JP4491860B2

JP4491860B2 - Ａｃモータ駆動装置とそのｄｃオフセット補正方法

Info

Publication number: JP4491860B2
Application number: JP25186899A
Authority: JP
Inventors: 泰雄金; 澄利園田
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 1999-09-06
Filing date: 1999-09-06
Publication date: 2010-06-30
Anticipated expiration: 2019-09-06
Also published as: JP2001078494A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＡＣモータの電流制御に関し、特に、ＰＷＭインバータのＤＣオフセット推定とその補正を行なうＡＣモータ駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ＡＣモータの位置制御、速度制御および電流制御などにおいて、ＡＣモータの位置と共に、速度と電流をフィードバックして、ＡＣモータの応答特性を改善している。特に、ＡＣモータのｄｑ電流制御（ベクトル電流制御）はトルク成分電流と磁束成分電流に分けて制御することにより、トルク特性などＡＣモータの制御特性を著しく向上させている。
このようなＡＣモータの電流制御において、電流検出器ＣＴにより検出されるＤＣオフセット電流の問題と、ＰＷＭインバータ変換部（パワースイッチングデバイスのオン抵抗、立ち上がり時間、立ち下がり時間、デッドタイム時間のバラツキ）により発生するＤＣオフセット電圧の問題は、ＡＣモータの制御精度の低下や、トルクリップル発生の要因となっている。これらＤＣオフセット電流の問題は、ＡＣモータの電流制御に検出される電流値を不正確なものとし、ＤＣオフセット電圧の問題は、ＰＷＭ変換部で出力される電圧値を不正確なものにする、という形で発生する。
こうしたＤＣオフセットの補正方法は各種試みられているが、図７に示す従来のオフセット電流の調整方法は、ローパスフィルタ３０１により電流検出器に含まれたＤＣオフセット電流Ｉａｂｃ_offset3を検出し、これを、電流検出器からのＩａｂｃ_fbから差し引いてＤＣオフセット電流を補正し、検出電流Ｉａｂｃ’ｆｂとして電流指令と比較することで、電流制御が行われるものである。
また、電流検出器ＣＴによるＤＣオフセット電流の調整を行う公示例には、特開昭６３−２７４３９８号に提示されている「交流電動機の速度制御装置」がある。この場合は、ＰＷＭゲートパルスのベースブロック状態（ＡＣモータに流れる電流がゼロの状態の時）で、電流検出器のＤＣオフセット電流を推定して、ＤＣオフセット電流の調整を行うものであり、具体的には、モータ電流がゼロ相当時にメモリにオフセット値を記憶して、モータ運転時に検出電流値からメモリ値を差し引いてＤＣオフセット電流を補正するもので、前例のローパスフィルタによる処理の代わりにメモリ値を用いるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の方法では、電流検出器ＣＴに含まれたＤＣオフセット電流のみに対する補正方法であって、ＰＷＭ変換部に含まれたＤＣオフセット電圧に対する補正は行われていないため、これが制御精度を低下させ、トルクリップルの要因として残っているという問題があった。
