JP2009142112A - Motor controller and its control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータの電流を制御する電流制御装置に関する。 The present invention relates to a current control device that controls a current of a motor.
従来のモータ制御装置について、図に基づいて説明する。図５は、モータ制御装置の一般的な構成を示す図である。キャリア信号発生器４は設定したキャリア周波数に基づいて三角波を発生し、比較器３は電圧指令と前記三角波を比較してインバータ２にスイッチング指令を出力し、インバータ２はスイッチング指令に従ってパワー素子をＯＮ／ＯＦＦしてモータ１に電力を供給する。
電流検出スタート信号発生器５は、三角波の頂点の位置で電流検出をするよう電流検出器６へ電流検出スタート信号を出力し、電流検出器６は前記電流検出スタート信号に基づいて電流を検出する。このようにすることでインバータのスイッチングの影響を受けない電流を検出することができる。また、電圧指令設定器７は入力した電圧指令を三角波の頂点のタイミングで比較器３に出力する。
A conventional motor control device will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a diagram illustrating a general configuration of the motor control device. The carrier signal generator 4 generates a triangular wave based on the set carrier frequency, the comparator 3 compares the voltage command with the triangular wave and outputs a switching command to the inverter 2, and the inverter 2 turns on the power element according to the switching command. / OFF to supply power to the motor 1.
The current detection start signal generator 5 outputs a current detection start signal to the current detector 6 so as to detect current at the position of the apex of the triangular wave, and the current detector 6 detects current based on the current detection start signal. . By doing so, it is possible to detect a current that is not affected by the switching of the inverter. The voltage command setter 7 outputs the input voltage command to the comparator 3 at the timing of the apex of the triangular wave.
電流制御器８は検出した電流と電流指令とを比較してモータに流れる電流が電流指令に一致するように電圧指令を演算する。電流制御の演算は一般的には比例積分制御（ＰＩ制御）が使われる。また、ＰＩ制御と同時に前記電流指令または前記電流とモータのモデルに基づいて電圧のＦＦ補償を行う場合もある。
電圧補償器９は、電流制御器８が出力した電圧指令の通りの電圧になるように、インバータ回路のＤＣ電圧の変動やスイッチングにおける電圧変動分を補償して電圧指令を演算する。電流指令演算部１０は、モータに対して流すべき電流を演算し、電流制御器８に出力する。
The current controller 8 compares the detected current with the current command, and calculates the voltage command so that the current flowing through the motor matches the current command. In general, proportional integral control (PI control) is used for calculation of current control. In addition, voltage FF compensation may be performed based on the current command or the current and motor model simultaneously with PI control.
The voltage compensator 9 calculates the voltage command by compensating for the DC voltage variation of the inverter circuit and the voltage variation in switching so that the voltage complies with the voltage command output by the current controller 8. The current command calculation unit 10 calculates a current to be supplied to the motor and outputs it to the current controller 8.
図６は電流検出と電流演算および電圧指令の払い出しのタイミングチャートを示す。ＰＷＭの三角波頂点で電流を検出し、電流制御演算および電圧補償演算をした後に電圧指令を設定し、三角波の頂点のタイミングで電圧指令を更新している。
このように電流制御周期はＰＷＭのキャリア周波数に依存しているため、電流制御応答もキャリア周波数によって制限を受けることになる。一方、キャリア周波数は大容量になる程パワーデバイスの特性により高く取れなくなる。また外部へのノイズなどの影響を低減するため、キャリア周波数を低くしなくてはならない場合もある。このような用途では十分な電流制御応答を得られないという問題がある。
このような問題に対し、ＰＷＭの山谷のタイミングで電流を検出し、電流制御演算直後に電圧指令を出力するようにしているものもある。また、電流制御ゲインを高くとった場合のオーバーシュート量を低減するため、１サンプリング周期前の電流指令を電流制御器への指令として与え、電流指令の変化率に応じたモデル電圧をフィードフォーワード出力し、電流制御器の出力とフィードフォーワード量を加算して電圧指令を求める方法も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
FIG. 6 shows a timing chart of current detection, current calculation and voltage command delivery. The current is detected at the peak of the triangular wave of PWM, the voltage command is set after performing the current control calculation and the voltage compensation calculation, and the voltage command is updated at the timing of the peak of the triangular wave.
Thus, since the current control period depends on the carrier frequency of PWM, the current control response is also limited by the carrier frequency. On the other hand, the carrier frequency becomes higher due to the characteristics of the power device as the capacity increases. In addition, in order to reduce the influence of external noise or the like, the carrier frequency may have to be lowered. In such an application, there is a problem that a sufficient current control response cannot be obtained.
In order to solve such a problem, there is a type in which a current is detected at the timing of a PWM peak and valley, and a voltage command is output immediately after the current control calculation. Also, in order to reduce the amount of overshoot when the current control gain is high, the current command one sampling period before is given as a command to the current controller, and the model voltage corresponding to the rate of change of the current command is fed forward. There has also been proposed a method for obtaining a voltage command by outputting and adding the output of the current controller and the feedforward amount (see, for example, Patent Document 1).
