JP7111026B2 - Electric motor drive system and inverter control method in electric motor drive system - Google Patents
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Description
本発明は、インバータによって永久磁石同期電動機を駆動するシステムにおけるモータ制御方式に関する。 The present invention relates to a motor control method in a system in which a permanent magnet synchronous motor is driven by an inverter.
入力された三相交流電圧をレクティファイア(ダイオード整流器、PWMコンバータ、120°通流コンバータなど)で直流電圧に変換し、直流電圧をインバータによって所望の周波数、振幅の交流電圧として出力し、電動機を制御する電動機駆動系を考える。 The input three-phase AC voltage is converted to DC voltage by a rectifier (diode rectifier, PWM converter, 120° current converter, etc.), and the DC voltage is output as an AC voltage with a desired frequency and amplitude by an inverter, and the motor is operated. Consider a motor drive system to be controlled.
電動機が永久磁石同期電動機(Permanent Magnet Synchronous Motor;以下、PMSMと称することもある)である場合、負荷の変動がトルク振動を励起しやすいことが知られ、安定した駆動のために振動抑制制御が考案されてきた。 When the motor is a Permanent Magnet Synchronous Motor (hereinafter also referred to as PMSM), it is known that load fluctuations easily excite torque oscillations, and vibration suppression control is required for stable driving. has been devised.
また、PMSM制御方式の1つに、高速時の速度センサの精度、センサ故障リスク、部品コストの考慮を不要にでき、且つ簡易な実現法であるセンサレスV/f制御が存在する。こういった制御の例として特許文献1が提案されており、このセンサレスV/f制御においては検出電流を周波数指令や電圧指令にフィードバックして振動抑制を行っている。
Further, as one of the PMSM control methods, there is a sensorless V/f control which is a simple realization method that eliminates the need to consider speed sensor accuracy, sensor failure risk, and component cost at high speeds. As an example of such control,
また、レクティファイア、インバータ等の電力変換器によく用いられるパルス生成手法としてPWM(Pulse Width Modulation)方式が存在する。 Further, there is a PWM (Pulse Width Modulation) method as a pulse generation method often used in power converters such as rectifiers and inverters.
PWMは電圧ベクトルの適切な出力を容易に達成でき、演算負荷も大きくないため広く用いられている。上記センサレスV/f制御の例である特許文献1もPWMを前提としている。
PWM is widely used because it is easy to achieve a suitable output of voltage vectors and the computational load is not heavy.
しかし、PWMはキャリア周波数(自身のパルス生成周波数)基準で指令電圧を平均的に出力する方式であるため、必ずしも指令電圧の表現に最適なパルスを生成しない。この問題に対し、基本波周波数基準で指令電圧を適切に表現できる固定パルスパターンを予め算出しておくというパルス生成手法が提案されており、非特許文献1がその例である。 However, since PWM is a method of outputting a command voltage on average based on a carrier frequency (its own pulse generation frequency), it does not necessarily generate an optimum pulse for expressing the command voltage. To address this problem, a pulse generation method has been proposed in which a fixed pulse pattern that can appropriately express a command voltage based on the fundamental frequency is calculated in advance.
先行技術においては、固定パルスパターンによってPMSMを制御する場合の具体的な制御構成は提案されておらず、またその実装上の注意点について議論されていない。 In the prior art, no specific control configuration is proposed for controlling the PMSM with a fixed pulse pattern, nor is there any discussion of points to note in implementation.
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、固定パルスパターンを用いた永久磁石同期電動機の振動抑制制御を行うことができる電動機駆動システムおよび電動機駆動システムにおけるインバータ制御方法を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above points, and its object is to provide a motor drive system and an inverter control method in a motor drive system that can perform vibration suppression control of a permanent magnet synchronous motor using a fixed pulse pattern. to provide.
