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JP2019115194A - Power converter control device - Google Patents

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JP2019115194A JP2017247919A JP2017247919A JP2019115194A JP 2019115194 A JP2019115194 A JP 2019115194A JP 2017247919 A JP2017247919 A JP 2017247919A JP 2017247919 A JP2017247919 A JP 2017247919A JP 2019115194 A JP2019115194 A JP 2019115194A
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浩志 瀧
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Abstract

【課題】過渡応答時に直流オフセット電流により発生する3相電流アンバランスを高応答に抑制可能な電力変換器制御装置を提供する。【解決手段】インバータ制御装置501は、直流電力を3相交流電力に変換しモータ80に供給するインバータ60の動作を制御する。基本電圧指令値演算部201は、dq軸電流指令値iq*、id*に基づいてdq軸電圧指令値Vq*、Vd*を演算し、さらに3相変換した基本電圧指令値Vub*、Vvb*を演算する。補償電圧指令値演算部401は、3相電流指令値iu*、iv*と3相電流値iu、ivとの偏差である3相電流偏差Δiu、Δivに基づいて、補償電圧指令値Vuoffset*、Vvoffset*を演算する。PWM信号生成部56は、基本電圧指令値Vub*、Vvb*と補償電圧指令値Vuoffset*、Vvoffset*とを加算した電圧指令値Vu*、Vv*に基づいて、インバータ60に指令するゲート信号を生成する。【選択図】図7PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power converter control device capable of suppressing a three-phase current imbalance generated by a DC offset current during a transient response to a high response. An inverter control device 501 controls the operation of an inverter 60 that converts DC power into three-phase AC power and supplies it to a motor 80. The basic voltage command value calculation unit 201 calculates the dq-axis voltage command values Vq * and Vd * based on the dq-axis current command values iq * and id *, and further performs three-phase conversion of the basic voltage command values Vub * and Vvb *. Is calculated. Compensated voltage command value calculation unit 401 is based on the three-phase current deviation Δiu, Δiv, which is the deviation between the three-phase current command values iu *, iv * and the three-phase current values iu, iv, and the compensated voltage command value Vuoffset *, Calculate Vvoffset *. The PWM signal generation unit 56 outputs a gate signal commanded to the inverter 60 based on the voltage command values Vu * and Vv * obtained by adding the basic voltage command values Vub * and Vvb * and the compensation voltage command values Vuoffset * and Vvoffset *. Generate. [Selection diagram] FIG. 7

Description

本発明は、電力変換器制御装置に関する。   The present invention relates to a power converter controller.

従来、電力変換器から負荷に通電される3相交流電流中に含まれる直流成分を低減する技術が知られている。例えば特許文献1には、インバータ装置において「三相交流電圧がアンバランスになると、負荷に直流電流が流れ、変圧器又はモータが偏磁をきたす。この場合、三相交流に直流分が重畳した波形となる。」と記載されている。そこで、特許文献1の図4に示された実施形態では、各相電流を積分器に入力し、積分器の出力に直流成分が含まれていれば、その直流成分を除去するように各相電圧指令にバイアスをかけて補正する。   BACKGROUND ART Conventionally, there are known techniques for reducing a direct current component included in a three-phase alternating current supplied from a power converter to a load. For example, according to Patent Document 1, when the three-phase AC voltage is unbalanced, a DC current flows through the load, causing the transformer or motor to generate a biased magnetism. In this case, a DC component is superimposed on the three-phase AC. It becomes a waveform. " Therefore, in the embodiment shown in FIG. 4 of Patent Document 1, each phase current is input to the integrator, and if the output of the integrator includes a DC component, each phase is removed so as to remove the DC component. The voltage command is biased and corrected.

また、特許文献2の図1、図2に開示された多相回転機の制御装置は、各相の電流に固定子の仮想抵抗に相当するゲインKを乗じて各相の電圧指令に負帰還し、制御的に見かけ上の固定子抵抗を増加させることにより直流電流成分を低減させる。さらに特許文献2の図3、図4に開示された多相回転の制御装置は、ローパスフィルタ等の直流分検出手段を用いて直流電流分を検出し、直流分検出手段が出力する直流電流分のみに仮想抵抗ゲインKを乗じる。   Further, the controller of the multiphase rotating machine disclosed in FIG. 1 and FIG. 2 of Patent Document 2 multiplies the current of each phase by the gain K corresponding to the virtual resistance of the stator to generate negative feedback for the voltage command of each phase. And controllably reduce the DC current component by increasing the apparent stator resistance. Furthermore, the controller for multi-phase rotation disclosed in FIG. 3 and FIG. 4 of Patent Document 2 detects a direct current component using a direct current component detection unit such as a low pass filter, and the direct current component output by the direct current component detection unit Only by the virtual resistance gain K.

特開平9−117154号公報JP-A-9-117154 特開2003−88192号公報JP 2003-88192 A

特許文献1の従来技術において、直流成分の発生要因は、電力変換器又は制御部のアンバランスによる。特許文献1の従来技術では、直流成分を抽出するために、積分器を用いて電気角1周期分の電流を積分するため、過渡時の応答性が低下するという問題がある。   In the prior art of Patent Document 1, the generation factor of the direct current component is due to unbalance of the power converter or the control unit. In the prior art of patent document 1, in order to extract a direct-current component, in order to integrate the electric current for 1 electrical-period period using an integrator, there exists a problem that the responsiveness at the time of a transient falls.

特許文献2の従来技術において、直流成分の発生要因は、スイッチング素子のオン抵抗のばらつきやインバータ直流中間電圧の変動にある。特許文献2の従来技術では仮想抵抗を用いているため負荷への印加電圧が下がり、電圧利用率が低下する。また、特許文献2の図4の構成では、直流成分を抽出するために、フィルタを設けて電気角1周期分の電流を処理するため、過渡時の応答性が低下するという問題がある。   In the prior art of Patent Document 2, the generation factor of the DC component is the variation of the on resistance of the switching element or the fluctuation of the inverter DC intermediate voltage. In the prior art of Patent Document 2, since a virtual resistor is used, the voltage applied to the load is lowered, and the voltage utilization rate is lowered. Further, in the configuration of FIG. 4 of Patent Document 2, in order to extract a direct current component, a filter is provided to process a current for one cycle of an electrical angle, and there is a problem that the responsiveness during transition is degraded.

さらに、電力変換器の出力が変化した過渡応答時に回路のインダクタンスに初期電流が流れていると直流オフセット電流が発生し、3相電流のアンバランスが生じる。しかし、特許文献1、2のいずれにも直流オフセット電流について言及されていない。   Furthermore, when an initial current flows in the inductance of the circuit in a transient response in which the output of the power converter changes, a DC offset current is generated, resulting in an unbalance of three-phase currents. However, neither of the patent documents 1 and 2 mentions the DC offset current.

本発明はこのような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、過渡応答時に直流オフセット電流により発生する3相電流アンバランスを高応答に抑制可能な電力変換器制御装置を提供することにある。   This invention is created in view of such a point, The objective is to provide the power converter control device which can suppress the three-phase current imbalance generated by DC offset current at the time of transient response to high response. It is.

本発明は、直流電力を3相交流電力に変換し、抵抗及びインダクタンスを有する負荷(80)に供給する電力変換器(60)の動作を制御する電力変換器制御装置である。この電力変換器制御装置は、基本電圧指令値演算部(20)と、補償電圧指令値演算部(40)と、ゲート信号生成部(56)と、を備える。   The present invention is a power converter control device that converts DC power into three-phase AC power and controls the operation of a power converter (60) that supplies a load (80) having resistance and inductance. The power converter control device includes a basic voltage command value calculation unit (20), a compensation voltage command value calculation unit (40), and a gate signal generation unit (56).