また、ＰＷＭ周波数が低い場合に電流偏差が生じた場合にＰＷＭ周波数を変化させて一時的に電流制御応答を上げるようにしているものもある（例えば、特許文献２参照）。
また、ＰＷＭの三角波頂点の所定時間手前で電流を検出し、検出した電流から推定した頂点位置での電流を用いて電流制御を実行し、頂点位置で電圧指令を払い出すことによって無駄時間を短縮して電流制御応答を上げる方法も提案されている（例えば、特許文献３参照）。
In some cases, when a current deviation occurs when the PWM frequency is low, the PWM frequency is changed to temporarily increase the current control response (for example, see Patent Document 2).
In addition, current is detected using a current at the apex position estimated from the detected current, and the dead time is reduced by issuing a voltage command at the apex position. Thus, a method of increasing the current control response has also been proposed (see, for example, Patent Document 3).
図７において、電流検出と電流演算および電圧指令の払い出しのタイミングチャートを示す。ＰＷＭの三角波頂点で電流を検出し、電流制御演算および電圧補償演算をした直後に電圧指令を更新している。このようにすることにより、電流指令に対する応答を上げることができる。 FIG. 7 shows a timing chart of current detection, current calculation, and voltage command delivery. The current is detected at the top of the triangular wave of PWM, and the voltage command is updated immediately after the current control calculation and voltage compensation calculation. By doing so, the response to the current command can be increased.
図８において、フィードフォーワード補償演算部１０５は、電流指令Ｉａ＊を入力し、１サンプリング周期前の電流指令をモデル電流Ｉａｍとして出力すると共に、モデル電圧信号Ｖａｍを出力する。電流制御器１０７は機モータ１０１の電流Ｉａとモデル電流信号Ｉａｍとの偏差を入力し補償電圧信号Ｖａ１を出力する。ＰＷＭチョッパ１０３は、モデル電圧信号Ｖａｍと補償電圧信号Ｖａ１とを加算して得られた１次電圧指令Ｖａ＊にモータ１０１の１次電圧Ｖａが一致するように制御する。このようにすることによりゲインを高くとってもオーバーシュートを抑えることが可能となる。 In FIG. 8, a feedforward compensation calculation unit 105 receives a current command Ia *, outputs a current command one sampling period before as a model current Iam, and outputs a model voltage signal Vam. The current controller 107 inputs a deviation between the current Ia of the machine motor 101 and the model current signal Iam, and outputs a compensation voltage signal Va1. The PWM chopper 103 performs control so that the primary voltage Va of the motor 101 matches the primary voltage command Va * obtained by adding the model voltage signal Vam and the compensation voltage signal Va1. In this way, overshoot can be suppressed even when the gain is increased.
図９において、電流指令ｉ１＊と電流検出ｉ１との電流偏差を電流制御器２０３でＰＩ演算した電圧指令ｖ１＊を座標変換器２０４で３相に変換し、コンパレータ２１０ｂでキャリア信号発生器２１０ａからのＰＷＭキャリアと比較したＰＷＭで３相インバータを制御してモータＭ１を駆動するモータ装置において、ＰＷＭキャリアを低く設定し、絶対値演算器２１１ａで電流偏差の絶対値を取り、関数器２１１ｂで電流偏差にほぼ反比例する周波数変調係数ｋＴＣを作ってキャリア周波数発生器２１０ａのキャリア周波数をｋＴＣで変調してキャリア周波数を電流偏差に応じて高くすると共に、電流制御器２０３と周波数指令を位相指令とする積分器２０５の積分定数をｋＴＣで変化させて応答速度を補正すると共に乗算器２０９にｋＴＣを与えて電圧指令に補正を加えることにより、電流偏差が大きくなった場合に電流制御応答を上げることができる。 In FIG. 9, the voltage command v1 * obtained by PI calculation of the current deviation between the current command i1 * and the current detection i1 is converted into three phases by the coordinate converter 204, and the carrier signal generator 210a is converted by the comparator 210b. In the motor device that drives the motor M1 by controlling the three-phase inverter with PWM compared with the PWM carrier of the current, the PWM carrier is set low, the absolute value calculator 211a takes the absolute value of the current deviation, and the function unit 211b takes the current A frequency modulation coefficient kTC that is almost inversely proportional to the deviation is created, the carrier frequency of the carrier frequency generator 210a is modulated by kTC, and the carrier frequency is increased according to the current deviation, and the current controller 203 and the frequency command are used as the phase command. The response speed is corrected by changing the integration constant of the integrator 205 by kTC, and the multiplier 209 receives the kTC. By applying a correction to the voltage command given, it is possible to raise the current control response when the current deviation becomes large.
図１０において、電流サンプルホールドタイミング発生部３１９は、三角波の正および負の頂点時刻位置から所定時間前の時刻位置にて電流をサンプルホールドを行うように電流サンプルホールド部３１２に指令して電流を検出し、検出した電流値に対して三角波の頂点時刻位置での電流値に近い値となるように電流補償部３１３で補償を加えた電流値を求めて電流制御演算を実行するようにする。つまり三角波の頂点の前に電流を検出して電流制御演算を行った後に、次の頂点の位置でＰＷＭパルスパターンを発生するようにすることで無駄時間を低減することができる。電流制御演算では、推定した頂点位置での電流を使用し、理想的には電流リプル成分が殆んど含まれない電流に基づいて演算を実行することになるので、三角波の周波数を上げることなく無駄時間の低減と電流制御応答の向上が図れる。 In FIG. 10, the current sample hold timing generation unit 319 instructs the current sample hold unit 312 to sample and hold current at a time position a predetermined time before the positive and negative vertex time positions of the triangular wave. A current control operation is performed by obtaining a current value obtained by adding the compensation by the current compensation unit 313 so that the detected current value is close to the current value at the apex time position of the triangular wave. That is, the dead time can be reduced by generating the PWM pulse pattern at the position of the next vertex after detecting the current before the vertex of the triangular wave and performing the current control calculation. In the current control calculation, the current at the estimated vertex position is used, and ideally the calculation is performed based on the current that contains almost no current ripple component, so without increasing the frequency of the triangular wave The dead time can be reduced and the current control response can be improved.
