the d-axis current command value Iref (k) based on the magnetic flux command ψref (k) and the magnetic flux ψ (k), and the PI speed controller 18 outputs every control cycle. The q-axis current command value Iref (k) is output based on the speed command ωref (k) and the speed ω (k). Then, the control device 10A acquires the dq-axis current command values Idqref (k) (Idref (k), Iqref (k)) as a part of the control command, and inputs them to the pattern determination unit 12A and the storage unit 13A ( Step SS4).
Next, the control device 10A acquires the switching state SW (k-1) in at least one previous cycle (k-1) including the switching state of the current t (k) (step SS5).
The steps SS1 to SS5 are not limited to the above order.
 次に、制御装置10Aは、dq軸電流指令値Idqref(k)と、電流値I(k)と、位置θ(k)および速度ω(k)と、前周期(k-1)内の少なくとも1つのスイッチング状態SW(k-1)とを制御指令として、該制御指令が格納部13A内の学習済モデルMAの教師用入力データの範囲内か否かを判定する(ステップSS6)。 Next, the control device 10A has a dq-axis current command value Idqref (k), a current value I (k), a position θ (k), a velocity ω (k), and at least the previous period (k-1). Using one switching state SW (k-1) as a control command, it is determined whether or not the control command is within the range of the teacher input data of the trained model MA in the storage unit 13A (step SS6).
 ステップSS6において、上記制御指令が学習済モデルMAの教師用入力データの範囲内であれば、格納部13Aは、学習済モデルMAを用いた第1関数F1Aをパターン生成関数Fとして出力する。そして、パターン決定部12Aは、第1関数F1Aをパターン生成関数Fとして取得する(ステップSS7)。 In step SS6, if the control command is within the range of the teacher input data of the trained model MA, the storage unit 13A outputs the first function F1A using the trained model MA as the pattern generation function F. Then, the pattern determination unit 12A acquires the first function F1A as the pattern generation function F (step SS7).
 そして、パターン決定部12Aは、上記制御指令に基づいてパターン生成関数Fにより、1周期分のスイッチング状態であるスイッチングパターンSWP(k)を決定する(ステップSS8)。
 制御装置10Aは、決定されたスイッチングパターンSWP(k)に応じて電力変換器1のスイッチング状態を制御して回転電機3を駆動制御する(ステップSS9)。
Then, the pattern determination unit 12A determines the switching pattern SWP (k), which is the switching state for one cycle, by the pattern generation function F based on the control command (step SS8).
The control device 10A controls the switching state of the power converter 1 according to the determined switching pattern SWP (k) to drive and control the rotary electric machine 3 (step SS9).
 ステップSS6において、上記制御指令が学習済モデルMAの教師用入力データの範囲を超える場合、制御装置10Aは、上記制御指令が格納部13A内の学習済モデルMBの教師用入力データの範囲内か否かを判定する(ステップSS10)。
 ステップSS10において、上記制御指令が学習済モデルMBの教師用入力データの範囲内であれば、格納部13Aは、学習済モデルMBを用いた第1関数F1Bをパターン生成関数Fとして出力する。そして、パターン決定部12Aは、第1関数F1Bをパターン生成関数Fとして取得する(ステップSS11)。その後、ステップSS8に移行する。
In step SS6, when the control command exceeds the range of the teacher input data of the trained model MA, the control device 10A asks whether the control command is within the range of the teacher input data of the trained model MB in the storage unit 13A. It is determined whether or not (step SS10).
In step SS10, if the control command is within the range of the teacher input data of the trained model MB, the storage unit 13A outputs the first function F1B using the trained model MB as the pattern generation function F. Then, the pattern determination unit 12A acquires the first function F1B as the pattern generation function F (step SS11). After that, the process proceeds to step SS8.
 ステップSS10において、上記制御指令が学習済モデルMBの教師用入力データの範囲を超える場合、格納部13Aは、モデル予測方式を用いた第2関数F2Aをパターン生成関数Fとして出力する。即ち、パターン決定部12Aは、第2関数F2Aをパターン生成関数Fとして取得する(ステップSS12)。その後、ステップSS8に移行する。 In step SS10, when the control command exceeds the range of the teacher input data of the trained model MB, the storage unit 13A outputs the second function F2A using the model prediction method as the pattern generation function F. That is, the pattern determination unit 12A acquires the second function F2A as the pattern generation function F (step SS12). After that, the process proceeds to step SS8.
 以上のように、この実施の形態3による制御装置10Aは、回転電機3の駆動状態を示す電流値I(k)、位置θ(k)、磁束ψ(k)および速度ω(k)に基づいて電力変換器1のスイッチング状態を制御するためのスイッチングパターンSWP(k)を決定する。このため、回転電機3の駆動音、機械振動、電流高調波、および電流指令値への電流値の追従時間の内、少なくとも1つをPWM方式に対して小さくできる。 As described above, the control device 10A according to the third embodiment is based on the current value I (k), the position θ (k), the magnetic flux ψ (k), and the speed ω (k) indicating the driving state of the rotary electric machine 3. The switching pattern SWP (k) for controlling the switching state of the power converter 1 is determined. Therefore, at least one of the drive sound of the rotary electric machine 3, the mechanical vibration, the current harmonic, and the follow-up time of the current value to the current command value can be made smaller than that of the PWM method.