基本電圧指令値演算部は、dq軸電流指令値(iq*、id*)に基づいてdq軸電圧指令値(Vq*、Vd*)を演算し、さらにdq軸電圧指令値を3相変換した基本電圧指令値(Vub *、Vvb *)を演算する。補償電圧指令値演算部は、dq軸電流指令値が3相変換された3相電流指令値(iu*、iv*)と、3相電流値(iu、iv)との偏差である3相電流偏差(Δiu、Δiv)に基づいて、補償電圧指令値(Vuoffset *、Vvoffset *)を演算する。ゲート信号生成部は、基本電圧指令値と補償電圧指令値とを加算した電圧指令値(Vu*、Vv*)に基づいて、電力変換器に指令するゲート信号を生成する。 The basic voltage command value calculation unit calculates the dq axis voltage command values (Vq * , Vd * ) based on the dq axis current command values (iq * , id * ), and further converts the dq axis voltage command values into three phases. basic voltage command values (Vu b *, Vv b * ) for calculating a. The compensation voltage command value calculation unit is a three-phase current that is a deviation between a three-phase current command value (iu * , iv * ) obtained by three-phase conversion of the dq axis current command value and the three-phase current value (iu, iv) Based on the deviations (Δiu, Δiv), the compensation voltage command values (Vu offset * , Vv offset * ) are calculated. The gate signal generation unit generates a gate signal for instructing the power converter based on a voltage command value (Vu * , Vv * ) obtained by adding the basic voltage command value and the compensation voltage command value.

本発明では、基本電圧指令値に補償電圧指令値を加算することにより、電力変換器の過渡応答時に、直流オフセット電流により発生する3相電流のアンバランスを抑制することができる。このとき補償電圧指令値演算部は、3相電流偏差に基づいて、直流オフセット成分を瞬時に直接制御することができる。したがって、電気角1周期分の電流を処理する必要がある特許文献1、2の従来技術に対し、直流成分を低減する応答性を向上させることができる。   In the present invention, by adding the compensation voltage command value to the basic voltage command value, it is possible to suppress the unbalance of the three-phase current generated by the DC offset current at the time of transient response of the power converter. At this time, the compensation voltage command value calculation unit can control the DC offset component directly and immediately based on the three-phase current deviation. Therefore, the responsiveness for reducing the DC component can be improved as compared with the prior art of Patent Documents 1 and 2 in which it is necessary to process the current for one cycle of the electrical angle.

好ましくは本発明の負荷はモータであり、補償電圧指令値演算部は、3相電流偏差、及び、モータの機器定数である抵抗もしくはインダクタンスに基づいて基本電圧指令値を演算する。例えば補償電圧指令値演算部は、3相電流偏差を入力とするPD制御の比例ゲインに抵抗値を用い、微分ゲインにインダクタンス値を用いて補償電圧指令値を演算する。これにより、最も速く指令値に追従するための電圧指令値を演算することができる。   Preferably, the load according to the present invention is a motor, and the compensation voltage command value computing unit computes a basic voltage command value based on the three-phase current deviation and the resistance or inductance which is an equipment constant of the motor. For example, the compensation voltage command value computing unit computes a compensation voltage command value using a resistance value as a proportional gain of PD control that receives a three-phase current deviation as input and using an inductance value as a differential gain. Thus, it is possible to calculate the voltage command value for following the command value fastest.

また好ましくは、補償電圧指令値演算部は、さらに3相電流値に基づいて補償電圧指令値を演算する。具体的には、補償電圧指令値演算部は、3相電流偏差が同じならば、3相電流値が大きいほど補償電圧指令値を大きくする。つまり、負荷が低く3相電流値が小さいときは、電流アンバランスの影響が小さいため、制御安定性を重視して補償電圧指令値が小さく設定される。一方、負荷が高く3相電流値が大きいときは、電流アンバランスを抑制するため、高応答性を重視して補償電圧指令値が大きく設定される。   Preferably, the compensation voltage command value computing unit further computes a compensation voltage command value based on the three-phase current value. Specifically, if the three-phase current deviation is the same, the compensation voltage command value calculation unit increases the compensation voltage command value as the three-phase current value increases. That is, when the load is low and the three-phase current value is small, the influence of the current imbalance is small, so the compensation voltage command value is set small with emphasis on control stability. On the other hand, when the load is high and the three-phase current value is large, in order to suppress the current imbalance, the compensation voltage command value is set large with emphasis on high response.

各実施形態によるインバータ制御装置が適用されるモータ駆動システムの全体構成図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The whole block diagram of the motor drive system to which the inverter control apparatus by each embodiment is applied. トルク指令変動時に発生する3相電流アンバランスを説明する図。The figure explaining the three-phase current imbalance which generate | occur | produces at the time of torque instruction | command fluctuation | variation. 3相インバータの単相分を抽出した回路モデル図。The circuit model figure which extracted the single phase of a three-phase inverter. 比較例のインバータ制御装置での過渡応答時(インバータ出力変化時)の電流波形図。The current waveform figure at the time of the transient response (at the time of inverter output change) in the inverter control apparatus of a comparative example. 交流(AC)成分と直流(DC)成分とに分離した回路モデル図。The circuit model figure isolate | separated into alternating current (AC) component and direct current (DC) component. デッドビート制御を適用したときの過渡応答時の電流波形図。The current waveform figure at the time of a transient response when dead beat control is applied. 第1実施形態によるインバータ制御装置の制御ブロック図。FIG. 2 is a control block diagram of the inverter control device according to the first embodiment. 第2実施形態によるインバータ制御装置の制御ブロック図。FIG. 7 is a control block diagram of an inverter control device according to a second embodiment. 第3実施形態によるインバータ制御装置の制御ブロック図。FIG. 10 is a control block diagram of an inverter control device according to a third embodiment. (a)、(b)3相電流と補償電圧演算器のゲインとの関係を示す図、(c)3相電流、及び3相電流偏差と補償電圧指令値との関係を示す図。The figure which shows the relationship between (a), (b) 3-phase current and the gain of a compensation voltage computing device, (c) The relationship between a 3-phase current and a 3-phase current deviation, and a compensation voltage command value. 第4実施形態によるインバータ制御装置の制御ブロック図。FIG. 10 is a control block diagram of an inverter control device according to a fourth embodiment. 第5実施形態による基本電圧指令値演算部の制御ブロック図。FIG. 15 is a control block diagram of a basic voltage command value calculation unit according to a fifth embodiment. モータ回転数による直流成分抽出構成の切り替えを示す図。The figure which shows switching of the direct-current component extraction structure by motor rotation speed. 比較例のインバータ制御装置の制御ブロック図。The control block diagram of the inverter control apparatus of a comparative example.

以下、電力変換器制御装置の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。複数の実施形態及び比較例において、実質的に同一の構成には、同一の符号を付して説明を省略する。本実施形態の電力変換器制御装置は、直流電力を3相交流電力に変換し、抵抗及びインダクタンスを有する負荷に供給する電力変換器の動作を制御する。本実施形態では、モータが負荷に相当し、インバータが「電力変換器」に相当する。また、インバータ制御装置が「電力変換器制御装置」に相当する。   Hereinafter, a plurality of embodiments of a power converter control device are described based on a drawing. In the plurality of embodiments and the comparative example, substantially the same configurations are denoted by the same reference numerals and descriptions thereof will be omitted. The power converter control device of the present embodiment converts DC power into three-phase AC power, and controls the operation of the power converter that supplies the load having resistance and inductance. In the present embodiment, the motor corresponds to a load, and the inverter corresponds to a “power converter”. Further, the inverter control device corresponds to the "power converter control device".

まず図1を参照し、モータ駆動システム90の全体構成について説明する。インバータ60は、上下アームの6つのスイッチング素子61−66がブリッジ接続されている。詳しくは、スイッチング素子61、62、63は、それぞれU相、V相、W相の上アームのスイッチング素子であり、スイッチング素子64、65、66は、それぞれU相、V相、W相の下アームのスイッチング素子である。スイッチング素子61−66は、例えばIGBTで構成され、低電位側から高電位側へ向かう電流を許容する還流ダイオードが並列に接続されている。   First, referring to FIG. 1, the overall configuration of the motor drive system 90 will be described. In the inverter 60, six switching elements 61 to 66 of the upper and lower arms are bridge-connected. Specifically, switching elements 61, 62 and 63 are switching elements of upper arms of U phase, V phase and W phase, respectively, and switching elements 64, 65 and 66 are respectively below U phase, V phase and W phase It is a switching element of an arm. The switching elements 61 to 66 are, for example, IGBTs, and parallel connection is made of reflux diodes that allow current from the low potential side to the high potential side.