このように、従来のモータ制御装置は、電流制御系の安定性向上や無駄時間の削減により電流制御応答を改善するようにするのである。
従来のモータ制御装置は、電流制御演算直後に電圧指令を出力する方法では、応答は高くリップルも少ないが、スイッチングのタイミングと電圧指令設定タイミングが近い場合に余分なＰＷＭパルスが発生してキャリア周波数以上になり、損失が増加するという問題があった。電流指令モデルおよび電圧指令モデル出力を使用する方法では、電流制御ゲインが高くとれるので電流検出の変動に対する応答は上げることができるが、電流指令の反映は１サンプル遅れるため、電流指令に対する応答は上げられないという問題点があった。電流偏差に応じてキャリア周波数を操作する方法は、キャリア周波数が機器や環境により制限を受ける場合に使うことができない。また、キャリア周波数が低い場合は、電流指令の更新周期に対して電流制御周期を十分に高くできなくなる場合があり、電流指令の変化への追従性が落ちるという問題点があった。三角波の所定時間前に電流を検出する方法では、検出した電流にＰＷＭのリップル成分が含まれ、特にスイッチングのタイミングに近い場合はスイッチングによるサージ電流なども検出されるため、頂点における電流を推定することは困難であり、また、キャリア周波数が低い場合は、電流指令変化に追従することは困難になるという問題点があった。 In the conventional motor control device, in the method of outputting the voltage command immediately after the current control calculation, the response is high and the ripple is small, but when the switching timing and the voltage command setting timing are close, an extra PWM pulse is generated and the carrier frequency Thus, there is a problem that the loss increases. In the method using the current command model and the voltage command model output, since the current control gain can be high, the response to the fluctuation of the current detection can be improved. However, since the reflection of the current command is delayed by one sample, the response to the current command is increased. There was a problem that it was not possible. The method of operating the carrier frequency according to the current deviation cannot be used when the carrier frequency is limited by the device or the environment. In addition, when the carrier frequency is low, the current control cycle may not be sufficiently high with respect to the update cycle of the current command, and there is a problem that followability to changes in the current command is reduced. In the method of detecting the current before a predetermined time of the triangular wave, the detected current includes a PWM ripple component, and particularly when the switching timing is close, a surge current due to switching is also detected, so the current at the apex is estimated. This is difficult, and when the carrier frequency is low, it is difficult to follow the change in the current command.
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、任意のタイミングで電圧指令出力を行っても、余分なＰＷＭパルスが発生せず損失が増加しない、かつ、キャリア周波数が低い場合でも電流指令に対する応答を高くすることができるモータ制御装置とその制御方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and even when a voltage command is output at an arbitrary timing, no extra PWM pulse is generated, loss does not increase, and the carrier frequency is low. An object of the present invention is to provide a motor control device capable of increasing the response to a current command and a control method therefor.
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１記載の発明は、モータ電流信号が電流指令に一致するよう電圧指令を生成する電流制御器と、前記電圧指令と三角波キャリア信号を比較してＰＷＭ信号を生成する比較器と、前記ＰＷＭ信号に基づいて電力を増幅しモータを駆動するインバータと、前記三角波キャリア信号を生成するキャリア信号発生器と、前記モータの電流を検出しモータ電流信号を生成する電流検出器と、を備えたモータ制御装置において、前記ＰＷＭ信号が前記三角波キャリア信号の谷から山までの半周期および山から谷までの半周期に最初の１回の変化だけに制限して新たなＰＷＭ信号を生成するパルス変化制限器を備えたことを特徴とするものである。
請求項２記載の発明は、請求項１記載のモータ制御装置において、前記三角波キャリア信号の山谷時に電流検出スタート信号を生成する電流検出スタート信号発生器を備え、前記電流検出器は前記電流検出スタート信号によりモータ電流信号をサンプルホールドしてモータ電流信号を生成することを特徴とするものである。
請求項３記載の発明は、請求項１記載のモータ制御装置において、多相の電圧指令を演算後、多相同時に電圧指令を更新する電圧指令設定器を備えたことを特徴とするものである。
In order to solve the above problem, the present invention is configured as follows.
The invention according to claim 1 includes a current controller that generates a voltage command so that a motor current signal matches a current command, a comparator that compares the voltage command with a triangular wave carrier signal to generate a PWM signal, and the PWM A motor comprising: an inverter that amplifies power based on a signal to drive a motor; a carrier signal generator that generates the triangular wave carrier signal; and a current detector that detects a current of the motor and generates a motor current signal. In the control device, the PWM signal is limited to a first cycle change in a half cycle from the valley to the peak and a half cycle from the peak to the valley of the triangular wave carrier signal, and a pulse change limit is generated to generate a new PWM signal. It is characterized by having a vessel.