上記課題を解決するための請求項1に記載の電動機駆動システムは、
固定パルスパターンテーブルを有したパルスパターンテーブル参照部から出力されるゲート信号により制御されるインバータによって永久磁石同期電動機を駆動するシステムであって、
システムに設定入力される第一の速度指令と前記パルスパターンテーブル参照部に入力される第三の速度指令から第二の速度指令を出力する速度制御部と、
前記速度制御部から出力される第二の速度指令と前記永久磁石同期電動機に流れる電流を検出した検出電流と前記パルスパターンテーブル参照部から出力される位相を入力とし、永久磁石同期電動機の振動成分を求め、該振動成分の抑制制御を行い、前記第三の速度指令に対応する電圧と周波数の比で定義される変調率と、第三の速度指令と、を出力する振動抑制制御部と、を備え、
前記パルスパターンテーブル参照部は、前記振動抑制制御部から出力される変調率と第三の速度指令を入力とし、前記インバータの各半導体素子のゲート信号と前記第三の速度指令を積分した位相を出力することを特徴としている。
The electric motor drive system according to
A system for driving a permanent magnet synchronous motor by an inverter controlled by a gate signal output from a pulse pattern table reference unit having a fixed pulse pattern table,
a speed control unit that outputs a second speed command based on a first speed command that is set and input to the system and a third speed command that is input to the pulse pattern table reference unit;
A second speed command output from the speed control unit, a detected current obtained by detecting the current flowing in the permanent magnet synchronous motor, and a phase output from the pulse pattern table reference unit are input, and the vibration component of the permanent magnet synchronous motor is input. a vibration suppression control unit that performs suppression control of the vibration component and outputs a modulation rate defined by a ratio of voltage and frequency corresponding to the third speed command and a third speed command; with
The pulse pattern table reference unit receives as inputs the modulation rate and the third speed command output from the vibration suppression control unit, and calculates the phase obtained by integrating the gate signal of each semiconductor element of the inverter and the third speed command. It is characterized by outputting
また、請求項2に記載の電動機駆動システムは、請求項1において、
前記パルスパターンテーブル参照部は、
予め変調率および位相と、固定パルスパターンにより表現した電圧レベルとを対応付けてテーブル化したテーブルであって、前記振動抑制制御部から出力される変調率と、前記第三の速度指令を積分した位相を入力とし、該入力された変調率および位相に対応した電圧レベルが出力される固定パルスパターンテーブルと、
前記固定パルスパターンテーブルから出力される電圧レベルに基いて前記インバータの各半導体素子のゲート信号を生成するゲート生成部とを有し、
前記生成されたゲート信号および前記第三の速度指令を積分した位相を出力することを特徴としている。
Further, the electric motor drive system according to
The pulse pattern table reference unit
A table in which the modulation rate and the phase are associated with the voltage level expressed by the fixed pulse pattern in advance, and the modulation rate output from the vibration suppression control unit and the third speed command are integrated. a fixed pulse pattern table that receives a phase as an input and outputs a voltage level corresponding to the input modulation rate and phase;
a gate generator that generates a gate signal for each semiconductor element of the inverter based on the voltage level output from the fixed pulse pattern table;
It is characterized by outputting a phase obtained by integrating the generated gate signal and the third speed command.
また、請求項3に記載の電動機駆動システムは、請求項1又は2において、
前記パルスパターンテーブル参照部に入力される変調率を、前記振動抑制制御部からの変調率に代えて、前記第一の速度指令に対応する変調率としたことを特徴とする。
Further, the electric motor drive system according to
The modulation rate input to the pulse pattern table reference section is a modulation rate corresponding to the first speed command instead of the modulation rate from the vibration suppression control section.
また、請求項4に記載の電動機駆動システムは、請求項1又は2において、
前記パルスパターンテーブル参照部に入力される変調率を、前記振動抑制制御部からの変調率に代えて、前記第二の速度指令に対応する変調率としたことを特徴とする。
Further, the electric motor drive system according to
The modulation rate input to the pulse pattern table reference section is set to the modulation rate corresponding to the second speed command instead of the modulation rate from the vibration suppression control section.
また、請求項5に記載の電動機駆動システムは、請求項1から4のいずれか1項において、
前記振動抑制制御部は、
前記パルスパターンテーブル参照部から入力される位相によって前記検出電流をdq軸電流に変換する3相/2相変換部と、前記変換されたd軸電流又はq軸電流に振動抑制ゲインを乗じる振動抑制ゲイン部と、によって振動成分を求め、
前記求められた振動成分と前記入力された第二の速度指令との偏差をとることによって振動成分を抑制制御することを特徴としている。
Further, the electric motor drive system according to
The vibration suppression control unit is
a three-phase/two-phase conversion unit that converts the detected current into a dq-axis current according to the phase input from the pulse pattern table reference unit; and vibration suppression that multiplies the converted d-axis current or q-axis current by a vibration suppression gain. Obtain the vibration component by the gain section and
It is characterized in that suppression control of the vibration component is performed by obtaining a deviation between the obtained vibration component and the input second speed command.