平滑コンデンサ15は、インバータ60の入力部に設けられ、バッテリ10の電圧を平滑化する。なお、バッテリ10とインバータ60との間に昇圧コンバータが設けられてもよい。インバータ60は、インバータ制御装置50から指令されるゲート信号UH、UL、VH、VL、WH、WLに従ってスイッチング素子61−66が動作することで、バッテリ10の直流電力を3相交流電力に変換する。そして、インバータ60は、3相電圧Vu、Vv、Vwをモータ80の各相巻線81、82、83に印加する。   The smoothing capacitor 15 is provided at the input of the inverter 60 to smooth the voltage of the battery 10. A boost converter may be provided between battery 10 and inverter 60. Inverter 60 converts DC power of battery 10 into three-phase AC power by switching elements 61-66 operating according to gate signals UH, UL, VH, VL, WH, and WL instructed from inverter control device 50. . Then, the inverter 60 applies the three-phase voltages Vu, Vv, Vw to the phase windings 81, 82, 83 of the motor 80.

モータ80は、例えば永久磁石式同期型の3相交流モータであり、典型的には力行及び回生動作可能なモータジェネレータである。モータ80の3相巻線81、82、83のうち2相の巻線に接続される電流経路には、相電流値を検出する電流センサが設けられる。図1の例では、U相巻線81及びV相巻線82に接続される電流経路に、それぞれU相電流値iu及びV相電流値ivを検出する電流センサ71、72が設けられている。回転角センサ85は、レゾルバ等の回転角センサであり、モータ80の電気角θを検出する。また、電気角θが微分器86で時間微分された角速度が換算され、回転数ωが算出される。   The motor 80 is, for example, a permanent magnet synchronous three-phase AC motor, and is typically a motor generator capable of powering and regenerating operation. The current path connected to the two-phase winding of the three-phase windings 81, 82, 83 of the motor 80 is provided with a current sensor for detecting a phase current value. In the example of FIG. 1, current sensors 71 and 72 for detecting a U-phase current value iu and a V-phase current value iv are provided in current paths connected to the U-phase winding 81 and the V-phase winding 82, respectively. . The rotation angle sensor 85 is a rotation angle sensor such as a resolver, and detects an electrical angle θ of the motor 80. Further, the angular velocity obtained by time-differentiating the electrical angle θ by the differentiator 86 is converted to calculate the number of rotations ω.

インバータ制御装置50は、図示しない上位ECUからのトルク指令、及び、電流センサ71、72や回転角センサ85からのフィードバック情報に基づいて、モータ80に印加する電圧指令値を演算する。そして、演算した電圧指令値に基づいてゲート信号UH、UL、VH、VL、WH、WLを生成し、インバータ60のスイッチング素子61−66に指令する。   The inverter control device 50 calculates a voltage command value to be applied to the motor 80 based on a torque command from a host ECU (not shown) and feedback information from the current sensors 71 and 72 and the rotation angle sensor 85. Then, gate signals UH, UL, VH, VL, WH, and WL are generated based on the calculated voltage command values, and the switching elements 61 to 66 of the inverter 60 are commanded.

ここで、dq軸電流フィードバック制御を行う周知のインバータ制御装置509の構成を比較例として図14に示す。dq軸電流フィードバック制御に係る構成には、他相電流算出部31、3相/dq変換部32、dq軸電流偏差算出部36、制御器371、372等が含まれる。他相電流算出部31は、キルヒホッフの法則を用いて、3相のうち2相の電流値(例えばiu、iv)から他の1相の電流値(例えばiw)を算出する。   Here, a configuration of a known inverter control device 509 that performs dq axis current feedback control is shown in FIG. 14 as a comparative example. The configuration relating to the dq-axis current feedback control includes the other-phase current calculation unit 31, the three-phase / dq conversion unit 32, the dq-axis current deviation calculation unit 36, the controllers 371, 372, and the like. The other-phase current calculation unit 31 calculates the current value (for example, iw) of another one phase from the current value (for example, iu, iv) of the two phases of the three phases using Kirchhoff's law.

3相/dq変換部32は、電気角θに基づいて3相電流値iu、iv、iwをdq軸電流値iq、idにdq変換する。以下、図中の上下の順に従い、dq軸電流値等の記号の記載順はq軸電流等を先に記載する。dq軸電流偏差算出部36は、dq軸電流指令値iq*、id*とdq軸電流値iq、idとの偏差であるdq軸電流偏差Δiq、Δidを算出する。制御器371、372は、PI制御等により、それぞれq軸電圧指令値Vq*及びd軸電圧指令値Vd*を演算する。 The three-phase / dq conversion unit 32 converts the three-phase current values iu, iv, iw into dq axis current values iq, id based on the electrical angle θ. Hereinafter, according to the order of the upper and lower sides in the figure, the q-axis current and the like will be described first in the description order of symbols such as the dq-axis current value and the like. The dq axis current deviation calculation unit 36 calculates dq axis current deviations Δiq, Δid that are deviations between the dq axis current command value iq * , id * and the dq axis current value iq, id. The controllers 371 and 372 respectively calculate the q-axis voltage command value Vq * and the d-axis voltage command value Vd * by PI control or the like.

また、図14の比較例では、dq軸電流値iq、idに基づきdq軸間の干渉電圧を補償するように非干渉項を演算する非干渉制御部38が設けられている。非干渉制御部38が演算した非干渉項は、非干渉項加算部39で、制御器371、372の出力に加算される。なお、非干渉項の加算前後でのdq軸電圧指令値Vq*、Vd*の記号の区別を省略する。 Further, in the comparative example of FIG. 14, a non-interference control unit 38 that calculates a non-interference term is provided so as to compensate the interference voltage between the dq axes based on the dq axis current values iq, id. The non-interference terms calculated by the non-interference control unit 38 are added to the outputs of the controllers 371 and 372 by the non-interference term addition unit 39. The distinction between the symbols of the dq axis voltage command values Vq * and Vd * before and after the addition of the non-interference term is omitted.

dq/3相変換部24は、電気角θに基づいてdq軸電圧指令値Vq*、Vd*を3相変換し、U相、V相電圧指令値Vu*、Vv*を算出する。他相電圧算出部55は、U相、V相電圧指令値Vu*、Vv*から他の1相であるW相の電圧指令値流値Vw*を算出する。PWM信号生成部56は、3相電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*に基づき、PWM制御によりゲート信号を生成し、インバータ60に出力する。 The dq / 3 phase conversion unit 24 converts the dq axis voltage command values Vq * and Vd * into three phases based on the electrical angle θ to calculate U phase and V phase voltage command values Vu * and Vv * . The other-phase voltage calculation unit 55 calculates a voltage command value flow value Vw * of another W phase, which is one phase, from the U-phase and V-phase voltage command values Vu * and Vv * . The PWM signal generation unit 56 generates a gate signal by PWM control based on the three-phase voltage command values Vu * , Vv * and Vw * , and outputs the gate signal to the inverter 60.

比較例のインバータ制御装置509において、トルク指令の変動に伴って電圧指令値が変動すると、3相電流のアンバランスが発生する。この3相電流アンバランスについて、図2を参照する。3相電流は、実線、破線、一点鎖線が各相の電流を示す。時刻tx以前は電流指令がi1で一定であり、3相電流はバランスが取れている。時刻txにトルク指令が変動し電流指令がi1からi2に変化すると、3相電流にアンバランスが生じ、実線で示す1相に過電流が発生する。その結果、インバータ60の破損やトルクリプルの発生につながる。また、直流側のバッテリ電流にも無効電流が発生し、バッテリ10や平滑コンデンサ15の発熱により、寿命が低下するおそれがある。   In the inverter control device 509 of the comparative example, when the voltage command value fluctuates with the fluctuation of the torque command, unbalance of three-phase current occurs. The three-phase current imbalance will be described with reference to FIG. In the three-phase current, a solid line, a broken line, and an alternate long and short dash line indicate the current of each phase. Before time tx, the current command is constant at i1, and the three-phase currents are balanced. When the torque command changes at time tx and the current command changes from i1 to i2, an imbalance occurs in the three-phase current, and an overcurrent occurs in one phase indicated by a solid line. As a result, damage to the inverter 60 and torque ripple may occur. In addition, a reactive current is also generated in the battery current on the DC side, and there is a possibility that the life may be reduced due to the heat generation of the battery 10 and the smoothing capacitor 15.