 また、この実施の形態3では、格納部13Aは、それぞれ異なる教師データに基づく機械学習で得た情報を元に、推論を行う2つの学習済モデルMA、MBを用いる2つの第1関数F1A、F1Bと、モデル予測制御を用いた第2関数F2Aとを保持する。そして、制御装置10Aは、生成した制御指令の範囲に応じて2つの第1関数F1A、F1Bと第2関数F2Aとの中からいずれか1つをパターン生成関数Fとして選択して、スイッチングパターンSWP(k)を決定する。 Further, in the third embodiment, the storage unit 13A uses two trained models MA and MB that make inferences based on information obtained by machine learning based on different teacher data, and two first functions F1A. It holds F1B and a second function F2A using model prediction control. Then, the control device 10A selects any one of the two first functions F1A and F1B and the second function F2A as the pattern generation function F according to the range of the generated control command, and switches pattern SWP. (K) is determined.
 第1関数F1A、F1Bおよび第2関数F2Aの中から1つのパターン生成関数Fを選択するには、上記実施の形態1と同様に、制御指令の範囲に応じて行う。この場合、第1関数F1Aを第1関数F1Bより優先的に用い、制御指令と学習済モデルMAの教師用入力データとを比較して、制御指令が学習済モデルMAの教師用入力データの範囲内であれば第1関数F1Aを選択する。制御指令が学習済モデルMAの教師用入力データの範囲を超え、かつ学習済モデルMBの教師用入力データの範囲内であれば第1関数F1Bを選択する。そして、制御指令が学習済モデルMBの教師用入力データの範囲も超える場合は、第2関数F2を選択する。
 パターン生成関数Fの入力となる制御指令と、教師用入力データ45との比較は、例えば、両者における現時点のスイッチング状態SWが同じで、その他の制御指令内の少なく1つ、例えばdq軸電流指令値Idqref(k)を比較して行っても良い。
In order to select one pattern generation function F from the first function F1A, F1B and the second function F2A, it is performed according to the range of the control command as in the first embodiment. In this case, the first function F1A is preferentially used over the first function F1B, the control command is compared with the teacher input data of the trained model MA, and the control command is the range of the teacher input data of the trained model MA. If it is within, the first function F1A is selected. If the control command exceeds the range of the teacher input data of the trained model MA and is within the range of the teacher input data of the trained model MB, the first function F1B is selected. Then, when the control command exceeds the range of the teacher input data of the trained model MB, the second function F2 is selected.
A comparison between the control command that is the input of the pattern generation function F and the teacher input data 45 is, for example, that the current switching state SW in both is the same, and at least one of the other control commands, for example, the dq axis current command. The value Idqref (k) may be compared.
 この実施の形態においても、各学習済モデルMA、MBを用いた第1関数F1A、F1Bは、それぞれの教師データの範囲内でのみ適用でき、学習条件と異なる条件で用いる事が無い。このため、各第1関数F1A、F1Bは、想定内の推論を超えることが無く、高速で信頼性の高い結果を導出できる。また、異なる教師データを用いて2つの学習済モデルMA、MBを用意するため、容易な機械学習で信頼性の高い学習済モデルMA、MBが得られる。
 また、制御指令が学習済モデルMA、MBの双方の教師用入力データの範囲を超える場合にも、第2関数F2Aを適用することにより、制御指令に応じたスイッチングパターンSWP(k)を継続して生成できる。第2関数F2Aは、予め設定された演算に基づいて確実に結果を導出する。
Also in this embodiment, the first functions F1A and F1B using the trained models MA and MB can be applied only within the range of the respective teacher data, and are not used under conditions different from the learning conditions. Therefore, each of the first functions F1A and F1B can derive a high-speed and highly reliable result without exceeding the inference within the assumption. Further, since two trained models MA and MB are prepared using different teacher data, highly reliable trained models MA and MB can be obtained by simple machine learning.
Further, even when the control command exceeds the range of the input data for teachers of both the trained models MA and MB, the switching pattern SWP (k) corresponding to the control command is continued by applying the second function F2A. Can be generated. The second function F2A reliably derives the result based on a preset operation.
 また、パターン生成関数Fのために準備された第1関数F1A、F1Bおよび第2関数F2Aの入出力関係はパターン生成関数Fの入出力関係と同じである。このため、各関数(F、F1A、F1B、F2A)に入力される情報の種類は共通で、制御指令である情報、即ち、dq軸電流指令値Idqref(k)と、電流値I(k)と、位置θ(k)および速度ω(k)と、前周期(k-1)内の少なくとも1つのスイッチング状態SW(k-1)である。そして、各関数(F、F1A、F1B、F2A)から出力される情報の種類も共通で、スイッチングパターンSWP(k)である。但し、第2関数F2Aに関しては、入力される制御指令の全てを用いる必要は無く、例えばスイッチング状態SW(k-1)を用いずにスイッチングパターンSWP(k)を出力する。 Further, the input / output relations of the first function F1A, F1B and the second function F2A prepared for the pattern generation function F are the same as the input / output relations of the pattern generation function F. Therefore, the types of information input to each function (F, F1A, F1B, F2A) are common, and the information that is a control command, that is, the dq-axis current command value Idqref (k) and the current value I (k). , The position θ (k), the velocity ω (k), and at least one switching state SW (k-1) in the previous period (k-1). The type of information output from each function (F, F1A, F1B, F2A) is also common, and is a switching pattern SWP (k). However, regarding the second function F2A, it is not necessary to use all of the input control commands, and for example, the switching pattern SWP (k) is output without using the switching state SW (k-1).
 学習済モデルMA、MBの各教師用入力データは、それぞれ第1関数F1A、F1Bを生成するためにニューラルネットワークに入力されるデータであり、パターン生成関数Fに入力される制御指令と同種の情報である。同様に、学習済モデルMA、MBの各教師用ラベルデータは、パターン生成関数Fの出力であるスイッチングパターンSWP(k)と同種の情報である。 The input data for each teacher of the trained models MA and MB is the data input to the neural network to generate the first functions F1A and F1B, respectively, and is the same kind of information as the control command input to the pattern generation function F. Is. Similarly, the label data for each teacher of the trained models MA and MB is the same kind of information as the switching pattern SWP (k) which is the output of the pattern generation function F.