また、請求項6に記載の電動機駆動システムにおけるインバータ制御方法は、
固定パルスパターンテーブルを有したパルスパターンテーブル参照部から出力されるゲート信号により制御されるインバータによって永久磁石同期電動機を駆動するシステムにおけるインバータ制御方法であって、
前記パルスパターンテーブル参照部は、予め変調率および位相と、固定パルスパターンにより表現した電圧レベルを対応付けてテーブル化したテーブルであって、振動抑制制御部から出力される変調率と、第三の速度指令を積分した位相を入力とし、該入力された変調率および位相に対応した電圧レベルが出力される固定パルスパターンテーブルを有し、
速度制御部が、前記パルスパターンテーブル参照部に入力される第三の速度指令を、システムに設定入力される第一の速度指令に追従させる制御を行って第二の速度指令を出力するステップと、
振動抑制制御部が、前記永久磁石同期電動機に流れる電流を検出した検出電流および前記パルスパターンテーブル参照部から出力される位相および速度制御部から出力される第二の速度指令を入力とし、永久磁石同期電動機の振動成分を求め、該振動成分の抑制制御を行い、第三の速度指令と、該第三の速度指令に対応する、電圧と周波数の比で定義される変調率とを出力するステップと、
パルスパターンテーブル参照部のゲート生成部が、前記固定パルスパターンテーブルから出力される電圧レベルに基いて前記インバータの各半導体素子のゲート信号を生成するステップと、
パルスパターンテーブル参照部が、前記第三の速度指令を積分した位相を出力するステップと、
パルスパターンテーブル参照部のゲート生成部が、前記生成したゲート信号を前記インバータに出力するステップと、を備えたことを特徴とする。
Further, the inverter control method in the electric motor drive system according to
An inverter control method in a system in which a permanent magnet synchronous motor is driven by an inverter controlled by a gate signal output from a pulse pattern table reference unit having a fixed pulse pattern table, comprising:
The pulse pattern table reference unit is a table in which the modulation rate and the phase are associated in advance with the voltage level expressed by the fixed pulse pattern, and the modulation rate output from the vibration suppression control unit and the third A fixed pulse pattern table that receives as input a phase obtained by integrating a speed command and outputs a voltage level corresponding to the input modulation rate and phase,
a step in which the speed control unit outputs a second speed command by controlling the third speed command input to the pulse pattern table reference unit to follow the first speed command set and input to the system; ,
A vibration suppression control unit receives, as inputs, a detected current obtained by detecting a current flowing through the permanent magnet synchronous motor, a phase output from the pulse pattern table reference unit, and a second speed command output from the speed control unit. A step of obtaining a vibration component of the synchronous motor, performing suppression control of the vibration component, and outputting a third speed command and a modulation factor defined by a ratio of voltage and frequency corresponding to the third speed command. When,
a step in which a gate generation unit of a pulse pattern table reference unit generates a gate signal for each semiconductor element of the inverter based on a voltage level output from the fixed pulse pattern table;
a step in which the pulse pattern table reference unit outputs a phase obtained by integrating the third speed command;
and a step of outputting the generated gate signal to the inverter by a gate generation unit of the pulse pattern table reference unit.
(1)請求項1~6に記載の発明によれば、固定パルスパターンを用いて永久磁石同期電動機を制御することを前提とした電動機駆動システムにおいて、永久磁石同期電動機の振動抑制制御を行うことができる。
(2)請求項3、4に記載の発明によれば、固定パルスパターンテーブルの出力電圧レベルが急激に変化することを避けることができる。
(3)請求項5に記載の発明によれば、求められた振動成分を、第二の速度指令側にフィードバックして振動抑制制御を行うことができる。
(1) According to the inventions described in
(2) According to the third and fourth aspects of the present invention, it is possible to avoid sudden changes in the output voltage level of the fixed pulse pattern table.
(3) According to the fifth aspect of the invention, the vibration suppression control can be performed by feeding back the obtained vibration component to the second speed command side.