According to a second aspect of the present invention, in the motor control device according to the first aspect of the present invention, the motor control device further includes a current detection start signal generator that generates a current detection start signal when the triangular wave carrier signal is crested. The motor current signal is generated by sampling and holding the motor current signal according to the signal.
According to a third aspect of the present invention, in the motor control device according to the first aspect of the present invention, the motor control device further comprises a voltage command setting device that updates the voltage command simultaneously after calculating the multiphase voltage command. .
請求項４記載の発明は、請求項１記載のモータ制御装置において、前記モータ電流信号とモータ速度信号とモータ定数によりモータ電圧信号を生成するモータ電圧信号生成部と、前記モータ電圧信号と前記電圧指令を加算して新たな電圧指令を生成する加算器と、からなる電圧補償部を備えたことを特徴とするものである。
請求項５記載の発明は、請求項１記載のモータ制御装置において、前記三角波キャリア信号とは無関係な固定周期で前記電流指令を求める電流指令演算部と、前記電流指令と前回の電流指令との差分に基づいて前記電圧指令補正量を求め前記電圧指令設定器に出力する電圧指令修正部を備えたことを特徴とするものである。
According to a fourth aspect of the present invention, in the motor control apparatus according to the first aspect, a motor voltage signal generating unit that generates a motor voltage signal based on the motor current signal, the motor speed signal, and a motor constant, the motor voltage signal, and the voltage An adder that generates a new voltage command by adding commands is provided, and a voltage compensation unit that includes the adder.
According to a fifth aspect of the present invention, in the motor control device according to the first aspect, a current command calculation unit that obtains the current command at a fixed cycle unrelated to the triangular wave carrier signal, and the current command and the previous current command A voltage command correction unit that obtains the voltage command correction amount based on the difference and outputs the voltage command correction amount to the voltage command setter is provided.
請求項６記載の発明は、モータ電流信号が電流指令に一致するよう電圧指令を生成する電流制御器と、前記電圧指令と三角波キャリア信号を比較してＰＷＭ信号を生成する比較器と、前記ＰＷＭ信号に基づいて電力を増幅しモータを駆動するインバータと、前記三角波キャリア信号を生成する三角波キャリア発生器と、前記モータの電流を検出しモータ電流信号を生成する電流検出器と、を備えたモータ制御装置の制御方法において、前記三角波キャリア信号の山谷部でモータ電流信号をサンプルホールドし前記モータ電流信号を生成するステップと、前記電流指令と前記モータ電流信号の電流偏差に基づいて電圧指令を生成するステップと、前記インバータの電源電圧変動と、前記インバータのスイッチング電圧変動とを補償して新たな電圧指令を生成するステップと、多相電圧指令がすべて演算された後に一括して電圧指令を更新するステップと、前記ＰＷＭ信号が前記三角波キャリア信号の谷から山までの半周期および山から谷までの半周期に最初の１回の変化だけに制限して新たなＰＷＭ信号を生成するステップと、を備えたことを特徴とするものである。 According to a sixth aspect of the present invention, a current controller that generates a voltage command so that a motor current signal matches a current command, a comparator that compares the voltage command with a triangular wave carrier signal to generate a PWM signal, and the PWM A motor comprising: an inverter that amplifies power based on a signal to drive a motor; a triangular wave carrier generator that generates the triangular wave carrier signal; and a current detector that detects a current of the motor and generates a motor current signal. In the control method of the control device, a step of generating a motor current signal by sampling and holding a motor current signal at a mountain and valley portion of the triangular wave carrier signal, and a voltage command is generated based on a current deviation between the current command and the motor current signal And compensating for the power supply voltage fluctuation of the inverter and the switching voltage fluctuation of the inverter. A step of generating a command, a step of updating the voltage command in a batch after all the multiphase voltage commands are calculated, a half cycle from the valley to the peak and the peak to valley of the triangular wave carrier signal And a step of generating a new PWM signal limited to only the first change in a half cycle.
請求項１および２に記載の発明によると、ＰＷＭの１周期に１つのＰＷＭパルスのみを許可するため、任意のタイミングで電圧指令を出力しても余分なＰＷＭパルスを出力させることなく、損失を低減したモータ制御装置を提供できる。
また、請求項３に記載の発明によると、電流制御演算終了後、即座に電圧指令を出力することで、電流制御応答を向上したモータ制御装置を提供できる。
また、請求項４に記載の発明によると、モータ電圧を計算でもとめ電圧指令に加算して新たな電圧指令とするので電流制御の応答を向上したモータ制御装置を提供できる。
また、請求項５に記載の発明によると、電圧指令修正部を設けることにより、電流指令が変化したときに即座に電圧指令に反映することができ、電流指令に対する応答を向上したモータ制御装置を提供できる。
また、請求項６に記載の発明によると、ＰＷＭの１周期に１つのＰＷＭパルスのみを許可するため、任意のタイミングで電圧指令を出力しても余分なＰＷＭパルスを出力させることなく、損失を低減したモータ制御装置の制御方法を提供できる。
According to the first and second aspects of the present invention, since only one PWM pulse is permitted in one PWM period, a loss can be reduced without outputting an extra PWM pulse even if a voltage command is output at an arbitrary timing. A reduced motor control device can be provided.