 なお、この実施の形態においても、パターン決定部12Aが、格納部13A内の第1関数F1A、F1Bおよび第2関数F2Aの中から1つをパターン生成関数Fとして抽出するものでも良い。
 その場合、生成された制御指令は格納部13Aには入力されずにパターン決定部12Aのみに入力される。そして、パターン決定部12Aは、制御指令に基づいて、格納部13Aからパターン生成関数Fを抽出する。
In this embodiment as well, the pattern determination unit 12A may extract one of the first functions F1A and F1B and the second function F2A in the storage unit 13A as the pattern generation function F.
In that case, the generated control command is not input to the storage unit 13A but is input only to the pattern determination unit 12A. Then, the pattern determination unit 12A extracts the pattern generation function F from the storage unit 13A based on the control command.
 また上記実施の形態では、第2関数F2Aにモデル予測形式を用いたが、第1、第2関数F1A、F1B、F2Aの基となる制御は、回転電機3の駆動に係る、様々な制御が適用できる。 Further, in the above embodiment, the model prediction format is used for the second function F2A, but the control underlying the first and second functions F1A, F1B, and F2A includes various controls related to the drive of the rotary electric machine 3. Applicable.
 さらに、2つの学習済モデルMA、MBを用いる2つの第1関数F1A、F1Bを示したが、格納部13Aが、3つ以上の第1関数を保持させても良い。 Further, although two first functions F1A and F1B using two trained models MA and MB are shown, the storage unit 13A may hold three or more first functions.
 また、上記実施の形態2を適用して、制御装置10Aが教師データ取得部14を備えて、新たな教師データを取得するようにしても良い。 Further, by applying the second embodiment, the control device 10A may include the teacher data acquisition unit 14 to acquire new teacher data.
実施の形態4.
 図16は実施の形態4による電力変換装置の構成を示すブロック図である。
 また、図17は、実施の形態4による電力変換装置を実現するハードウェア構成図である。
 図に示すように、電力変換装置100Bは、主回路である電力変換器1と電力変換器1を出力制御する制御装置10Bとを備え、直流電源2と回転電機3との間に接続される。
 電力変換器1は、直流電源2からの直流電力を交流電力に変換して回転電機3に供給して回転電機3を駆動する。回転電機3は、電力変換器1から供給された交流電力を動力に変換する。
Embodiment 4.
FIG. 16 is a block diagram showing the configuration of the power conversion device according to the fourth embodiment.
Further, FIG. 17 is a hardware configuration diagram for realizing the power conversion device according to the fourth embodiment.
As shown in the figure, the power converter 100B includes a power converter 1 which is a main circuit and a control device 10B which controls the output of the power converter 1, and is connected between the DC power supply 2 and the rotary electric machine 3. ..
The power converter 1 converts the DC power from the DC power source 2 into AC power and supplies it to the rotary electric machine 3 to drive the rotary electric machine 3. The rotary electric machine 3 converts the AC power supplied from the power converter 1 into power.
 この実施の形態では、電力変換装置100Bが、回転電機3の駆動状態を示す検出値を取得するために、上記実施の形態3と同様の電流検出器(検出器15)と、さらに速度検出器15Aと位置検出器15Bとを備える。
 検出器15は、電力変換器1と回転電機3との間の各相の交流出力線に設けられ、検出値として電流値I(k)(Iu(k)、Iv(k)、Iw(k))を検出する。
In this embodiment, the power converter 100B has the same current detector (detector 15) as in the third embodiment and a speed detector in order to acquire a detection value indicating the driving state of the rotary electric machine 3. It includes a 15A and a position detector 15B.
The detector 15 is provided on the AC output line of each phase between the power converter 1 and the rotary electric machine 3, and the current values I (k) (Iu (k), Iv (k), Iw (k) are detected as detection values. )) Is detected.
 検出器15は、電流値I(k)として、三相(U相、V相、W相)の電流値(Iu(k)、Iv(k)、Iw(k))を検出しても良いし、二相分の電流値を検出し、残りの一相を算出したものを用いてもよい。また、1つの検出器15にて三相の電流値I(k)を復元する1シャント電流検出方式を用いてもよい。検出器15には、CT検出器あるいはシャント抵抗等、いずれの電流検出器を用いてもよい。 The detector 15 may detect the current values (Iu (k), Iv (k), Iw (k)) of the three phases (U phase, V phase, W phase) as the current value I (k). Then, the current values for the two phases may be detected and the remaining one phase may be calculated. Further, a one-shunt current detection method that restores the three-phase current value I (k) with one detector 15 may be used. As the detector 15, any current detector such as a CT detector or a shunt resistor may be used.
 速度検出器15Aおよび位置検出器15Bは、回転電機3に設けられる。速度検出器15Aは、回転電機3の回転速度を速度ω(k)として検出する。速度検出器15Aには、エンコーダ、レゾルバ、ホールセンサ等が用いられる。
 位置検出器15Bは、回転電機3の回転位置を位置θ(k)として検出する。位置検出器15Bには、エンコーダ、レゾルバ、ホールセンサ等が用いられる。
 なお、回転電機3は、例えば誘導電動機、同期電動機等の各種の電動機を用いることができる。
The speed detector 15A and the position detector 15B are provided in the rotary electric machine 3. The speed detector 15A detects the rotation speed of the rotary electric machine 3 as the speed ω (k). An encoder, resolver, hall sensor, or the like is used for the speed detector 15A.