本発明は、固定パルスパターンに基いて制御されるインバータによって永久磁石同期電動機を駆動する電動機駆動システムに適用されるものである。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is applied to a motor drive system that drives a permanent magnet synchronous motor with an inverter controlled based on a fixed pulse pattern.
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明するが、本発明は下記の実施形態例に限定されるものではない。尚、以下では、インバータの出力周波数がモータ回転数と比例することから、「電気角周波数」を「速度」と呼称することもある。これは、制御出力が常に電気的に実現されることを考慮し、本明細書中では、モータの回転数に極対数をかけた電気角周波数を速度に置き換えたものである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the following embodiment examples. In the following description, the "electrical angular frequency" may also be referred to as "speed" because the output frequency of the inverter is proportional to the number of revolutions of the motor. Considering that the control output is always electrically realized, in this specification, the electrical angular frequency obtained by multiplying the number of rotations of the motor by the pole logarithm is replaced with the speed.
図1は、インバータ40によって永久磁石同期電動機50を駆動する、本実施例1によるシステム構成図を示している。図1のシステムには、操作盤操作量などに基く第一の速度指令ω1が設定、入力される。
FIG. 1 shows a system configuration diagram according to the first embodiment, in which a permanent magnet
10は、入力された第一の速度指令ω1と後述の振動抑制制御部20から出力された第三の速度指令ω3(パルスパターンテーブル参照部30に入力される速度指令)とを比較し、ω3がω1に追従するように例えばPI(比例・積分)制御を行って第二の速度指令ω2を演算する速度制御部である。 10 compares the input first speed command ω1 with the third speed command ω3 output from the vibration suppression control unit 20 (described later) (speed command input to the pulse pattern table reference unit 30). is a speed control unit that performs, for example, PI (proportional/integral) control so as to follow ω1 to calculate the second speed command ω2.
20は、永久磁石同期電動機50に流れる電流を図示省略の変流器などによって検出した三相(U,V,W)の検出電流idetおよびパルスパターンテーブル参照部30から出力される位相θおよび速度制御部10から出力される第二の速度指令ω2を入力とし、例えば図2に示す構成によって永久磁石同期電動機50の振動成分を求め、該振動成分の抑制制御を行う振動抑制制御部である。
振動抑制制御部20の一例を示す図2において、21は、パルスパターンテーブル参照部30から入力された位相θによって、前記三相の検出電流idetをdq軸電流に座標変換して、例えばq軸電流iqを出力する3相/2相変換部である。
In FIG. 2 showing an example of the vibration
3相/2相変換部21から出力されたq軸電流iqは、ローパスフィルタ22に通すことによってノイズが除去された後、振動抑制ゲイン部23において振動抑制ゲインGvが乗算される。
The q-axis current iq output from the three-phase/two-
図2の回路では、前記3相/2相変換部21、ローパスフィルタ22、振動抑制ゲイン部23によって、永久磁石同期電動機50の振動成分を求めている。
In the circuit of FIG. 2, the vibration component of the permanent
24は、速度制御部10より入力された第二の速度指令ω2から振動抑制ゲイン23の出力(振動成分)を減算する減算器である。
A
減算器24の減算結果は第三の速度指令ω3として振動抑制制御部20から出力される。
The subtraction result of the
25は、電圧と速度(モータの回転数に極対数をかけた電気角周波数)の比、すなわち電圧と周波数の比率Gdを設定した比率乗算部である。減算器24の減算出力ω3に比率乗算部25の比率Gdが乗算されることにより、変調率dが出力される。
図1の30は、振動抑制制御部20から出力される変調率dおよび第三の速度指令ω3を入力とし、該変調率dおよび速度指令ω3に対応する電圧レベルを、後述する図3の固定パルスパターンテーブル32によって参照し、ゲート信号gおよび出力位相θを生成して出力するパルスパターンテーブル参照部である。
パルスパターンテーブル参照部30の詳細を示す図3において、31は、振動抑制制御部20から入力される第三の速度指令ω3を積分して出力位相θを出力する積分器である。