According to the third aspect of the present invention, it is possible to provide a motor control device with improved current control response by outputting a voltage command immediately after completion of the current control calculation.
According to the fourth aspect of the present invention, the motor voltage can be calculated and added to the voltage command to obtain a new voltage command, so that a motor control device with improved current control response can be provided.
According to the invention described in claim 5, by providing the voltage command correction unit, it is possible to immediately reflect the voltage command when the current command changes, and to improve the response to the current command. Can be provided.
Further, according to the invention described in claim 6, since only one PWM pulse is permitted in one PWM cycle, even if a voltage command is output at an arbitrary timing, an extra PWM pulse is not output and a loss is reduced. A reduced motor control device control method can be provided.
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図１は、本発明のモータ制御装置の制御ブロック図である。図において、１はモータ、２はインバータ、３は比較器、４はキャリア信号発生器、５は電流検出スタート信号発生器、６は電流検出器、７は電圧指令設定器、８は電流制御器、９は電圧補償器、１０は電流指令演算部、１１はＰＷＭパルス変化制限器である。従来と異なる点は、ＰＷＭパルス変化制限器１１を設けた点である。ＰＷＭパルス変化制限器１１は、ＰＷＭ山谷パルス発生器１２、ＰＷＭパルス変化検出部１３、ＰＷＭパルス保持部１４で構成される。以下に、図１のブロック図に従って動作を説明する。
図において、電流指令演算部１０は、モータに対して流すべき電流を演算し、電流制御器８に出力する。キャリア信号発生器４は設定したキャリア周波数に基づいて三角波を生成し、比較器３は電圧指令と前記三角波を比較して、インバータに対するスイッチング指令（ＰＷＭパルス）を出力し、インバータ２はスイッチング指令に従ってパワー素子のＯＮ／ＯＦＦをしてモータ１に電力を供給する。電流検出スタート信号発生器５は、前記三角波の頂点の位置で電流を検出するように電流検出器６への電流検出スタート信号を出力し、電流検出器６は、前記電流検出スタート信号に基づいて電流を検出する。電圧指令設定器７は、入力した電圧指令を、電流制御器８での電流制御演算および電圧補償器９での電圧補償演算が終了した直後に比較器３に出力する。電流制御器８は前記電流検出器６で検出した電流と電流指令とを比較して、モータに流れる電流が電流指令に一致するように電圧指令を演算する。電流制御の演算には一般的には比例積分制御（ＰＩ制御）が使われる。また、ＰＩ制御と同時に前記電流指令または前記電流検出器６で検出した電流とモータモデルに基づいて、電圧のＦＦ補償を行う場合もある。
FIG. 1 is a control block diagram of the motor control device of the present invention. In the figure, 1 is a motor, 2 is an inverter, 3 is a comparator, 4 is a carrier signal generator, 5 is a current detection start signal generator, 6 is a current detector, 7 is a voltage command setter, and 8 is a current controller. , 9 is a voltage compensator, 10 is a current command calculation unit, and 11 is a PWM pulse change limiter. The difference from the prior art is that a PWM pulse change limiter 11 is provided. The PWM pulse change limiter 11 includes a PWM mountain valley pulse generator 12, a PWM pulse change detection unit 13, and a PWM pulse holding unit 14. The operation will be described below with reference to the block diagram of FIG.
In the figure, a current command calculation unit 10 calculates a current to be supplied to the motor and outputs it to the current controller 8. The carrier signal generator 4 generates a triangular wave based on the set carrier frequency, the comparator 3 compares the voltage command with the triangular wave, and outputs a switching command (PWM pulse) for the inverter, and the inverter 2 follows the switching command. Power is supplied to the motor 1 by turning on / off the power element. The current detection start signal generator 5 outputs a current detection start signal to the current detector 6 so as to detect a current at the apex position of the triangular wave, and the current detector 6 is based on the current detection start signal. Detect current. The voltage command setting unit 7 outputs the input voltage command to the comparator 3 immediately after the current control calculation in the current controller 8 and the voltage compensation calculation in the voltage compensator 9 are completed. The current controller 8 compares the current detected by the current detector 6 with the current command, and calculates a voltage command so that the current flowing through the motor matches the current command. In general, proportional-integral control (PI control) is used for the current control calculation. In addition, voltage FF compensation may be performed based on the current command or the current detected by the current detector 6 and the motor model simultaneously with the PI control.
例えば、モータが３相同期モータの場合は、以下のようにする。回転子の磁極位置に座標系を設定し、座標系の磁束成分方向をd軸、それと直交するトルク成分方向をq軸とすると、モータのモデルは式（１）のように表せる。 For example, when the motor is a three-phase synchronous motor, the following is performed. If a coordinate system is set at the magnetic pole position of the rotor, the magnetic flux component direction of the coordinate system is the d-axis, and the torque component direction orthogonal to it is the q-axis, the motor model can be expressed as equation (1).
ただし、Ｉｄ，Ｉｑはｄｑ軸電流、ｖｄ，ｖｑはｄｑ軸電圧、Ｒは一次抵抗、Ｌｄ，Ｌｑはｄｑ軸インダクタンス、ωは回転速度（電気角）、φは誘起電圧定数である。
このようなモデルの電流を制御する場合、３相のうち少なくとも２相を検出し、検出した電流をモータの磁極位置を用いて座標変換することによりｄｑ軸電流Ｉｄ， Ｉｑを求め、ｄｑ軸電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊と比較することにより制御する。一般的に式（２）のようなＰＩ制御により電流を制御する。
Where Id and Iq are dq-axis currents, vd and vq are dq-axis voltages, R is a primary resistance, Ld and Lq are dq-axis inductances, ω is a rotation speed (electrical angle), and φ is an induced voltage constant.