The position detector 15B detects the rotational position of the rotary electric machine 3 as the position θ (k). An encoder, resolver, hall sensor, or the like is used for the position detector 15B.
As the rotary electric machine 3, various electric motors such as an induction motor and a synchronous electric motor can be used.
 制御装置10Bは、電流値I(k)に基づいて回転電機3の磁束ψ(k)を演算する磁束計算部19と、スイッチングパターンSWPを決定するパターン決定部12Bと、第1関数F1Cおよび第2関数F2Bを保持する格納部13Bとを備える。
 なお、図17に示すように、電力変換器1および制御装置10Bを実現するハードウェア構成は、実施の形態1と同様である。
The control device 10B includes a magnetic flux calculation unit 19 that calculates the magnetic flux ψ (k) of the rotary electric machine 3 based on the current value I (k), a pattern determination unit 12B that determines the switching pattern SWP, a first function F1C, and a first function. It includes a storage unit 13B for holding the two functions F2B.
As shown in FIG. 17, the hardware configuration for realizing the power converter 1 and the control device 10B is the same as that of the first embodiment.
 第1関数F1Cは、教師データに基づく機械学習で得た情報を元に、第1関数F1Cへの入力に基づいて推論を行う学習済モデルMCを用いて、該推論によりスイッチングパターンSWPを生成する。この場合、学習済モデルMCが格納部13Bに格納され、第1関数F1Cとして動作する。
 スイッチングパターンSWPは、上記実施の形態1で説明したように、1周期分のスイッチング状態の組み合わせから成るものである。
The first function F1C uses a trained model MC that makes inferences based on the input to the first function F1C based on the information obtained by machine learning based on the teacher data, and generates a switching pattern SWP by the inference. .. In this case, the trained model MC is stored in the storage unit 13B and operates as the first function F1C.
As described in the first embodiment, the switching pattern SWP is composed of a combination of switching states for one cycle.
 また、第2関数F2Cは、第2関数F2Cへの入力に基づいて、PI磁束制御とPI速度制御とPI電流制御とPWM制御とを組み合わせてスイッチングパターンSWPを生成する。
 なお、図17では、プロセッサ20および記憶装置21のみで制御装置10Bを構成するものを示したが、さらに磁束、速度および電流を制御するための各PI制御器と、PWM制御のための三角波発生器およびPWM回路等を備えるものでも良い。
Further, the second function F2C generates a switching pattern SWP by combining PI magnetic flux control, PI speed control, PI current control, and PWM control based on the input to the second function F2C.
Although FIG. 17 shows a controller 10B consisting of only the processor 20 and the storage device 21, each PI controller for controlling magnetic flux, speed and current, and a triangular wave generation for PWM control are further shown. It may be provided with a device, a PWM circuit, or the like.
 制御装置10Bには、回転電機3の制御目標である速度指令ωref(k)および磁束指令ψref(k)が与えられる。また、制御装置10Bには、検出器15にて検出された電流値I(k)が、速度検出器15Aにて検出された速度ω(k)が、位置検出器15Bにて検出された位置θ(k)が入力される。磁束計算部19は、電流値I(k)に基づいて回転電機3の磁束ψ(k)を演算する。
 また、制御装置10Bは、現時点t(k)のスイッチング状態を含む、前周期(k-1)内の少なくとも1つのスイッチング状態SW(k-1)(:SWu(k-1)、SWv(k-1)、SWw(k-1))を取得する。
The control device 10B is given a speed command ωref (k) and a magnetic flux command ψref (k), which are control targets of the rotary electric machine 3. Further, in the control device 10B, the current value I (k) detected by the detector 15 and the speed ω (k) detected by the speed detector 15A are the positions detected by the position detector 15B. θ (k) is input. The magnetic flux calculation unit 19 calculates the magnetic flux ψ (k) of the rotary electric machine 3 based on the current value I (k).
Further, the control device 10B has at least one switching state SW (k-1) (: SWu (k-1), SWv (k) in the previous cycle (k-1) including the switching state of the current t (k). -1), SWw (k-1)) is acquired.
 制御装置10Bは、速度指令ωref(k)および磁束指令ψref(k)と、検出値である電流値I(k)、位置θ(k)および速度ω(k)と、演算された磁束ψ(k)と、前周期(k-1)内の少なくとも1つのスイッチング状態SW(k-1)とを制御指令とする。そして、格納部13Bは、この制御指令に基づいて第1関数F1Cおよび第2関数F2Bの内、いずれか1つを選択しパターン生成関数Fとしてパターン決定部12Bへ出力する。なお、上記制御指令は、パターン生成関数Fの入力となるものである。 In the control device 10B, the velocity command ωref (k) and the magnetic flux command ψref (k), the detected current values I (k), the position θ (k) and the velocity ω (k), and the calculated magnetic flux ψ ( The control command is k) and at least one switching state SW (k-1) in the previous cycle (k-1). Then, the storage unit 13B selects any one of the first function F1C and the second function F2B based on this control command and outputs it to the pattern determination unit 12B as the pattern generation function F. The control command is an input of the pattern generation function F.
 パターン決定部12Bは、上記制御指令とパターン生成関数Fとに基づいて、即ち、上記制御指令をパターン生成関数Fに対する入力として用い、現周期kのスイッチングパターンSWP(k)を生成する。
 このように制御装置10Bは、制御周期毎に、スイッチングパターンSWP(k)を出力して電力変換器1を制御する。
The pattern determination unit 12B generates a switching pattern SWP (k) having the current cycle k based on the control command and the pattern generation function F, that is, using the control command as an input to the pattern generation function F.
In this way, the control device 10B outputs the switching pattern SWP (k) for each control cycle to control the power converter 1.