In FIG. 3 showing details of the pulse pattern
32は、予め、変調率および位相と、固定パルスパターンにより表現された電圧レベルを対応付けてテーブル化した固定パルスパターンテーブルであり、振動抑制制御部20からの変調率dと積分器31からの出力位相θを入力とし、それら変調率dおよび出力位相θに対応した電圧レベルLを参照結果として出力する。
33は、固定パルスパターンテーブル32から出力される電圧レベルLに基いて、インバータ40内の各半導体素子(図示省略)のゲート信号gを生成するゲート生成部である。
A
このゲート信号gはインバータ40に入力され、インバータ内の各半導体素子のスイッチングによりPMSM50に電圧が与えられ、PMSM50には電流が流れ、その電流はidetとして検出される。
This gate signal g is input to the
前記固定パルスパターンテーブル32にテーブル化される固定パルスパターンは、例えば非特許文献1の「大容量PWM整流器用の高調波規制に適合する最適な固定パルスパターの導出」の手法を用いて所望の固定パルスパターンを得ている。また、固定パルスパターンは、固定パルスパターンテーブル32において、出力位相θ、変調率dから参照して出力すべき電圧レベルLがわかるように事前にテーブル化が行われたものとする。
The fixed pulse patterns tabulated in the fixed pulse pattern table 32 are obtained by using the method of, for example,
上記のように構成された電動機駆動システムにおいて、まず、振動抑制制御の全体について説明する。 In the electric motor drive system configured as described above, first, the overall vibration suppression control will be described.
図1のシステム構成図において、振動抑制制御部20が主たる振動抑制を行う。振動抑制制御では、速度指令に補償項を加算することで振動抑制効果を得るため、プラント(PMSM50)の速度がシステムに入力された速度指令に収束できない問題が生じる。
In the system configuration diagram of FIG. 1, the vibration
これを解決するため、振動抑制制御部20による振動抑制補償後の速度指令ω3とシステム入力の速度指令ω1を比較し、システム入力に追従するためのPI制御を行う速度制御部10を設けている。速度制御部10の応答については、振動抑制制御部20よりも応答性を低く設定するものとし、応答性をあまり求めない場合は、I制御のみとしてもよい。
In order to solve this problem, the
以上のように振動抑制制御全体で速度指令は2回補正される。これを考慮して、システム入力の速度指令を第一の速度指令ω1、速度制御後の速度指令を第二の速度指令ω2、振動抑制制御後の速度指令を第三の速度指令ω3としている。 As described above, the speed command is corrected twice in the entire vibration suppression control. In consideration of this, the speed command of the system input is the first speed command ω1, the speed command after the speed control is the second speed command ω2, and the speed command after the vibration suppression control is the third speed command ω3.
次に、振動抑制制御とパルスパターンテーブル参照部30の周期について説明する。
Next, vibration suppression control and the cycle of the pulse pattern
振動抑制制御の周期は、電流の振動を観測できる程度の制御周期であればよい。また、パルスパターンテーブル参照部30は、事前生成したパルスパターンを適切に表現できる程度の制御周期であればよい。パルスパターンは通常、高調波抑制のために基本波の数倍~数十倍の周波数成分を考慮した位相で設定される。つまり、パルスパターンを適切に表現できる制御周期とは、速度指令範囲のうち最も高い周波数の数倍~数十倍の周波数を表現できる制御周期となる。速度指令範囲、高調波抑制精度の要求にもよるが、今回はパルスパターンテーブル参照部30の方が振動抑制制御部20よりも制御周期を短くする必要があるものとして扱う。
The cycle of vibration suppression control may be any control cycle that allows observation of current vibration. Further, the pulse pattern
出力位相θをより正確に得るため、周波数の積分演算は図3の積分器31に示すように制御周期の短いパルスパターンテーブル参照部30で行う。そして、θは正確な位相として振動抑制制御部20でも用いている。ただし、出力位相θか、検出電流idet、もしくはその両方が振動抑制制御に用いられるまでの遅れが制御性能に影響を与えることがある。このような場合は、遅れ時間ta・ω3を加算することで遅れ中に位相が回転する分をθに補償すればよい。
In order to obtain the output phase .theta. more accurately, the frequency integration operation is performed by the pulse pattern
すなわち、パルスパターンテーブル参照部30から出力される出力位相θ(積分器31の出力位相)にta・ω3を加算したθ+ta・ω3を、振動抑制制御部20の3相/2相変換部21に入力するように構成してもよい。