When controlling the current of such a model, dq-axis currents Id and Iq are obtained by detecting at least two phases out of the three phases and performing coordinate transformation of the detected currents using the magnetic pole positions of the motor. Control is performed by comparing with the commands Id * and Iq *. In general, the current is controlled by PI control as shown in Equation (2).
ただし、ＫＰｄ，ＫＰｑはそれぞれｄ軸とｑ軸の比例ゲイン、ＴＩｄ，ＴＩｑはｄ軸とｑ軸の積分時定数、ｖａｃｒｄ，ｖａｃｒｑはｄｑ軸のＰＩ制御出力である。さらに、応答性を上げるためフィードフォーワードを式（１）のモデルに基づいて例えば式（３）のようにして求める。
Where K Pd and K Pq are the proportional gains of the d-axis and q-axis, T Id and T Iq are the integration time constants of the d-axis and q-axis, and vacrd and vacrq are the PI control outputs of the dq-axis. Further, in order to improve the responsiveness, the feed forward is obtained as shown in, for example, Expression (3) based on the model of Expression (1).
これを（２）式のＰＩ制御出力に加算してｄｑ軸電圧指令ｖｄ＊，ｖｑ＊ を求める。ここで、フィードフォーワードの演算に使用する電流として電流指令を使う場合もある。また、一次抵抗に関する項は省略される場合もある。求められたｖｄ＊， ｖｑ＊ からモータの磁極位置を用いて３相電圧指令に変換して出力することで、モータの電流を制御することができる。ただし、インバータのスイッチング素子の特性やインバータに入力されたＤＣ電圧が想定した電圧と異なる場合など、電圧指令通りの電圧を出力できない。そのため、これらの電圧変動分を補償する必要がある。電圧補償器９は、電流制御器が出力した電圧指令の通りの電圧になるように、インバータ回路のＤＣ電圧の変動やスイッチングにおける電圧変動分を補償して電圧指令を演算する。電圧変動の主な要因としては、電流が流れたときのスイッチング素子の電圧降下、スイッチング時の短絡防止のためのデッドタイムによる電圧変動、電源電圧変動があり、これらを補償する。これらの補償を施して電圧指令を作成し、電圧指令設定器７に出力する。
This is added to the PI control output of equation (2) to obtain the dq axis voltage commands vd * and vq * . Here, there is a case where a current command is used as a current used for calculation of feedforward. Moreover, the term regarding primary resistance may be omitted. By converting the obtained vd * and vq * into a three-phase voltage command using the magnetic pole position of the motor and outputting it, the motor current can be controlled. However, when the characteristics of the switching element of the inverter and the DC voltage input to the inverter are different from the assumed voltage, a voltage according to the voltage command cannot be output. Therefore, it is necessary to compensate for these voltage fluctuations. The voltage compensator 9 calculates the voltage command by compensating for the DC voltage fluctuation of the inverter circuit and the voltage fluctuation in switching so that the voltage complies with the voltage command output by the current controller. The main causes of the voltage fluctuation include a voltage drop of the switching element when a current flows, a voltage fluctuation due to a dead time for preventing a short circuit during switching, and a power supply voltage fluctuation, which are compensated for. A voltage command is created by applying these compensations and output to the voltage command setter 7.
ＰＷＭパルス変化制限器１１では、比較器３から出力されたＰＷＭパルスは、ＰＷＭパルス変化検出部１３と、ＰＷＭパルス保持部１４に入力される。ＰＷＭパルス変化検出部１３は、ＰＷＭパルスがＯＮからＯＦＦへ検出した場合にＯＦＦ信号、ＰＷＭパルスがＯＦＦからＯＮに変化した場合にＯＮ信号をＰＷＭパルス保持部１４へ与える。ＰＷＭパルス保持部１４は、比較器３から入力されたＰＷＭパルスと、ＰＷＭパルス変化検出部１３から入力されたＯＮ信号、ＯＦＦ信号に従い、ＯＮ信号の場合、ＰＷＭパルスをＯＮに保持し、ＯＦＦ信号の場合、ＰＷＭパルスをＯＦＦに保持する。このＰＷＭパルスの変化は、ＰＷＭ山谷パルス発生器１２が発生する山谷パルス間に１回のみ許可するものとする。 In the PWM pulse change limiter 11, the PWM pulse output from the comparator 3 is input to the PWM pulse change detection unit 13 and the PWM pulse holding unit 14. The PWM pulse change detection unit 13 gives an OFF signal to the PWM pulse holding unit 14 when the PWM pulse is detected from ON to OFF, and when the PWM pulse changes from OFF to ON. The PWM pulse holding unit 14 holds the PWM pulse ON in the case of the ON signal according to the PWM pulse input from the comparator 3 and the ON signal and OFF signal input from the PWM pulse change detection unit 13. In this case, the PWM pulse is held off. The change of the PWM pulse is permitted only once between the peak and valley pulses generated by the PWM peak and valley pulse generator 12.