 なお、パターン生成関数Fの入力の一部である前周期(k-1)内の少なくとも1つのスイッチング状態SW(k-1)と、パターン生成関数Fの出力であるスイッチングパターンSWPは、上記実施の形態1と同様である。 The at least one switching state SW (k-1) in the previous period (k-1) which is a part of the input of the pattern generation function F and the switching pattern SWP which is the output of the pattern generation function F are carried out as described above. It is the same as the form 1 of.
 次に、この実施の形態4の電力変換装置100Bにおける制御動作について、以下に説明する。
 図18および図19は、電力変換装置100Bにおける制御動作を説明するフローチャートである。この制御動作は、制御装置10Bが制御周期毎に行うもので、現時点t(k)での動作を示すものとする。
 なお、この場合も、制御装置10Bは、制御指令となる各情報を取得すると、該情報をパターン決定部12Bに入力すると共に格納部13Bに入力する。
Next, the control operation in the power conversion device 100B of the fourth embodiment will be described below.
18 and 19 are flowcharts illustrating a control operation in the power conversion device 100B. This control operation is performed by the control device 10B for each control cycle, and indicates the operation at the current t (k).
In this case as well, when the control device 10B acquires each information serving as a control command, the control device 10B inputs the information to the pattern determination unit 12B and also inputs the information to the storage unit 13B.
 検出器15は、電流値I(k)(Iu(k)、Iv(k)、Iw(k))を検出し、制御装置10Bは、検出された電流値I(k)を制御指令の一部として取得し、パターン決定部12Bおよび格納部13Bに入力する(ステップST1)。
 次に、磁束計算部19は、電流値I(k)に基づいて回転電機3の磁束ψ(k)を計算する(ステップST2)。
The detector 15 detects the current value I (k) (Iu (k), Iv (k), Iw (k)), and the control device 10B sets the detected current value I (k) as one of the control commands. It is acquired as a unit and input to the pattern determination unit 12B and the storage unit 13B (step ST1).
Next, the magnetic flux calculation unit 19 calculates the magnetic flux ψ (k) of the rotary electric machine 3 based on the current value I (k) (step ST2).
 速度検出器15Aは、速度ω(k)を検出し、制御装置10Bは、検出された速度ω(k)を制御指令の一部として取得し、パターン決定部12Bおよび格納部13Bに入力する(ステップST3)。同様に、位置検出器15Bは、位置θ(k)を検出し、制御装置10Bは、検出された位置θ(k)を制御指令の一部として取得し、パターン決定部12Bおよび格納部13Bに入力する(ステップST4)。
 制御装置10Bは、演算された磁束ψ(k)を制御指令の一部として取得し、パターン決定部12Bおよび格納部13Bに入力する(ステップST5)。
The speed detector 15A detects the speed ω (k), and the control device 10B acquires the detected speed ω (k) as a part of the control command and inputs the detected speed ω (k) to the pattern determination unit 12B and the storage unit 13B ( Step ST3). Similarly, the position detector 15B detects the position θ (k), and the control device 10B acquires the detected position θ (k) as a part of the control command, and causes the pattern determination unit 12B and the storage unit 13B to acquire the detected position θ (k). Input (step ST4).
The control device 10B acquires the calculated magnetic flux ψ (k) as a part of the control command and inputs it to the pattern determination unit 12B and the storage unit 13B (step ST5).
 制御装置10Bは、速度指令ωref(k)および磁束指令ψref(k)を制御指令の一部として取得し、パターン決定部12Bおよび格納部13Bに入力する(ステップST6)。
 次に、制御装置10Bは、現時点t(k)のスイッチング状態を含む、少なくとも1つの前周期(k-1)内のスイッチング状態SW(k-1)を取得する(ステップST7)。
 なお、ステップST1~ステップST7については、上記順番に限るものでは無い。
The control device 10B acquires the speed command ωref (k) and the magnetic flux command ψref (k) as a part of the control command, and inputs them to the pattern determination unit 12B and the storage unit 13B (step ST6).
Next, the control device 10B acquires the switching state SW (k-1) in at least one previous cycle (k-1) including the switching state of the current t (k) (step ST7).
The steps ST1 to ST7 are not limited to the above order.
 次に、制御装置10Bは、速度指令ωref(k)および磁束指令ψref(k)と、電流値I(k)、位置θ(k)および速度ω(k)と、磁束ψ(k)と、前周期(k-1)内の少なくとも1つのスイッチング状態SW(k-1)とを制御指令として、該制御指令が格納部13B内の学習済モデルMCの教師用入力データの範囲内か否かを判定する(ステップST8)。 Next, the control device 10B receives the velocity command ωref (k) and the magnetic flux command ψref (k), the current value I (k), the position θ (k), the velocity ω (k), and the magnetic flux ψ (k). Whether or not the control command is within the range of the teacher input data of the trained model MC in the storage unit 13B by using at least one switching state SW (k-1) in the previous cycle (k-1) as a control command. Is determined (step ST8).
 ステップST8において、上記制御指令が学習済モデルMCの教師用入力データの範囲内であれば、格納部13Bは、学習済モデルMCを用いた第1関数F1Cをパターン生成関数Fとして出力する。そして、パターン決定部12Bは、第1関数F1Cをパターン生成関数Fとして取得する(ステップST9)。 In step ST8, if the control command is within the range of the teacher input data of the trained model MC, the storage unit 13B outputs the first function F1C using the trained model MC as the pattern generation function F. Then, the pattern determination unit 12B acquires the first function F1C as the pattern generation function F (step ST9).