そこで、本発明は、ＰＷＭ変換部に含まれているＤＣオフセット電圧を推定して、ＤＣオフセット電圧の補正も行うことで、ＰＷＭ変換部のＤＣオフセットによるトルクリップルの低減と制御精度の向上が図れるＡＣモータ駆動装置のＤＣオフセット補正方法を提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため、本発明は次のように構成したものである。
請求項１に記載の発明は、電圧指令に基づいてＡＣモータに駆動電流を供給するＰＷＭ電力変換手段と、前記駆動電流を検出する電流検出手段と、を備えたＡＣモータ駆動装置において、前記電流検出手段の検出信号に含まれたＤＣオフセット電流を補正する手段と、前記ＰＷＭ電力変換手段に含まれたＤＣオフセット電圧を補正する手段と、を備え、前記ＤＣオフセット電流を補正する手段が、前記ＰＷＭ電力変換手段のベースブロック状態で前記ＤＣオフセット電流を検出し、更に、前記電圧指令がゼロ状態で前記電流検出手段の検出信号から前記ＤＣオフセット電流を減じて新たな電流検出信号を算出するものであり、前記ＤＣオフセット電圧を補正する手段が、前記新たな電流検出信号をローパスフィルタに介した信号に、前記ＡＣモータのインピーダンス値を乗じて前記ＤＣオフセット電圧を算出し、更に、前記電圧指令から前記ＤＣオフセット電圧を減じて新たな電圧指令を算出するものである。
【０００５】
請求項２に記載の発明は、電圧指令に基づいてＡＣモータに駆動電流を供給するＰＷＭ電力変換手段と、前記駆動電流を検出する電流検出手段と、を備えたＡＣモータ駆動装置のＤＣオフセット方法において、前記電流検出手段の検出信号に含まれたＤＣオフセット電流を補正する処理をし、前記ＰＷＭ電力変換手段に含まれたＤＣオフセット電圧を補正する処理をし、前記ＤＣオフセット電流を補正する処理が、前記ＰＷＭ電力変換手段のベースブロック状態で前記ＤＣオフセット電流を検出し、更に、前記電圧指令がゼロ状態で前記電流検出手段の検出信号から前記ＤＣオフセット電流を減じて新たな電流検出信号を算出し、前記ＤＣオフセット電圧を補正する処理が、前記新たな電流検出信号をローパスフィルタに介した信号に、前記ＡＣモータのインピーダンス値を乗じて前記ＤＣオフセット電圧を算出し、更に、前記電圧指令から前記ＤＣオフセット電圧を減じて新たな電圧指令を算出するのである。
このＡＣモータ駆動装置とそのＤＣオフセット補正方法によれば、３相指令電圧をゼロに制限した状態でＡＣモータを駆動し、電流検出器に含まれたＤＣオフセット電流成分、すなわち第３のＤＣオフセット電流を３相検出電流から差し引くＤＣオフセット電流補正を行って新しい３相検出電流を計算し、新しい３相検出電流からローパスフィルタを用いてＰＷＭ変換部に含まれるＤＣオフセット分、すなわち第１のＤＣオフセット電流を計算し、第１のＤＣオフセット電流にＡＣモータのインピーダンスＲを掛けてＰＷＭ変換部に含まれるＤＣオフセット電圧、すなわち第１のＤＣオフセット電圧を計算推定して、３相指令電圧から第１のＤＣオフセット電圧を差し引いてＤＣオフセット電圧補正を行うので、電流検出器に含まれたＤＣオフセット電流と、ＰＷＭ変換部に含まれたＤＣオフセット電圧と、ＤＣオフセットを全て補正することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態について図を参照して説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態に係るｄｑ電流制御によるＡＣモータの電流制御ブロック図であり、図２は図１に示すＡＣモータのＤＣオフセット補正の制御ループを示す図である。