図３は、図１の制御ブロック図に電圧指令修正部１５を加えたものである。図において、電流指令演算部１０は、モータに対して流すべき電流を演算し、電流制御器８および電圧指令修正部１５に出力する。モータの場合の電流指令は、ユーザあるいは他のコントローラなどから与えられたトルク指令や、速度制御をする場合は、実際のモータの速度が指令速度に一致するようにトルク指令を演算する。
電圧指令修正部１５は、入力された電流指令と前回の電流指令との差分に基づき、電圧の変化量を求めて、電圧補償器９の出力に対して補正を加えて後、電圧指令設定器７に電圧指令補正量を出力する。例えば３相同期モータを制御する場合、式（３）から以下のようにして電圧指令補正量Δｖｄ，Δｖｑを求める。
FIG. 3 is obtained by adding a voltage command correction unit 15 to the control block diagram of FIG. In the figure, a current command calculation unit 10 calculates a current to be supplied to the motor and outputs it to the current controller 8 and the voltage command correction unit 15. The current command in the case of a motor is a torque command given from a user or another controller, or when speed control is performed, the torque command is calculated so that the actual motor speed matches the command speed.
The voltage command correction unit 15 obtains the amount of voltage change based on the difference between the input current command and the previous current command, corrects the output of the voltage compensator 9, and then sets the voltage command setter. 7 outputs the voltage command correction amount. For example, when controlling a three-phase synchronous motor, the voltage command correction amounts Δvd and Δvq are obtained from the equation (3) as follows.
ここで、Ｉｄｎ，Ｉｑｎは今回の電流指令、Ｉｄｎ−１，Ｉｑｎ−１は前回の電流指令である。
Here, Id n and Iq n are current current commands, and Id n−1 and Iq n−1 are previous current commands.
図２は本発明における電流検出、電流制御演算、電圧指令設定、ＰＷＭ山谷パルスおよびＰＷＭパルスのタイミングチャートを示す。ＰＷＭの三角波の頂点で電流を検出し、電流制御演算および電圧補償演算をした直後に電圧指令を更新している。従来の方式では、Ａで示されるＰＷＭパルスが余分に出力されていたが、ＰＷＭパルス変化制限器を設け、ＰＷＭ山谷パルス間に１回のＰＷＭパルスの変化のみを許可したため、ＰＷＭパルスが余分に出力されない。その結果、損失が低減する。
図４は、電圧指令修正を加えたものである。電流指令が変化したタイミングで電圧指令を修正することで、本発明の請求項１のＰＷＭパルス変化より早く、ＰＷＭパルスが変化し、電流指令に対する応答性を上げることができる。
FIG. 2 shows a timing chart of current detection, current control calculation, voltage command setting, PWM peak / valley pulse, and PWM pulse in the present invention. The current is detected at the peak of the PWM triangular wave, and the voltage command is updated immediately after the current control calculation and the voltage compensation calculation. In the conventional method, an extra PWM pulse indicated by A is output. However, since a PWM pulse change limiter is provided and only one PWM pulse change is allowed between PWM peak and valley pulses, an extra PWM pulse is output. Not output. As a result, loss is reduced.
FIG. 4 is obtained by adding a voltage command correction. By correcting the voltage command at the timing when the current command changes, the PWM pulse changes earlier than the PWM pulse change of claim 1 of the present invention, and the responsiveness to the current command can be improved.
図１１は本発明の制御方法を示すフローチャートである。図１１においてステップＳＴ１で三角波キャリア信号の山谷部でモータ電流信号をサンプルホールドしモータ電流信号を生成し、ステップＳＴ２で電流指令とモータ電流信号の電流偏差に基づいて電圧指令を生成し、ステップＳＴ３でインバータの電源電圧変動と、スイッチング電圧変動を補償して新たな電圧指令を生成し、ステップＳＴ４で電圧指令が相数分全て演算された後に一括して相数分の電圧指令を更新し、ステップＳＴ５でＰＷＭ信号が三角波キャリア信号の谷から山までの半周期および山から谷までの半周期に最初の１回の変化だけに制限して新たなＰＷＭ信号を生成する。 FIG. 11 is a flowchart showing the control method of the present invention. In FIG. 11, at step ST1, the motor current signal is sampled and held at the peaks and valleys of the triangular wave carrier signal to generate a motor current signal. At step ST2, a voltage command is generated based on the current deviation between the current command and the motor current signal. In step ST4, the voltage command is calculated for the number of phases, and the voltage command for the number of phases is updated at once after compensating for the power supply voltage fluctuation of the inverter and the switching voltage fluctuation. In step ST5, the PWM signal is limited to only the first change in the half cycle from the valley to the peak and the half cycle from the peak to the valley of the triangular wave carrier signal, and a new PWM signal is generated.
本発明は、ＰＷＭの１周期に１つのＰＷＭパルスのみを許可するため、任意のタイミングで電圧指令を出力しても余分なパルスを出力させることなく、損失を低減することができる。
また、本発明はモータを対象に述べてきたがあらゆる誘導性負荷に対しても適用が可能である。
According to the present invention, only one PWM pulse is permitted in one PWM cycle, so that loss can be reduced without outputting an extra pulse even if a voltage command is output at an arbitrary timing.
Although the present invention has been described for the motor, it can be applied to any inductive load.