 そして、パターン決定部12Bは、上記制御指令に基づいてパターン生成関数Fにより、1周期分のスイッチング状態であるスイッチングパターンSWP(k)を決定する(ステップST10)。
 制御装置10Bは、決定されたスイッチングパターンSWP(k)に応じて電力変換器1のスイッチング状態を制御して回転電機3を駆動制御する(ステップST11)。
Then, the pattern determination unit 12B determines the switching pattern SWP (k), which is the switching state for one cycle, by the pattern generation function F based on the control command (step ST10).
The control device 10B controls the switching state of the power converter 1 according to the determined switching pattern SWP (k) to drive and control the rotary electric machine 3 (step ST11).
 ステップST8において、上記制御指令が学習済モデルMCの教師用入力データの範囲を超える場合、格納部13Bは、第2関数F2Bをパターン生成関数Fとして出力する。即ち、パターン決定部12Bは、第2関数F2Bをパターン生成関数Fとして取得する(ステップST12)。その後、ステップST10に移行する。 In step ST8, when the control command exceeds the range of the teacher input data of the trained model MC, the storage unit 13B outputs the second function F2B as the pattern generation function F. That is, the pattern determination unit 12B acquires the second function F2B as the pattern generation function F (step ST12). After that, the process proceeds to step ST10.
 以上のように、この実施の形態4による制御装置10Bは、回転電機3の駆動状態を示す電流値I(k)、位置θ(k)、磁束ψ(k)および速度ω(k)に基づいて電力変換器1のスイッチング状態を制御するためのスイッチングパターンSWP(k)を決定する。このため、回転電機3の駆動音、機械振動、電流高調波、および電流指令値への電流値の追従時間の内、少なくとも1つをPWM方式に対して小さくできる。また、電流値I(k)に加え、位置θ(k)および速度ω(k)を検出して用いるため、上記実施の形態3に示すような状態観測部16にて演算する必要が無く、制御装置10B内の演算が容易で信頼性の高いものとなる。 As described above, the control device 10B according to the fourth embodiment is based on the current value I (k), the position θ (k), the magnetic flux ψ (k), and the speed ω (k) indicating the driving state of the rotary electric machine 3. The switching pattern SWP (k) for controlling the switching state of the power converter 1 is determined. Therefore, at least one of the drive sound of the rotary electric machine 3, the mechanical vibration, the current harmonic, and the follow-up time of the current value to the current command value can be made smaller than that of the PWM method. Further, since the position θ (k) and the velocity ω (k) are detected and used in addition to the current value I (k), it is not necessary to perform the calculation by the state observing unit 16 as shown in the third embodiment. The calculation in the control device 10B is easy and highly reliable.
 さらに、学習済モデルMCを用いた第1関数F1Cをパターン生成関数Fに用いる場合は、PI制御を用いない制御となるため、PI制御におけるパラメータ設定等の調整が不要で利便性が高い。 Furthermore, when the first function F1C using the trained model MC is used for the pattern generation function F, the control does not use PI control, so that adjustments such as parameter setting in PI control are not required, which is highly convenient.
 また、第1関数F1Cおよび第2関数F2Bの中から1つのパターン生成関数Fを選択するには、上記実施の形態1と同様に、制御指令の範囲に応じて行う。制御指令と学習済モデルMCの教師用入力データとを比較して、制御指令が学習済モデルMCの教師用入力データの範囲内であれば第1関数F1Cを選択する。制御指令が学習済モデルMCの教師用入力データの範囲を超える場合は、第2関数F2Bを選択する。
 パターン生成関数Fの入力となる制御指令と、教師用入力データ45との比較は、例えば、両者における現時点のスイッチング状態SWが同じで、その他の制御指令内の少なく1つを比較して行っても良い。
Further, in order to select one pattern generation function F from the first function F1C and the second function F2B, it is performed according to the range of the control command as in the first embodiment. The control command is compared with the teacher input data of the trained model MC, and if the control command is within the range of the teacher input data of the trained model MC, the first function F1C is selected. If the control command exceeds the range of the teacher input data of the trained model MC, the second function F2B is selected.
The control command that is the input of the pattern generation function F and the teacher input data 45 are compared, for example, by comparing at least one of the other control commands with the same switching state SW at the present time. Is also good.
 この実施の形態においても、学習済モデルMCを用いた第1関数F1Cは、教師データの範囲内でのみ適用でき、学習条件と異なる条件で用いる事が無い。このため、第1関数F1Cは、想定内の推論を超えることが無く、高速で信頼性の高い結果を導出できる。
 また、制御指令が学習済モデルMCの教師用入力データの範囲を超える場合にも、第2関数F2Bを適用することにより、制御指令に応じたスイッチングパターンSWP(k)を継続して生成できる。第2関数F2Bは、予め設定された演算に基づいて確実に結果を導出する。
Also in this embodiment, the first function F1C using the trained model MC can be applied only within the range of the teacher data, and is not used under conditions different from the learning conditions. Therefore, the first function F1C can derive a high-speed and highly reliable result without exceeding the inference within the assumption.
Further, even when the control command exceeds the range of the teacher input data of the trained model MC, the switching pattern SWP (k) corresponding to the control command can be continuously generated by applying the second function F2B. The second function F2B reliably derives the result based on a preset operation.