3相アンバランスの発生原因及びその解決について、図3〜図6を参照して説明する。図3にU相を例として3相インバータの単相分を抽出した回路モデルを示す。交流記号で示すVuはインバータ出力であり、euは誘起電圧である。U相電流iuは、回路の抵抗R及びインダクタンスLに流れる。インダクタンスLに初期電流が流れているとU相電流iuとは逆向きの電圧VLが発生する。このとき、インバータ出力Vuは、式(1)で表される。なお、数式中の記号Pは微分演算子である。また、以下の数式における記号の下付き文字の表記について、明細書文中又は図中では、見やすさに応じて、下付き文字に対応する部分を通常文字で記載する場合がある。   The cause of occurrence of the three-phase unbalance and the solution thereof will be described with reference to FIGS. FIG. 3 shows a circuit model in which a single-phase component of a three-phase inverter is extracted taking the U-phase as an example. Vu shown by an alternating current symbol is an inverter output, and eu is an induced voltage. The U-phase current iu flows to the resistance R and the inductance L of the circuit. When an initial current flows in the inductance L, a voltage VL reverse to the U-phase current iu is generated. At this time, the inverter output Vu is expressed by equation (1). The symbol P in the equation is a differential operator. In addition, with regard to the notation of subscript letters of symbols in the following mathematical formulas, portions corresponding to the subscript letters may be written in normal letters in the description or in the drawings depending on the legibility.

Figure 2019115194
Figure 2019115194

ここで図4に示すように、インバータ出力Vuが変化する場合を想定する。VaはVuの振幅である。インバータ出力Vuの変化時txにU相電流iuが0の場合、時刻tx後も電流振幅の中心は0のままである。一方、インバータ出力Vuの変化時txにU相電流iuが0でない場合、図4の例では負方向にオフセット電流ΔIdcが発生し、電流振幅の中心が0からオフセットする。   Here, as shown in FIG. 4, it is assumed that the inverter output Vu changes. Va is the amplitude of Vu. When the U-phase current iu is zero at tx when the inverter output Vu changes, the center of the current amplitude remains zero even after time tx. On the other hand, when the U-phase current iu is not zero at tx when the inverter output Vu changes, an offset current ΔIdc is generated in the negative direction in the example of FIG. 4 and the center of the current amplitude is offset from zero.

次に、U相電流iuを交流(AC)成分iu_acと直流(DC)成分iu_dcとに分離した回路モデルを図5に示す。インバータ出力Vuの式(1)は、交流電圧Vuの式(2.1)と、直流オフセット電圧Vdcの式(2.2)とに分離される。   Next, FIG. 5 shows a circuit model in which the U-phase current iu is separated into an alternating current (AC) component iu_ac and a direct current (DC) component iu_dc. The equation (1) of the inverter output Vu is separated into the equation (2.1) of the AC voltage Vu and the equation (2.2) of the DC offset voltage Vdc.

Figure 2019115194
Figure 2019115194

U相電流の交流成分iu_acは正弦波状に変化する。また、周知技術である比較例の構成では、直流成分iu_dcは、実線で示すように、オフセット電流−ΔIdcを初期値として、式(3)のようにLR時定数にしたがって減衰する。   The alternating current component iu_ac of the U-phase current changes in a sinusoidal manner. Further, in the configuration of the comparative example, which is a well-known technology, the direct current component iu_dc is attenuated according to the LR time constant as the equation (3) with the offset current −ΔIdc as an initial value as shown by the solid line.

Figure 2019115194
Figure 2019115194

このように、過渡時にインダクタンスLに初期電流が流れていると直流オフセット電流が発生する。つまり、3相インバータでは過渡時に必ず直流オフセット電流が発生するため、3相電流アンバランスが発生する。そこで、直流成分の式(2.2)から、直流オフセット電圧により直流オフセット電流を制御する点に着目する。そして、図5の直流成分の回路モデルに破線で示すように、変化時txの次のサンプルタイミングで直流オフセット電流が0となるように直流オフセット電圧Vdcを決定する。このように直流オフセット電流を抑制する制御を「デッドビート制御」という。デッドビート制御は、式(4)で表される。   Thus, when the initial current flows in the inductance L at the time of transition, a DC offset current is generated. That is, in the three-phase inverter, since the DC offset current is always generated at the time of transition, the three-phase current unbalance is generated. Therefore, attention is directed to the point of controlling the DC offset current by the DC offset voltage from the equation (2.2) of the DC component. Then, as indicated by a broken line in the circuit model of the direct current component in FIG. 5, the direct current offset voltage Vdc is determined so that the direct current offset current becomes zero at the next sample timing after tx. Control for suppressing the DC offset current in this manner is called "dead beat control". Deadbeat control is expressed by equation (4).

Figure 2019115194
Figure 2019115194

図6に、交流電圧Vuと、デッドビート制御により決定された直流オフセット電圧Vdcとを加算した電圧をインバータに印加したときの電流波形を示す。なお、二点鎖線は、図4に示すデッドビート制御を行わないときの電流波形である。インバータ出力Vuの変化時txにU相電流iuが0でない場合でも、変化時txにデッドビート制御が行われることで、次のサンプルタイミングにU相電流iuの振幅中心は0に一致する。   FIG. 6 shows a current waveform when a voltage obtained by adding the AC voltage Vu and the DC offset voltage Vdc determined by the dead beat control is applied to the inverter. The two-dot chain line is a current waveform when the dead beat control shown in FIG. 4 is not performed. Even when the U-phase current iu is not zero at tx when the inverter output Vu changes, dead-beat control is performed at tx when the u-phase current iu coincides with zero at the next sample timing.

このように、直流オフセット成分ΔIdcに対しデッドビート制御を適用することで、U相電流iuが瞬時に目標値に到達するように制御することができる。よって、直流オフセット電流に起因する過渡応答時の3相電流アンバランスが抑制される。その結果、過電流によるインバータの破損やトルクリプルの発生、バッテリや平滑コンデンサの発熱等を適切に防止することができる。   As described above, by applying the dead beat control to the DC offset component ΔIdc, the U-phase current iu can be controlled to reach the target value instantaneously. Therefore, the three-phase current unbalance at the time of transient response caused by the DC offset current is suppressed. As a result, damage to the inverter due to an overcurrent, occurrence of torque ripple, heat generation of a battery or a smoothing capacitor, and the like can be appropriately prevented.

本実施形態のインバータ制御装置50は、以上の原理を用いて、トルク指令が変動する過渡応答時の3相電流アンバランスを抑制することを目的とするものである。続いて、インバータ制御装置50の構成及び作用について実施形態毎に説明する。各実施形態のインバータ制御装置の符号には、「50」に続く3桁目に実施形態の番号を付す。   The inverter control device 50 of the present embodiment aims to suppress three-phase current unbalance at the time of a transient response in which a torque command fluctuates, using the above principle. Subsequently, the configuration and operation of the inverter control device 50 will be described for each embodiment. In the inverter control device of each embodiment, the third digit following “50” is assigned the embodiment number.