１ モータ
２ インバータ
３ 比較器
４ キャリア信号発生器
５ 電流検出スタート信号発生器
６ 電流検出器
７ 電圧指令設定器
８ 電流制御器
９ 電圧補償器
１０ 電流指令演算部
１１ ＰＷＭパルス変化制限器
１２ ＰＷＭ山谷パルス発生器
１３ ＰＷＭパルス変化検出部
１４ ＰＷＭパルス保持部
１５ 電圧指令修正部
１０１ モータ
１０２ 電流検出器
１０３ ＰＷＭチョッパ
１０４ 電流制御部
１０５ フィードフォーワード補償演算部
１０６ 比較器
１０７ 電流制御器
１０８ 加算器
１１０ 電流指令発生器
２０１ 電流指令発生器
２０２ 比較器
２０３ 電流制御器
２０３ａ 比例演算器
２０３ｂ 積分演算器
２０３ｃ 加算器
２０４ 座標変換器
２０５ 積分器
２０６ 座標変換器
２０９ 乗算器
２１０ａ キャリア信号発生器
２１０ｂ コンパレータ
２１１ａ 絶対値演算器
２１１ｂ 関数器
３０１ モータ制御装置
３０２ 交流モータ
３１１ 電流検出部
３１２ 電流サンプルホールド部
３１３ 電流補償部
３１４ 電流制御演算部
３１５ ＰＷＭパルスパターン発生部
３１６ ＰＷＭインバータ
３１７ 三角波発生部
３１８ 電圧指令更新タイミング発生部
３１９ 電流サンプルホールドタイミング発生部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Motor 2 Inverter 3 Comparator 4 Carrier signal generator 5 Current detection start signal generator 6 Current detector 7 Voltage command setter 8 Current controller 9 Voltage compensator 10 Current command calculation part 11 PWM pulse change limiter 12 PWM Yamatani Pulse generator 13 PWM pulse change detection unit 14 PWM pulse holding unit 15 Voltage command correction unit 101 Motor 102 Current detector 103 PWM chopper 104 Current control unit 105 Feedforward compensation calculation unit 106 Comparator 107 Current controller 108 Adder 110 Current command generator 201 Current command generator 202 Comparator 203 Current controller 203a Proportional calculator 203b Integral calculator 203c Adder 204 Coordinate converter 205 Integrator 206 Coordinate converter 209 Multiplier 210a Carrier signal generator 210b Comparator 211a Absolute Value calculation 211b Function unit 301 Motor controller 302 AC motor 311 Current detection unit 312 Current sample hold unit 313 Current compensation unit 314 Current control calculation unit 315 PWM pulse pattern generation unit 316 PWM inverter 317 Triangular wave generation unit 318 Voltage command update timing generation unit 319 Current sample hold timing generator
Claims (6)
前記ＰＷＭ信号が前記三角波キャリア信号の谷から山までの半周期および山から谷までの半周期に最初の１回の変化だけに制限して新たなＰＷＭ信号を生成するパルス変化制限器を備えたことを特徴とするモータ制御装置。 A current controller that generates a voltage command so that the motor current signal matches the current command, a comparator that generates a PWM signal by comparing the voltage command and the triangular wave carrier signal, and amplifies power based on the PWM signal In a motor control device comprising: an inverter that drives a motor; a triangular wave carrier generator that generates the triangular wave carrier signal; and a current detector that detects a current of the motor and generates a motor current signal.
A pulse change limiter for generating a new PWM signal by limiting the PWM signal to only the first change in the half cycle from the valley to the peak and the half cycle from the peak to the valley of the triangular wave carrier signal; The motor control apparatus characterized by the above-mentioned.
前記三角波キャリア信号の山谷部でモータ電流信号をサンプルホールドし前記モータ電流信号を生成するステップと、
前記電流指令と前記モータ電流信号の電流偏差に基づいて電圧指令を生成するステップと、
前記インバータの電源電圧変動と、前記インバータのスイッチング電圧変動とを補償して新たな電圧指令を生成するステップと、
電圧指令が相数分全て演算された後に一括して相数分の電圧指令を更新するステップと、
前記ＰＷＭ信号が前記三角波キャリア信号の谷から山までの半周期および山から谷までの半周期に最初の１回の変化だけに制限して新たなＰＷＭ信号を生成するステップと、
を備えたことを特徴とするモータ制御装置の制御方法。
A current controller that generates a voltage command so that the motor current signal matches the current command, a comparator that generates a PWM signal by comparing the voltage command and the triangular wave carrier signal, and amplifies power based on the PWM signal In a control method of a motor control device comprising: an inverter that drives a motor; a triangular wave carrier generator that generates the triangular wave carrier signal; and a current detector that detects a current of the motor and generates a motor current signal.
Sample-holding a motor current signal at a peak and valley of the triangular wave carrier signal to generate the motor current signal;
Generating a voltage command based on a current deviation between the current command and the motor current signal;
Compensating the power supply voltage fluctuation of the inverter and the switching voltage fluctuation of the inverter to generate a new voltage command;
A step of updating the voltage command for the number of phases at once after the voltage command is calculated for the number of phases;
Generating a new PWM signal by limiting the PWM signal to only a first change in a half-cycle from the valley to the peak and a half-cycle from the peak to the valley of the triangular wave carrier signal;
A control method for a motor control device comprising:
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