 また、パターン生成関数Fのために準備された第1関数F1Cおよび第2関数F2Bの入出力関係はパターン生成関数Fの入出力関係と同じである。このため、各関数(F、F1C、F2B)に入力される情報の種類は共通で、制御指令である情報、即ち、速度指令ωref(k)および磁束指令ψref(k)と、電流値I(k)、位置θ(k)および速度ω(k)と、磁束ψ(k)と、前周期(k-1)内の少なくとも1つのスイッチング状態SW(k-1)である。そして、各関数(F、F1C、F2B)から出力される情報の種類も共通で、スイッチングパターンSWP(k)である。但し、第2関数F2Bに関しては、入力される制御指令の全てを用いる必要は無く、例えばスイッチング状態SW(k-1)を用いずにスイッチングパターンSWP(k)を出力する。 Further, the input / output relationship of the first function F1C and the second function F2B prepared for the pattern generation function F is the same as the input / output relationship of the pattern generation function F. Therefore, the types of information input to each function (F, F1C, F2B) are common, and the information that is a control command, that is, the velocity command ωref (k) and the magnetic flux command ψref (k), and the current value I ( k), position θ (k), velocity ω (k), magnetic flux ψ (k), and at least one switching state SW (k-1) within the previous period (k-1). The type of information output from each function (F, F1C, F2B) is also common, and is a switching pattern SWP (k). However, regarding the second function F2B, it is not necessary to use all of the input control commands, and for example, the switching pattern SWP (k) is output without using the switching state SW (k-1).
 学習済モデルMCの各教師用入力データは、第1関数F1Cを生成するためにニューラルネットワークに入力されるデータであり、パターン生成関数Fに入力される制御指令と同種の情報である。同様に、学習済モデルMCの各教師用ラベルデータは、パターン生成関数Fの出力であるスイッチングパターンSWP(k)と同種の情報である。 The input data for each teacher of the trained model MC is the data input to the neural network to generate the first function F1C, and is the same kind of information as the control command input to the pattern generation function F. Similarly, each teacher label data of the trained model MC is the same kind of information as the switching pattern SWP (k) which is the output of the pattern generation function F.
 なお、この実施の形態においても、パターン決定部12Bが、格納部13B内の第1関数F1Cおよび第2関数F2Bの中から1つをパターン生成関数Fとして抽出するものでも良い。
 その場合、生成された制御指令は格納部13Bには入力されずにパターン決定部12Bのみに入力される。そして、パターン決定部12Bは、制御指令に基づいて、格納部13Bからパターン生成関数Fを抽出する。
In this embodiment as well, the pattern determination unit 12B may extract one of the first function F1C and the second function F2B in the storage unit 13B as the pattern generation function F.
In that case, the generated control command is not input to the storage unit 13B but is input only to the pattern determination unit 12B. Then, the pattern determination unit 12B extracts the pattern generation function F from the storage unit 13B based on the control command.
 また上記実施の形態では、第2関数F2Bに、PI磁束制御とPI速度制御とPI電流制御とPWM制御とを組み合わせる制御を用いたが、第1、第2関数F1C、F2Bの基となる制御は、回転電機3の駆動に係る、様々な制御が適用できる。
 また、上記実施の形態2を適用して、制御装置10Bが教師データ取得部14を備えて、新たな教師データを取得するようにしても良い。
Further, in the above embodiment, the second function F2B uses a control that combines PI magnetic flux control, PI speed control, PI current control, and PWM control, but is a control that is the basis of the first and second functions F1C and F2B. Can be applied with various controls related to the drive of the rotary electric machine 3.
Further, by applying the second embodiment, the control device 10B may include the teacher data acquisition unit 14 to acquire new teacher data.
 本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、1つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
 従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
Although the present application describes various exemplary embodiments and examples, the various features, embodiments, and functions described in one or more embodiments are applications of a particular embodiment. It is not limited to, but can be applied to embodiments alone or in various combinations.
Therefore, innumerable variations not illustrated are envisioned within the scope of the techniques disclosed in the present application. For example, it is assumed that at least one component is modified, added or omitted, and further, at least one component is extracted and combined with the components of other embodiments.
 1 電力変換装置、2 直流電源、3 回転電機、10,10A,10B 制御装置、12,12A,12B パターン決定部、13,13A,13B 格納部、14 教師データ取得部、45 教師用入力データ、46 教師用ラベルデータ、47 教師データ、100,100A,100B 電力変換装置、F パターン生成関数、F1,F1A,F1B,F1C 第1関数、F2,F2A,F2B 第2関数、Idqref dq軸電流指令値、M,MA,MB,MC 学習済モデル、Q1~Q6 スイッチング素子、SWP スイッチングパターン、SW スイッチング状態、Vref 電圧指令値。 1 power converter, 2 DC power supply, 3 rotary electric machine, 10, 10A, 10B control device, 12, 12A, 12B pattern determination unit, 13, 13A, 13B storage unit, 14 teacher data acquisition unit, 45 teacher input data, 46 Teacher label data, 47 Teacher data, 100, 100A, 100B power converter, F pattern generation function, F1, F1A, F1B, F1C first function, F2, F2A, F2B second function, Idqref dq axis current command value , M, MA, MB, MC trained model, Q1 to Q6 switching elements, SWP switching pattern, SW switching state, Vref voltage command value.

Claims (11)

  1.  複数のスイッチング素子を備え、直流電源からの直流電力を交流電力に電力変換して回転電機に供給する電力変換器と、
     設定された制御周期毎に、パターン生成関数を用いて、前記複数のスイッチング素子における1周期分のスイッチング状態を決定し、該1周期分のスイッチング状態の組み合わせから成るスイッチングパターンを生成して、前記電力変換器を出力制御する制御装置とを備え、
     前記制御装置は、前記スイッチングパターンを決定する第1関数と第2関数とを予め保持し、前記パターン生成関数の入力となる制御指令を生成して、該制御指令の範囲に応じて前記第1、第2関数のいずれか1つを前記パターン生成関数として選択して用い、
     前記第1関数は、教師データに基づく機械学習で得た情報を元に、入力に基づいて推論を行う学習済モデルを用いて、該推論により前記スイッチングパターンを生成し、
     前記第2関数は、入力に基づいて予め設定された演算により前記スイッチングパターンを生成する、
    電力変換装置。
    A power converter equipped with multiple switching elements that converts DC power from a DC power supply into AC power and supplies it to a rotating electric machine.