図３は図１に示すＡＣモータのＤＣオフセット補正の制御ブロック図であり、図４は図３に示すＡＣモータのＤＣオフセット補正動作のフローチャートである。
図５は図１に示すＰＷＭインバータのゲートパルス発生器の制御ブロック図である。
図１において、ＡＣモータの駆動装置は、図１中のＡＣモータ１１を除いた部分である。
１２はＡＣモータ１１を駆動するＰＷＭ電力変換手段（ＰＷＭインバータ）、１３はＡＣモータの３相電流を検出する３相電流検出手段（電流検出器）、１４はＡＣモータの電気角を検出する電気角検出手段、１５は電気角を用いて３相検出電流から２相検出電流への３相／２相座標変換を行う３相／２相座標変換計算手段、１６−ａは２相指令電流から２相検出電流を差し引いて２相電流誤差を計算する電流誤差演算手段、１７−ａは２相電流誤差に比例積分ゲインを乗じて２相指令電圧を計算する電流比例積分構成部、１８は電気角を用いて２相指令電圧から３相指令電圧への２相／３相座標変換を行う２相／３相座標変換計算手段、又、ＰＷＭインバータ１２は３相指令電圧と搬送波１９を比較して、ＰＷＭゲートパルスを演算し、ＰＷＭゲートパルスを用いて直流電圧２０を任意の交流電圧に変換する。
【０００７】
図２はＤＣオフセット電圧を計算する場合のオープンループを示した図で、図中のオープンループＡ状態（ＰＷＭインバータへのＰＷＭゲートパルスを遮断したベースブロックの状態）は、従来方法ブロック３によるＤＣオフセット電流の補正を行うもので、電流検出器１３に含まれたＤＣオフセット電流Ｉａｂｃ_offset3（従来方法３によるＤＣオフセット電流の意で３を付している、Ｉａ_offset3、Ｉｂ_offset3、Ｉｃ_offset3）を検出して、補正する。
次に、図２のオープンループＢ状態は、本発明方法ブロック１によるＤＣオフセット電圧の補正をおこなうもので、電圧ゼロ制限手段１０１を用いて２相／３相座標変換計算手段１８の出力の３相指令電圧Ｖａ^*、Ｖｂ^*、Ｖｃ^*をゼロに制限する。ゼロである３相指令電圧Ｖａ^*、Ｖｂ^*、Ｖｃ^*を、図５に示すようなＰＷＭゲートパルス発生器２０１により搬送波１９と比較して、ゲートパルスＧｕａ、Ｇｕｂ、Ｇｕｃ、Ｇｄａ、Ｇｄｂ、Ｇｄｃを発生し、ＰＷＭインバータ１２に入力してＡＣモータ１１を駆動する。ＡＣモータ１１はＤＣオフセット電圧成分によって作動することになる。
【０００８】
図３はＤＣオフセット電圧補正を行う制御ブロック図であり、ＤＣオフセット電流補正手段１０２では、３相電流検出器１３で検出した３相検出電流Ｉａｂｃ_fb（Ｉａ_fb、Ｉｂ_fb、Ｉｃ_fb）からＤＣオフセット電流Ｉａｂｃ_offset3（Ｉａ_offset3、Ｉｂ_offset3、Ｉｃ_offset3）を差し引いて検出電流に含まれたＤＣオフセット電流を補正して（ここまでは従来方法３の補正）、新しい３相検出電流Ｉａｂｃ_fb’（Ｉａ_fb’、Ｉｂ_fb’、Ｉｃ_fb’）を計算する。
第１のＤＣオフセット電流演算手段１０３では、計算した新しい３相検出電流からローパスフィルタを用いて第１のＤＣオフセット電流Ｉａｂｃ_offset1（本発明方法１によるＤＣオフセット電流の意で１を付している、Ｉａ_offset1、Ｉｂ_offset1、Ｉｃ_offset1）を計算する。この場合のオフセットＩａｂｃ_offset1は、ＰＷＭインバータに含まれたオフセット分である。