(第1実施形態)
第1実施形態について、図7を参照して説明する。第1実施形態のインバータ制御装置501は、基本電圧指令値演算部201、補償電圧指令値演算部401、「ゲート信号生成部」としてのPWM信号生成部56等を含む。ここで、第1実施形態の基本電圧指令値演算部及び補償電圧指令値演算部の符号には、それぞれ、「20」及び「40」に続く3桁目に「1」を付す。以下の実施形態の基本電圧指令値演算部及び補償電圧指令値演算部の符号については、前述の実施形態と構成が実質的に同じである場合、前述の実施形態の符号を援用する。一方、前述の実施形態と構成が異なる場合、「20」又は「40」に続く3桁目に、新たにその実施形態の番号を付す。
First Embodiment
The first embodiment will be described with reference to FIG. The inverter control device 501 of the first embodiment includes a basic voltage command value calculation unit 201, a compensation voltage command value calculation unit 401, a PWM signal generation unit 56 as a "gate signal generation unit", and the like. Here, in the reference numerals of the basic voltage command value calculation unit and the compensation voltage command value calculation unit of the first embodiment, “1” is added to the third digit following “20” and “40”, respectively. Regarding the reference numerals of the basic voltage command value calculation unit and the compensation voltage command value calculation unit of the following embodiments, when the configurations are substantially the same as those of the above embodiments, the reference characters of the above embodiments are used. On the other hand, when the configuration is different from that of the above-described embodiment, the third digit following “20” or “40” is newly assigned the number of that embodiment.

また、本実施形態では電流センサ71、72がU相、V相の2相の電流値iu、ivを検出することに対応して、3相電流値のうちU相、V相の2相の電流値を制御し、他の1相であるW相iwの電流値はキルヒホッフの法則を用いて算出する。他の実施形態では、どの2相を用いてもよく、3相の電流値を検出し制御してもよい。なお、明細書中、U相及びV相の2相の電流値又は電圧値についても「3相電流値」、「3相電圧値」という用語を用いて記す。   Further, in the present embodiment, in response to the current sensors 71 and 72 detecting the current values iu and iv of the two phases of the U phase and the V phase, of the three phase current values, the two phases of the U phase and the V phase are detected. The current value is controlled, and the current value of the other one phase W phase iw is calculated using Kirchhoff's law. In other embodiments, any two phases may be used, and three phase current values may be detected and controlled. In the specification, the terms “three-phase current value” and “three-phase voltage value” are also used for the current value or voltage value of the two phases of the U phase and the V phase.

基本電圧指令値演算部201は、FF制御演算部21及びdq/3相変換部24を有し、フィードフォワード制御により基本電圧指令値Vub *、Vvb *を演算する。FF制御演算部21は、式(5)に示す電圧方程式によりdq軸電圧指令値Vq*、Vd*を演算する。dq/3相変換部24は、電気角θに基づいてdq軸電圧指令値Vq*、Vd*を3相変換し、U相、V相の基本電圧指令値Vub *、Vvb *を算出する。 Basic voltage command value calculating section 201 includes a FF control calculation unit 21 and dq / 3-phase conversion unit 24, * the basic voltage command values Vu b by the feed forward control, calculates the Vv b *. The FF control calculation unit 21 calculates the dq axis voltage command values Vq * and Vd * according to the voltage equation shown in Expression (5). dq / 3-phase conversion unit 24, dq-axis voltage command value based on the electric angle theta Vq *, to convert the Vd * 3-phase, calculated U-phase, the basic voltage command values V phase Vu b *, the Vv b * Do.

Figure 2019115194
Figure 2019115194

補償電圧指令値演算部401は、dq/3相変換部41、3相電流偏差算出部42、及び、3相電流制御器431、432を有する。dq/3相変換部41は、電気角θに基づいてdq軸電流指令値iq*、id*を3相変換し、3相電流指令値iu*、iv*を算出する。3相電流偏差算出部42は、3相電流指令値iu*、iv*と、電流センサ71、72が検出した3相電流値iu、ivとの偏差である3相電流偏差Δiu、Δivを算出する。 The compensation voltage command value calculation unit 401 has a dq / three-phase conversion unit 41, a three-phase current deviation calculation unit 42, and three-phase current controllers 431, 432. The dq / three-phase conversion unit 41 performs three-phase conversion on the dq-axis current command values iq * and id * based on the electrical angle θ to calculate three-phase current command values iu * and iv * . Three-phase current deviation calculation unit 42 calculates three-phase current deviations Δiu and Δiv, which are deviations between three-phase current command values iu * and iv * and three-phase current values iu and iv detected by current sensors 71 and 72, respectively. Do.

U相電流制御器431及びV相電流制御器432は、それぞれU相及びV相の電流偏差Δiu、Δivに基づいてU相及びV相の補償電圧指令値Vuoffset *、Vvoffset *を演算する。電流偏差Δiu、Δivは、過渡応答時の直流オフセット成分に相当する。つまり、補償電圧指令値演算部401の技術的意義は、3相電流制御器431、432により直流オフセット成分を直接制御する点にある。 U-phase current controller 431 and V-phase current controller 432 calculate U-phase and V-phase compensation voltage command values Vu offset * and Vv offset * based on current deviations Δiu and Δiv of U-phase and V-phase, respectively. . The current deviations Δiu and Δiv correspond to DC offset components during transient response. That is, the technical significance of the compensation voltage command value calculation unit 401 is that the three-phase current controllers 431 and 432 directly control the DC offset component.

各相の電流偏差を包括してΔi、補償電圧指令値を包括してVoffset *と表し、補償電圧指令値Voffset *の演算方法について説明する。補償電圧指令値Voffset *の演算は、一般に、式(6.1)によるPD制御、又は、式(6.2)によるP制御により行われる。ここで、Kpは比例ゲイン、Kdは微分ゲインであり、(Δi/Δt)は3相電流偏差Δiの時間微分値である。P制御の式(6.2)は、PD制御の式(6.1)の微分項Kd(Δi/Δt)を0とみなしたものに相当する。 And encompasses each phase current deviation .DELTA.i, represents a compensation voltage to encompass command value V offset *, described compensating voltage command value V offset * computation methods. The calculation of the compensation voltage command value V offset * is generally performed by PD control according to equation (6.1) or P control according to equation (6.2). Here, Kp is a proportional gain, Kd is a differential gain, and (Δi / Δt) is a time differential value of the three-phase current deviation Δi. Formula (6.2) of P control is equivalent to what considered the differential term Kd ((DELTA) i / (DELTA) t) of Formula (6.1) of PD control as zero.

Figure 2019115194
Figure 2019115194

また、上述のデッドビート制御では、モータ80の機器定数である抵抗R及びインダクタンスLを含む式(4)により、直流オフセット電流Δidcを抑制するように直流オフセット電圧Vdcが決定される。3相電流制御器431、432は、式(4)の右辺にゲインK(K≦1)を乗じた式(7)により補償電圧指令値Voffset *を演算してもよい。モータ80の機器定数を用いることで、最も早く指令値に追従するための電圧指令値を演算することができる。 Further, in the above-described dead beat control, the DC offset voltage Vdc is determined by the equation (4) including the resistance R and the inductance L which are the machine constants of the motor 80 so as to suppress the DC offset current Δidc. The three-phase current controllers 431 and 432 may calculate the compensation voltage command value V offset * by the equation (7) obtained by multiplying the right side of the equation (4) by the gain K (K ≦ 1). By using the machine constant of the motor 80, it is possible to calculate the voltage command value for following the command value most quickly.

Figure 2019115194
Figure 2019115194

式(7)は、PD制御の式(6.1)における微分ゲインKdを(K×L)とし、比例ゲインKpを(K×R)とした式とみなすことができる。また、式(7)の微分項を無視すると、比例ゲインKpを(K×R)としたP制御の式となる。   The equation (7) can be regarded as an equation in which the differential gain Kd in equation (6.1) of PD control is (K × L) and the proportional gain Kp is (K × R). Further, ignoring the differential term of the equation (7), the equation for P control is obtained with the proportional gain Kp as (K × R).

補償電圧加算部54は、U相、V相毎に基本電圧指令値Vub *、Vvb *と補償電圧指令値Vuoffset *、Vvoffset *とを加算し、加算後の電圧指令値Vu*、Vv*を出力する。他相電圧算出部55は、U相、V相電圧指令値Vu*、Vv*から他の1相であるW相の電圧指令値流値Vw*を算出する。 Compensation voltage adding unit 54, U-phase, the basic voltage command value for each V-phase Vu b *, Vv b * and the compensation voltage command value Vu offset *, adds the Vv offset *, the voltage command value after addition Vu * , Vv * is output. The other-phase voltage calculation unit 55 calculates a voltage command value flow value Vw * of another W phase, which is one phase, from the U-phase and V-phase voltage command values Vu * and Vv * .