    For each set control cycle, the pattern generation function is used to determine the switching states for one cycle in the plurality of switching elements, and a switching pattern composed of a combination of the switching states for the one cycle is generated to generate the switching pattern. Equipped with a control device that controls the output of the power converter
    The control device holds in advance a first function and a second function that determine the switching pattern, generates a control command to be an input of the pattern generation function, and generates the control command according to the range of the control command. , Any one of the second functions is selected and used as the pattern generation function.
    The first function uses a trained model that makes inferences based on inputs based on information obtained by machine learning based on teacher data, and generates the switching pattern by the inferences.
    The second function generates the switching pattern by a preset operation based on the input.
    Power converter.
  2.  前記教師データは、教師用入力データと教師用ラベルデータとから成り、前記制御指令と前記教師用入力データとは同種の情報であり、かつ、前記スイッチングパターンと前記教師用ラベルデータとは同種の情報であり、
     前記制御装置は、前記制御指令と前記教師用入力データとの比較により、前記パターン生成関数を選択する、
    請求項1に記載の電力変換装置。
    The teacher data is composed of teacher input data and teacher label data, the control command and the teacher input data are the same kind of information, and the switching pattern and the teacher label data are the same kind. Information
    The control device selects the pattern generation function by comparing the control command with the teacher input data.
    The power conversion device according to claim 1.
  3.  前記制御装置は、前記制御指令が前記教師用入力データの範囲内のときは、前記第1関数を前記パターン生成関数として選択し、前記制御指令が前記教師用入力データの範囲を超えるときは、前記第2関数を前記パターン生成関数として選択する、
    請求項2に記載の電力変換装置。
    The control device selects the first function as the pattern generation function when the control command is within the range of the teacher input data, and when the control command exceeds the range of the teacher input data, the control device selects the first function. The second function is selected as the pattern generation function.
    The power conversion device according to claim 2.
  4.  前記制御装置は、前記第2関数を前記パターン生成関数として選択して用いる場合、前記制御指令と、生成された前記スイッチングパターンとを、それぞれ前記教師用入力データと前記教師用ラベルデータとする新たな教師データとして取得する、
    請求項2または請求項3に記載の電力変換装置。
    When the control device selects and uses the second function as the pattern generation function, the control command and the generated switching pattern are newly used as the teacher input data and the teacher label data, respectively. Acquired as teacher data,
    The power conversion device according to claim 2 or 3.
  5.  前記制御装置は、上位コントローラに接続可能であり、要求に応じて前記新たな教師データを上位コントローラに送信する、
    請求項4に記載の電力変換装置。
    The control device can be connected to the host controller and transmits the new teacher data to the host controller upon request.
    The power conversion device according to claim 4.
  6.  前記制御装置は、前記制御周期毎に、前記電力変換器の出力指令値を取得し、前記複数のスイッチング素子における、現時点のスイッチング状態を含む前周期内の少なくとも1つのスイッチング状態と前記出力指令値とを前記制御指令として用いる、
    請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の電力変換装置。
    The control device acquires the output command value of the power converter for each control cycle, and at least one switching state in the previous cycle including the current switching state and the output command value in the plurality of switching elements. Is used as the control command.
    The power conversion device according to any one of claims 1 to 5.
  7.  前記出力指令値は、電圧指令値であり、
     前記第2関数は、前記電圧指令値とキャリア波との比較によるパルス幅変調を用いて前記スイッチングパターンを生成するものである、
    請求項6に記載の電力変換装置。
    The output command value is a voltage command value.
    The second function generates the switching pattern by using pulse width modulation by comparing the voltage command value with the carrier wave.
    The power conversion device according to claim 6.
  8.  前記制御装置は、前記制御周期毎に、前記回転電機の駆動状態を示す検出値として少なくとも電流値を取得し、前記制御指令として、さらに前記検出値を用いる、
    請求項6に記載の電力変換装置。
    The control device acquires at least a current value as a detection value indicating a driving state of the rotary electric machine for each control cycle, and further uses the detection value as the control command.
    The power conversion device according to claim 6.
  9.  前記制御装置は、前記検出値に基づいて前記回転電機の状態量を演算する状態観測部を備え、前記制御指令として、さらに前記状態量を用いる、
    請求項8に記載の電力変換装置。
    The control device includes a state observation unit that calculates a state quantity of the rotary electric machine based on the detected value, and further uses the state quantity as the control command.
    The power conversion device according to claim 8.
  10.  前記第2関数は、前記制御指令に基づくモデル予測制御を用いて前記スイッチングパターンを生成する、
    請求項9に記載の電力変換装置。
    The second function generates the switching pattern using model predictive control based on the control command.
    The power conversion device according to claim 9.
  11.  前記制御装置は、それぞれ前記第1関数となる複数の関数を保持し、該各関数で用いられる前記各学習済モデルは、それぞれ異なる前記教師データに基づいて生成され、
     前記制御装置は、前記制御指令の範囲に応じて前記複数の関数と前記第2関数との中からいずれか1つを前記パターン生成関数として選択する、
    請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の電力変換装置。
    Each of the control devices holds a plurality of functions serving as the first function, and each of the trained models used in each of the functions is generated based on different teacher data.
    The control device selects any one of the plurality of functions and the second function as the pattern generation function according to the range of the control command.
    The power conversion device according to any one of claims 1 to 10.
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