第１のＤＣオフセット電圧演算手段１０４では、第１のＤＣオフセット電流Ｉａｂｃ_offset1（Ｉａ_offset1、Ｉｂ_offset1、Ｉｃ_offset1）にＡＣモータのインピーダンスＲを乗じて、第１のＤＣオフセット電圧Ｖａｂｃ_offset1（Ｖａ_offset1、Ｖｂ_offset1、Ｖｃ_offset1）を計算する。
ＤＣオフセット電圧補正手段１０５では、第１のＤＣオフセット電圧Ｖａｂｃ_offset1を３相指令電圧Ｖａｂｃ^*（Ｖａ^*、Ｖｂ^*、Ｖｃ^*）から差し引いて、ＰＷＭインバータに含まれたＤＣオフセット電圧の補正を行う。
【０００９】
つぎに図４を参照して動作について説明する。
先ず、ＰＷＭゲートパルスを遮断したベースブロック状態で、電流検出器に含まれたＤＣオフセット電流を検出する（Ｓ１０１）。これは従来方法３によるＩａｂｃ_offset3に相当する。
電圧ゼロ制限手段１０１で次式（１）〜（３）のように３相指令電圧をゼロに制限する（Ｓ１０２）。
Ｖａ^*＝０・・・（１）
Ｖｂ^*＝０・・・（２）
Ｖｃ^*＝０・・・（３）
次に、ＤＣオフセット電流補正手段１０２により、電流検出器で検出した３相検出電流からＳ１０１で計算した第３のＤＣオフセット電流を差し引いて、新しい３相検出電流を計算する（Ｓ１０３）。
第１のＤＣオフセット電流演算手段１０３では、新しい３相検出電流からローパスフィルタを用いて、第１のＤＣオフセット電流を演算する（Ｓ１０４）。
第１のＤＣオフセット電圧演算手段１０４では、第１のＤＣオフセット電流とＡＣモータの抵抗値の情報から、式（４）〜（６）を用いて、第１のＤＣオフセット電圧を演算する（Ｓ１０５）。
Ｖａ_offset1＝Ｉａ_offset1×Ｒａ・・・（４）
Ｖｂ_offset1＝Ｉｂ_offset1×Ｒｂ・・・（５）
Ｖｃ_offset1＝Ｉｃ_offset1×Ｒｃ・・・（６）
最後に、ＤＣオフセット電圧補正手段１０５では、次式（７）〜（９）のように、第１のＤＣオフセット電圧を３相指令電圧から差し引いて、ＤＣオフセット電圧の補正を行う（Ｓ１０６）。
Ｖａ^*’＝Ｖａ^*−Ｖａ_offset1 ・・・（７）
Ｖｂ^*’＝Ｖｂ^*−Ｖｂ_offset1 ・・・（８）
Ｖｃ^*’＝Ｖｃ^*−Ｖｃ_offset1 ・・・（９）
このように、第１の実施の形態によれば、ＰＷＭインバータに含まれたＤＣオフセット電圧Ｖａｂｃ_offset1を補正できるので、トルクリップルは大幅に低減され、ＡＣモータの制御精度も向上する。
従って、ＡＣモータ駆動装置のＤＣオフセット補正は、第３のＤＣオフセット電流Ｉａｂｃ_offset3を３相検出電流Ｉａｂｃ_fbから差し引いてＤＣオフセット電流補正を行った検出電流Ｉａｂｃ’ｆｂを、電流指令から差し引いて比例積分ゲインを乗じて電圧指令を出力し、電圧指令Ｖａｂｃ^*からＤＣオフセット電圧Ｖａｂｃ_offset1を差し引いてＤＣオフセット電圧補正を行った、電圧指令Ｖａｂｃ^*’をＰＷＭインバータ１２に印加して、ＡＣモータ１１を駆動するという手順となる。
【００１０】
次に、本発明の第２の実施の形態について図を参照して説明する。図６は本発明の第２の実施の形態に係る３相個別電流制御によるＡＣモータの電流制御ブロック図である。図６において、２１は電気角検出手段１４により検出する電気角θｅと電流指令Ｉ* より３相電流指令Ｉａ* 、Ｉｂ* 、Ｉｃ* を出力する３相指令電流演算手段、１６−ｂは３相指令電流Ｉａ* 、Ｉｂ* 、Ｉｃ* から３相検出電流を差引いて３相電流誤差を計算する電流誤差演算手段、１７−ｂは３相電流誤差に比例積分ゲインを乗じて３相指令電圧Ｖａ* 、Ｖｂ* 、Ｖｃ* を計算する電流比例積分構成部である。