PWM信号生成部56は、3相電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*に基づき、PWM制御によりゲート信号を生成し、インバータ60に出力する。なお他の実施形態では、ゲート信号生成部は、PWM制御に限らず、予め設定された複数の電圧出力パターンから適当なパターンを選択するパルスパターン方式等によりゲート信号を生成してもよい。 The PWM signal generation unit 56 generates a gate signal by PWM control based on the three-phase voltage command values Vu * , Vv * and Vw * , and outputs the gate signal to the inverter 60. In another embodiment, the gate signal generation unit may generate a gate signal by a pulse pattern method or the like which selects an appropriate pattern from a plurality of voltage output patterns set in advance, not limited to PWM control.

以上のように第1実施形態では、基本電圧指令値演算部201によるフィードフォワード制御で交流成分を制御し、補償電圧指令値演算部401による3相電流フィードバック制御で直流オフセット分を制御することで高応答化が可能となる。   As described above, in the first embodiment, the AC component is controlled by the feedforward control by the basic voltage command value calculation unit 201, and the DC offset is controlled by the three-phase current feedback control by the compensation voltage command value calculation unit 401. High response can be achieved.

(第2実施形態)
第2実施形態について、図8を参照して説明する。第2実施形態のインバータ制御装置502では、基本電圧指令値演算部202は、フィードフォワード制御とdq軸電流フィードバック制御との複合により基本電圧指令値Vub *、Vvb *を演算する。なお、補償電圧指令値演算部401の構成は、第1実施形態と同様である。
Second Embodiment
The second embodiment will be described with reference to FIG. In the inverter control device 502 of the second embodiment, the basic voltage command value computing section 202, the basic voltage command values Vu b * by conjugation with a feed-forward control and the dq-axis current feedback control, and calculates the Vv b *. The configuration of the compensation voltage command value calculation unit 401 is the same as that of the first embodiment.

基本電圧指令値演算部202のうちフィードフォワード制御に係る構成は、第1実施形態の基本電圧指令値演算部201と同様である。FF制御演算部21は、電圧方程式によりdq軸電圧指令値のフィードフォワード項Vq* ff、Vd* ffを演算する。 The configuration related to feedforward control in the basic voltage command value calculation unit 202 is the same as that of the basic voltage command value calculation unit 201 in the first embodiment. The FF control calculation unit 21 calculates feed forward terms Vq * ff and Vd * ff of the dq axis voltage command value by the voltage equation.

dq軸電流フィードバック制御に係る構成には、他相電流算出部31、3相/dq変換部32、ローパスフィルタ(図中及び以下文中で「LPF」)34、dq軸電流偏差算出部36、制御器371、372等が含まれる。LPF34以外は、図14の比較例の構成と実質的に同一である。   In the configuration related to dq axis current feedback control, other phase current calculation unit 31, three phase / dq conversion unit 32, low pass filter ("LPF" in the drawings and the following text) 34, dq axis current deviation calculation unit 36, control Vessels 371 and 372 are included. Except for the LPF 34, the configuration is substantially the same as the configuration of the comparative example of FIG.

LPF34は、dq軸電流値iq、idの所定周波数以上の高周波成分し、LPF処理後のdq軸電流値iqLPF、idLPFを出力する。言い換えれば、LPF34は、dq軸電流値iq、idの直流オフセット分を除き、交流成分のみをdq軸電流指令値iq*、id*に対してフィードバックする。つまり、LPF34は、dq軸電流値iq、idの直流成分を抽出する「直流成分抽出部」に相当する。 The LPF 34 generates high frequency components of dq axis current values iq, id at a predetermined frequency or higher, and outputs dq axis current values iq LPF , id LPF after the LPF processing. In other words, the LPF 34 feeds back only the AC component to the dq axis current command values iq * and id * except for the DC offset of the dq axis current value iq and id. That is, the LPF 34 corresponds to a “DC component extraction unit” that extracts DC components of the dq-axis current values iq and id.

dq軸電流偏差算出部36は、dq軸電流指令値iq*、id*とLPF処理後のdq軸電流値iqLPF、idLPFとの偏差であるdq軸電流偏差Δiq、Δidを算出する。制御器371、372は、PI制御等により、それぞれq軸電圧指令値のフィードバック項Vq* fb、及び、d軸電圧指令値のフィードバック項Vd* fbを演算する。電圧指令値加算部22は、dq軸電圧指令値のフィードフォワード項Vq* ff、Vd* ffとフィードバック項Vq* fb、Vd* fbとを加算する。 The dq-axis current deviation calculation unit 36 calculates dq-axis current deviations Δiq and Δid that are deviations between the dq-axis current command values iq * and id * and the dq-axis current values iq LPF and id LPF after LPF processing. The controllers 371 and 372 calculate the feedback term Vq * fb of the q-axis voltage command value and the feedback term Vd * fb of the d-axis voltage command value by PI control or the like. The voltage command value adding unit 22 adds the feedforward terms Vq * ff and Vd * ff of the dq-axis voltage command value and the feedback terms Vq * fb and Vd * fb .

このように第2実施形態の基本電圧指令値演算部202は、LPF34により直流オフセット分を除いた交流成分のみをフィードバックすることで、定常時の制御性を向上させることができる。すなわち、直流オフセット電流が発生するとdq軸電流iq、idが振動するため、フィルタを用いて直流成分のみを抽出し、dq軸電流iq、idを制御し、所望のトルクを実現する。よって第2実施形態では、補償電圧指令値演算部401による直流オフセット分を除いた電流のフィードバック制御と、基本電圧指令値演算部20による直流オフセット電流のフィードバック制御とを組み合わせることで、高応答かつ定常偏差のない制御を実現できる。   As described above, the basic voltage command value calculation unit 202 according to the second embodiment can improve the controllability in the steady state by feeding back only the AC component excluding the DC offset by the LPF 34. That is, since the dq axis current iq, id vibrates when the DC offset current is generated, only a DC component is extracted using a filter, and the dq axis current iq, id is controlled to realize a desired torque. Therefore, in the second embodiment, high response can be achieved by combining feedback control of the current excluding the DC offset by the compensation voltage command value calculation unit 401 and feedback control of the DC offset current by the basic voltage command value calculation unit 20. Control without steady-state deviation can be realized.

(第3実施形態)
第3実施形態について、図9、図10を参照して説明する。第3実施形態のインバータ制御装置503の補償電圧指令値演算部403は、第1、第2実施形態の補償電圧指令値演算部401に対し、U相電流制御器431及びV相電流制御器432にそれぞれU相電流値iu、V相電流値ivが入力される点が異なり、それ以外の構成は同一である。U相電流制御器431は、U相電流偏差Δiuに加え、さらにU相電流値iuに基づいて、U相補償電圧指令値Vuoffset *を演算する。V相電流制御器432は、V相電流偏差Δivに加え、さらにV相電流値ivに基づいて、V相補償電圧指令値Vvoffset *を演算する。
Third Embodiment
A third embodiment will be described with reference to FIG. 9 and FIG. The compensation voltage command value calculation unit 403 of the inverter control device 503 of the third embodiment differs from the compensation voltage command value calculation unit 401 of the first and second embodiments in the U-phase current controller 431 and the V-phase current controller 432. Except that the U-phase current value iu and the V-phase current value iv are input respectively, and the other configuration is the same. U-phase current controller 431 calculates U-phase compensation voltage command value Vu offset * based on U-phase current value iu in addition to U-phase current deviation Δiu. V-phase current controller 432 calculates V-phase compensation voltage command value Vv offset * based on V-phase current deviation iv in addition to V-phase current deviation Δiv.

例えば式(7)によるデッドビート制御を実施する構成において、補償電圧指令値演算部403は、U相電流値iu、V相電流値ivに応じて、3相電流制御器431、432のゲインKを0から1までの範囲で変更する。好ましくは、3相電流値iu、ivが大きいほどゲインKが大きく設定される。   For example, in the configuration for performing dead beat control according to equation (7), the compensation voltage command value calculation unit 403 sets the gain K of the three-phase current controllers 431 and 432 according to the U-phase current value iu and the V-phase current value iv. Change from 0 to 1. Preferably, the gain K is set larger as the three-phase current values iu and iv are larger.