その他の構成は図１と同じなので重複する説明は省略する。図６は、図１に示すｄｑ電流制御のＡＣモータとは異なり、座標変換手段を持たない３相個別電流制御のＡＣモータの例であるが、ＤＣオフセット電圧の補正は図１の場合と同じ動作で可能である。すなわち、図３に示すように、第３のＤＣオフセット電流Ｉａｂｃ_{o f f s e t 3}を３相検出電流Ｉａｂｃ_{f b}から差し引いて、新しい３相検出電流とし、それよりローパスフィルタにより第１のＤＣオフセット電流Ｉａｂｃ_{o f f s e t 1} を計算して、それにインピーダンスＲを乗じて第１のＤＣオフセット電圧Ｖａｂｃ_{o f f s e t 1} を計算した後に、３相電圧指令Ｖａｂｃ* から差し引き、ＤＣオフセット電圧補正を行うものである。図１のｄｑ電流制御と異なる点は、図１の場合は、第３のＤＣオフセット電流補正を行ってから、３相／２相座標変換計算手段１５により２相検出電流Ｉｑf b 、Ｉｄf b に変換して、電流誤差演算手段１６−ａにおいて２相電流誤差ΔＩｑ、ΔＩｄを計算するのに対し、図６の場合は、第３のＤＣオフセット電流補正を行ってから、直接、電流誤差演算手段１６−ａにおいて３相電流誤差ΔＩａ、ΔＩｂ、ΔＩｃを演算する。又、ＤＣオフセット電圧の補正は、図１の場合は、２相／３相座標変換計算手段１８の出力Ｖａ* 、Ｖｂ* 、Ｖｃ* に対し行われるのに対し、図６の場合は、電流比例積分構成部１７−ｂの出力Ｖａ* 、Ｖｂ* 、Ｖｃ* に対して行われる、点が異なるのみで、図１に示すｄｑ電流制御のＡＣモータ駆動装置も、図６に示す３相個別電流制御のＡＣモータ駆動装置の場合も、同様にＤＣオフセット電圧補正が可能で、トルクリップルの低減、制御精度の向上を図ることができる。
【００１１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電流検出器に含まれた第３のＤＣオフセット電流を補正した後に、ＰＷＭ電力変換手段に含まれた第１の電圧ＤＣオフセットを推定して補正するＤＣオフセット電圧の補正手段を備えた、ｄｑ電流制御または３相個別電流制御によるＡＣモータ駆動装置のＤＣオフセット補正方法において、３相指令電圧をゼロに制限する電圧ゼロ制限手段と、電流検出手段で検出した３相検出電流から第３のＤＣオフセット電流を差し引いて電流検出器に含まれたＤＣオフセット電流を補正して、新しい３相検出電流を計算するＤＣオフセット電流補正手段と、新しい３相検出電流からローパスフィルタを用いて第１のＤＣオフセット電流を計算する第１のＤＣオフセット電流演算手段と、第１のＤＣオフセット電流にＡＣモータのインピーダンスＲを乗じて第１のＤＣオフセット電圧を計算する第１のＤＣオフセット電圧演算手段と、第１のＤＣオフセット電圧を３相指令電圧から差し引くＤＣオフセット電圧補正手段とを備えてＤＣオフセットの補正を行うように構成したので、ＰＷＭインバータに含まれたＤＣオフセット電圧が除去でき、トルクリップルが更に低減されることで、ＡＣモータの制御精度を向上させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るｄｑ電流制御によるＡＣモータの電流制御ブロック図である。
【図２】図１に示すＡＣモータのＤＣオフセット補正の制御ループを示す図である。
【図３】図１に示すＡＣモータのＤＣオフセット補正の制御ブロック図である。
【図４】図３に示すＡＣモータのＤＣオフット補正動作のフローチャートである。
【図５】図１に示すＰＷＭインバータのゲートパルス発生器の制御ブロック図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る３相個別電流制御によるＡＣモータの電流制御ブロック図である。
【図７】従来のＡＣモータのＤＣオフセット電流補正の制御ブロック図である。
【符号の説明】
１１ＡＣモータ
１２ＰＷＭ電力変換手段（ＰＷＭインバータ）
１３３相電流検出手段
１４電気角検出手段
１５３相／２相座標変換計算手段
１６電流誤差演算手段
１７電流比例積分制御構成部
１８２相／３相座標変換計算手段
１９三角搬送波
２０直流電源
２１３相指令電流演算手段
１０１電圧ゼロ制限手段
１０２ＤＣオフセット電流補正手段
１０３第１のＤＣオフセット電流演算手段（ローパスフィルタ）
１０４第１のＤＣオフセット電圧演算手段
１０５ＤＣオフセット電圧補正手段
２０１ＰＷＭゲートパルス発生器
Ｖｑ^*、Ｖｄ^* ｄ軸ｑ軸の指令電圧
Ｖａｂｃ^* ａ相ｂ相ｃ相の指令電圧
Ｖａｂｃａ相ｂ相ｃ相のインバータ出力電圧
Ｖａｂｃ_offset1 第１のＤＣオフセット電圧
Ｉｑ^*、Ｉｄ^* ｄ軸ｑ軸の指令電流
Ｉｑ、Ｉｄｄ軸ｑ軸の実際電流
Ｉａｂｃａ相ｂ相ｃ相の実際電流
Ｉａｂｃ_offset3 第３のＤＣオフセット電流
Ｉａｂｃ_fb ３相検出電流
θ 検出電気角
ＲＡＣモータの抵抗（Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃ）

Claims

電圧指令に基づいてＡＣモータに駆動電流を供給するＰＷＭ電力変換手段と、前記駆動電流を検出する電流検出手段と、を備えたＡＣモータ駆動装置において、
前記電流検出手段の検出信号に含まれたＤＣオフセット電流を補正する手段と、
前記ＰＷＭ電力変換手段に含まれたＤＣオフセット電圧を補正する手段と、を備え、
前記ＤＣオフセット電流を補正する手段が、前記ＰＷＭ電力変換手段のベースブロック状態で前記ＤＣオフセット電流を検出し、更に、前記電圧指令がゼロ状態で前記電流検出手段の検出信号から前記ＤＣオフセット電流を減じて新たな電流検出信号を算出するものであり、
前記ＤＣオフセット電圧を補正する手段が、前記新たな電流検出信号をローパスフィルタに介した信号に、前記ＡＣモータのインピーダンス値を乗じて前記ＤＣオフセット電圧を算出し、更に、前記電圧指令から前記ＤＣオフセット電圧を減じて新たな電圧指令を算出するものである、ことを特徴とするＡＣモータ駆動装置。
電圧指令に基づいてＡＣモータに駆動電流を供給するＰＷＭ電力変換手段と、前記駆動電流を検出する電流検出手段と、を備えたＡＣモータ駆動装置のＤＣオフセット方法において、
前記電流検出手段の検出信号に含まれたＤＣオフセット電流を補正する処理をし、
前記ＰＷＭ電力変換手段に含まれたＤＣオフセット電圧を補正する処理をし、
前記ＤＣオフセット電流を補正する処理が、前記ＰＷＭ電力変換手段のベースブロック状態で前記ＤＣオフセット電流を検出し、更に、前記電圧指令がゼロ状態で前記電流検出手段の検出信号から前記ＤＣオフセット電流を減じて新たな電流検出信号を算出し、
前記ＤＣオフセット電圧を補正する処理が、前記新たな電流検出信号をローパスフィルタに介した信号に、前記ＡＣモータのインピーダンス値を乗じて前記ＤＣオフセット電圧を算出し、更に、前記電圧指令から前記ＤＣオフセット電圧を減じて新たな電圧指令を算出することを特徴とするＡＣモータ駆動装置のＤＣオフセット方法。