つまり、負荷が低く3相電流値iu、ivが小さいときは、電流アンバランスの影響が小さいため、制御安定性を重視して補償電圧指令値Voffset *が小さくなるように、ゲインKが減少される。一方、負荷が高く3相電流値iu、ivが大きいときは、電流アンバランスを抑制するため、高応答性を重視して補償電圧指令値Voffset *が大きくなるように、ゲインKが増加される。 That is, when the load is low and the three-phase current values iu and iv are small, the influence of the current imbalance is small, and the gain K decreases so that the compensation voltage command value V offset * becomes smaller with emphasis on control stability. Be done. On the other hand, when the load is high and the three-phase current values iu and iv are large, the gain K is increased so that the compensation voltage command value V offset * becomes large with emphasis on high responsiveness in order to suppress current imbalance. Ru.

図10(a)、(b)に、3相電流値iu、ivに応じたゲインKの変更パターンを示す。図10(a)の例では、3相電流値iu、ivが飽和電流値Isat未満の領域で、ゲインKは、3相電流値iu、ivの増加につれて1まで単調増加する。3相電流値iu、ivが飽和電流値Isat以上の領域ではゲインKは1である。図10(b)の例ではさらに、3相電流値iu、ivが臨界値Icrt以下の領域でゲインKは0である。Kが0であるということは、直流オフセット電流抑制制御をしないことに等しい。   FIGS. 10A and 10B show change patterns of the gain K according to the three-phase current values iu and iv. In the example of FIG. 10A, the gain K monotonously increases to 1 as the three-phase current values iu and iv increase in a region where the three-phase current values iu and iv are less than the saturation current value Isat. The gain K is 1 in the region where the three-phase current values iu and iv are greater than or equal to the saturation current value Isat. Further, in the example of FIG. 10B, the gain K is 0 in the region where the three-phase current values iu and iv are less than or equal to the critical value Icrt. That K is 0 is equivalent to not performing DC offset current suppression control.

また、式(6.1)によるPD制御を実施する構成では、比例ゲインKp、微分ゲインKdがそれぞれ、3相電流値iu、ivが大きいほど大きく設定される。式(6.2)によるP制御を実施する構成では、3相電流値iu、ivが大きいほど比例ゲインKpが大きく設定される。   Further, in the configuration in which the PD control according to equation (6.1) is performed, the proportional gain Kp and the differential gain Kd are set to be larger as the three-phase current values iu and iv are larger. In the configuration that implements P control according to equation (6.2), the proportional gain Kp is set larger as the three-phase current values iu and iv are larger.

また、補償電圧指令値Voffset *はゲインKを用いた数式で演算される構成に限らず、図10(c)に示すような3相電流値iu、ivと3相電流偏差Δiu、Δivとを入力とするマップにより直接演算されてもよい。このマップでは、3相電流値iu、ivが大きいほど、また、3相電流偏差Δiu、Δivが大きいほど、補償電圧指令値Voffset *は大きくなる。なお、マップの特性線は、図10(c)に示すような直線に限らず、折線や曲線であってもよい。 Further, the compensation voltage command value V offset * is not limited to the configuration calculated by the equation using the gain K, but three-phase current values iu and iv and three-phase current deviations Δiu and Δiv as shown in FIG. It may be calculated directly by the map which takes as input. In this map, as the three-phase current values iu and iv are larger and as the three-phase current deviations Δiu and Δiv are larger, the compensation voltage command value V offset * becomes larger. The characteristic lines of the map are not limited to straight lines as shown in FIG. 10C, and may be broken lines or curves.

(第4実施形態)
第4実施形態について、図11を参照して説明する。第4実施形態のインバータ制御装置504では基本電圧指令値演算部204は、フィードフォワード制御を行わず、dq軸電流フィードバック制御のみにより基本電圧指令値Vub *、Vvb *を演算する。なお、補償電圧指令値演算部401の構成は、第1実施形態と同様である。
Fourth Embodiment
The fourth embodiment will be described with reference to FIG. Inverter controller 504 in the basic voltage command value calculating portion 204 of the fourth embodiment does not perform the feedforward control, the basic voltage command values Vu b * only by dq-axis current feedback control, and calculates the Vv b *. The configuration of the compensation voltage command value calculation unit 401 is the same as that of the first embodiment.

dq軸電流フィードバック制御に係る構成は第2、第3実施形態と同様である。また、図11の例では、14の比較例と同様に、dq軸電流値iq、idに基づきdq軸間の干渉電圧を補償するように非干渉項を演算する非干渉制御部38が設けられている。なお、図11においてLPF34及びdq軸電流偏差算出部36を含む枠で囲った部分Exは、図12に示す第5実施形態の説明で引用される部分である。第4実施形態では、「直流成分抽出部」としてのLPF34により、直流オフセット分を除いた交流分をフィードバック制御することで、定常時の制御性を向上させることができる。   The configuration relating to dq axis current feedback control is the same as in the second and third embodiments. Further, in the example of FIG. 11, as in the comparative example of 14, the non-interference control unit 38 which calculates the non-interference term to compensate the interference voltage between the dq axes based on the dq axis current values iq and id is provided. ing. The portion Ex enclosed by a frame including the LPF 34 and the dq-axis current deviation calculation unit 36 in FIG. 11 is a portion cited in the description of the fifth embodiment shown in FIG. In the fourth embodiment, the controllability at the time of steady state can be improved by feedback controlling the AC component excluding the DC offset by the LPF 34 as the “DC component extraction unit”.

(第5実施形態)
第5実施形態について、図12、図13を参照して説明する。第5実施形態の基本電圧指令値演算部205は、第4実施形態の基本電圧指令値演算部204に対し図11のEx部に対応する構成のみが異なる。それ以外の構成は図11と同一であるため図示を省略する。基本電圧指令値演算部205には、切替判定部33、LPF34及び移動平均算出部35を含む直流成分抽出部330が設けられる。
Fifth Embodiment
The fifth embodiment will be described with reference to FIGS. 12 and 13. The basic voltage command value calculation unit 205 of the fifth embodiment differs from the basic voltage command value calculation unit 204 of the fourth embodiment only in the configuration corresponding to the Ex unit of FIG. The other configuration is the same as that of FIG. The basic voltage command value calculation unit 205 is provided with a DC component extraction unit 330 including the switching determination unit 33, the LPF 34, and the moving average calculation unit 35.

LPF34は、第4実施形態と同様にdq軸電流値iq、idの所定周波数以上の高周波成分を除去するLPF処理を行い、LPF処理後のdq軸電流値iqLPF、idLPFを出力する。移動平均算出部35は、dq軸電流値iq、idの所定電気角範囲又は所定時間における移動平均を算出する移動平均処理を行い、移動平均処理後のdq軸電流値idMVAVR、iqMVAVRを出力する。切替判定部33は、モータの回転数に応じて、直流成分の抽出処理として、LPF処理と移動平均処理とを切り替える。 The LPF 34 performs an LPF process for removing high frequency components of dq axis current values iq and id not lower than a predetermined frequency as in the fourth embodiment, and outputs dq axis current values iq LPF and id LPF after the LPF process. The moving average calculation unit 35 performs moving average processing for calculating a moving average of dq axis current values iq and id in a predetermined electric angle range or predetermined time, and outputs dq axis current values id MVAVR and iq MVRVR after moving average processing. Do. The switching determination unit 33 switches between the LPF processing and the moving average processing as the extraction processing of the DC component according to the number of rotations of the motor.

直流成分抽出構成としてLPF34のみを有する第4実施形態では、カットオフ周波数が固定される。したがって、回転周波数ωの6次成分等であるdq軸電流値iq、idの交流成分の周波数がカットオフ周波数以下となる周波数領域では、直流成分を抽出することができず、定常時の制御が不安定となる。また、広い回転数領域でLPF34を機能させるためにカットオフ周波数を下げすぎると、過渡応答後の収束性が悪化する。そこで、図13に示すように、dq軸電流値iq、idの交流成分の周波数がLPF34のカットオフ周波数以下となる低回転数領域では、切替判定部33は、LPF処理から移動平均処理に切り替えるように判定する。なお、移動平均処理の区間は、例えば回転周波数の6次成分等の1周期分に相当する所定電気角範囲又は所定時間に設定される。   In the fourth embodiment having only the LPF 34 as the DC component extraction configuration, the cut-off frequency is fixed. Therefore, in the frequency domain where the frequency of the AC component of the dq-axis current values iq and id, which is the sixth-order component of the rotational frequency ω, is equal to or lower than the cutoff frequency, the DC component can not be extracted. It becomes unstable. In addition, if the cut-off frequency is lowered too much to allow the LPF 34 to function in a wide rotation speed region, the convergence after the transient response is deteriorated. Therefore, as shown in FIG. 13, in the low rotation speed region where the frequency of the AC component of the dq-axis current values iq and id is equal to or lower than the cutoff frequency of the LPF 34, the switching determination unit 33 switches from the LPF processing to the moving average processing To determine. The section of the moving average process is set to a predetermined electrical angle range or a predetermined time corresponding to, for example, one cycle of the sixth order component of the rotational frequency.

このように第5実施形態では、基本電圧指令値演算部205のdq軸電流フィードバック制御において、モータの回転数に応じて、カットオフ周波数より大きい高回転数領域ではLPF処理、低回転数領域では移動平均処理により直流成分が抽出されるように処理が切り替えられる。したがって、定常時の制御安定性と過渡応答後の収束性とを適切に両立することができる。   As described above, in the fifth embodiment, in the dq-axis current feedback control of the basic voltage command value calculation unit 205, the LPF processing is performed in the high rotation speed region larger than the cutoff frequency according to the rotation speed of the motor. The processing is switched so that the DC component is extracted by the moving average processing. Therefore, it is possible to properly balance the control stability in the steady state and the convergence after the transient response.

(その他の実施形態)
本発明におけるインバータ(電力変換器)の負荷は、上記実施形態で示したモータ80に限らない。ただし、3相電流のアンバランスが課題となる前提から、本発明は、抵抗及びインダクタンスを有する負荷に電力供給するシステムに有効である。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
(Other embodiments)
The load of the inverter (power converter) in the present invention is not limited to the motor 80 shown in the above embodiment. However, the present invention is effective for a system for supplying power to a load having resistance and inductance, on the premise that unbalance of three-phase current becomes a problem.
As mentioned above, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment at all, and can be implemented in various forms in the range which does not deviate from the meaning of an invention.

201、202、204、205・・・基本電圧指令値演算部、
401、403・・・補償電圧指令値演算部、
50(501−504)・・・インバータ制御装置(電力変換器制御装置)、
56・・・PWM信号生成部(ゲート信号生成部)、
60・・・インバータ(電力変換器)、
80・・・モータ(負荷)。
201, 202, 204, 205 ... Basic voltage command value calculation unit,
401, 403 ... compensation voltage command value calculation unit,
50 (501-504) ... inverter control device (power converter control device),
56: PWM signal generator (gate signal generator),
60 · · · inverter (power converter),
80: Motor (load).

Claims (6)

直流電力を3相交流電力に変換し、抵抗及びインダクタンスを有する負荷(80)に供給する電力変換器(60)の動作を制御する電力変換器制御装置であって、
dq軸電流指令値(iq*、ib)に基づいてdq軸電圧指令値(Vq*、Vd*)を演算し、さらに前記dq軸電圧指令値を3相変換した基本電圧指令値(Vub *、Vvb *)を演算する基本電圧指令値演算部(201、202、204、205)と、
前記dq軸電流指令値が3相変換された3相電流指令値(iu*、iv*)と、3相電流値(iu、iv)との偏差である3相電流偏差(Δiu、Δiv)に基づいて、補償電圧指令値(Vuoffset *、Vvoffset *)を演算する補償電圧指令値演算部(401、403)と、
前記基本電圧指令値と前記補償電圧指令値とを加算した電圧指令値(Vu*、Vv*)に基づいて、前記電力変換器に指令するゲート信号を生成するゲート信号生成部(56)と、
を備える電力変換器制御装置。
A power converter control device that controls the operation of a power converter (60) which converts DC power into three-phase AC power and supplies the load (80) with resistance and inductance,
dq-axis current command value (iq *, ib) dq-axis voltage command value based on (Vq *, Vd *) is calculated and further the dq-axis voltage command value 3-phase converted basic voltage command values (Vu b * , Vv b * ), and a basic voltage command value calculation unit (201, 202, 204, 205);
The three-phase current deviation (Δiu, Δiv), which is the deviation between the three-phase current command value (iu * , iv * ) obtained by three-phase conversion of the dq-axis current command value, and the three-phase current value (iu, iv) A compensation voltage command value computing unit (401, 403) for computing a compensation voltage command value (Vu offset * , Vv offset * ) based on
A gate signal generation unit (56) for generating a gate signal for instructing the power converter based on a voltage command value (Vu * , Vv * ) obtained by adding the basic voltage command value and the compensation voltage command value;
Power converter controller comprising:
前記負荷はモータであり、
前記補償電圧指令値演算部は、前記3相電流偏差、及び、前記モータの機器定数である抵抗もしくはインダクタンスに基づいて前記基本電圧指令値を演算する請求項1に記載の電力変換器制御装置。
The load is a motor,
The power converter control device according to claim 1, wherein the compensation voltage command value calculation unit calculates the basic voltage command value based on the three-phase current deviation and a resistance or an inductance which is an equipment constant of the motor.
前記補償電圧指令値演算部(403)は、
さらに前記3相電流値に基づいて前記補償電圧指令値を演算する請求項1または2に記載の電力変換器制御装置。
The compensation voltage command value calculation unit (403)
The power converter control device according to claim 1, further calculating the compensation voltage command value based on the three-phase current value.
前記基本電圧指令値演算部(201、202)は、
電圧方程式を用いたフィードフォワード制御により、前記基本電圧指令値を演算する請求項1〜3のいずれか一項に記載の電力変換器制御装置。
The basic voltage command value calculation unit (201, 202)
The power converter control device according to any one of claims 1 to 3, wherein the basic voltage command value is calculated by feedforward control using a voltage equation.
前記基本電圧指令値演算部(202、204、205)は、
前記3相電流値からdq変換されたdq軸電流値(iq、id)の直流成分を抽出する直流成分抽出部(34、330)を有し、
前記dq軸電流指令値と、前記直流成分抽出部により直流成分を除いた前記dq軸電流値との偏差であるdq軸電流偏差(Δiq、Δid)に基づくフィードバック制御により、前記基本電圧指令値を演算する請求項1〜4のいずれか一項に記載の電力変換器制御装置。
The basic voltage command value calculation unit (202, 204, 205)
A DC component extraction unit (34, 330) for extracting a DC component of the dq-axis current value (iq, id) subjected to dq conversion from the three-phase current value;
The basic voltage command value is calculated by feedback control based on a dq-axis current deviation (Δiq, Δid) which is a deviation between the dq-axis current command value and the dq-axis current value excluding the DC component by the DC component extraction unit. The power converter control device according to any one of claims 1 to 4 which calculates.
前記負荷はモータであり、
前記基本電圧指令値演算部(205)の前記直流成分抽出部(330)は、前記モータの回転数に応じて、前記dq軸電流値の所定周波数以上の高周波成分を除去するローパスフィルタ処理と、前記dq軸電流値の所定電気角範囲又は所定時間における移動平均を算出する移動平均処理とを切り替える請求項5に記載の電力変換器制御装置。
The load is a motor,
The DC component extraction unit (330) of the basic voltage command value calculation unit (205) performs low-pass filter processing for removing high frequency components of a predetermined frequency or more of the dq axis current value according to the rotation speed of the motor. The power converter control device according to claim 5, switching between moving average processing for calculating a moving average at a predetermined electric angle range or a predetermined time of the dq axis current value.
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