That is, θ+ta·ω3 obtained by adding ta·ω3 to the output phase θ (the output phase of the integrator 31) output from the pulse pattern
次に図2の振動抑制制御部20について説明する。
Next, the vibration
3相/2相変換部21において検出電流idetを座標変換することでdq軸上の電流が求められる。図2ではid,iqのうちiqのみを制御に用いている。この点に関しては、振動成分のフィードバックが主たる目的であるため、idや、検出トルク手段がある場合は検出トルクなど振動成分が現れる別の検出量をフィードバックしてもよい。
A current on the dq axis is obtained by coordinate-converting the detected current idet in the three-phase/two-
また、図2ではiqをω2にフィードバックすることで振動抑制を行っているが、ここでは図3の固定パルスパターンテーブル32の入力値に振動成分をフィードバックすることを目的としている。そのため、変調率dにフィードバックする、出力位相θにフィードバックするなど、固定パルスパターンテーブル32の入力値に反映される範囲内で別の対象にフィードバックする形態も許容される。 In FIG. 2, vibration is suppressed by feeding back iq to ω2, but the purpose here is to feed back the vibration component to the input value of the fixed pulse pattern table 32 in FIG. Therefore, a form of feedback to another target within the range reflected in the input value of the fixed pulse pattern table 32, such as feedback to the modulation factor d and feedback to the output phase θ, is also allowed.
すなわち、例えば振動成分検出量を変調率dにフィードバックする場合は、図2の減算器24を除去して第二の速度指令ω2をそのまま振動抑制制御部20の出力とし、振動抑制ゲイン部23の出力に、前記ゲイン乗算部25と同様の電圧と周波数の比率を設定した比率(Gd)を乗算して振動成分に対応する変調率を求め、該振動成分に対応する変調率と、第二の速度指令ω2にゲイン乗算部25の比率Gdを乗算して求めた変調率d(第二の速度指令に対応する変調率)との偏差を減算器でとり、その偏差出力を変調率として振動抑制制御部20から出力するものである。この場合、図1~図3のω3はω2として取り扱う。
That is, for example, when the vibration component detection amount is fed back to the modulation rate d, the
また、例えば振動成分検出量を出力位相θにフィードバックする場合は、図2の減算器24を除去して第二の速度指令ω2をそのまま振動抑制制御部20の出力とし、振動抑制ゲイン部23の出力を、前記積分器31と同様の積分器によって積分して振動成分に対応する位相を求め、該振動成分に対応する位相と、図3の積分器31から出力される出力位相θ(固定パルスパターンテーブル32に入力される位相θ)との偏差を減算器でとり、その偏差出力を出力位相θとして、固定パルスパターンテーブル32に入力するとともに、パルスパターンテーブル参照部30から出力するものである。この場合、図1~図3のω3はω2として取り扱う。
Further, for example, when the vibration component detection amount is fed back to the output phase θ, the
図2では、q軸電流iqをローパスフィルタ(LPF)22に通してノイズを減じている。ローパスフィルタ22は振動抑制制御について必須ではなく、フィルタを設けずiqを用いてもよい。しかし、固定パルスパターンでは、出力周波数に同期したスイッチングが行われるため適切な一定のサンプリング周期が存在せず、スイッチングノイズが振動抑制制御に影響することがある。そのためスイッチングノイズを除ける時定数のローパスフィルタ22を設けることで安定した制御を行うことができる。
In FIG. 2, the q-axis current iq is passed through a low-pass filter (LPF) 22 to reduce noise. The low-
振動抑制の強さは振動抑制ゲインGvで調節する。振動抑制ゲインGvは0以上の値であり、Gvが小さければ応答性が高く、振動抑制性能が低い、Gvが大きければ応答性が低く、振動抑制性能が高い制御となる。 The strength of vibration suppression is adjusted by the vibration suppression gain Gv. The vibration suppression gain Gv is a value equal to or greater than 0. If Gv is small, control is high in responsiveness and vibration suppression performance is low, and if Gv is large, control is low in response and high vibration suppression performance.
次に、変調率設定について説明する。 Next, the modulation factor setting will be explained.
図2の構成において、変調率dは、第三の速度指令ω3に比率Gdをかけて得られるが、変調率dによって固定パルスパターンテーブル32の出力値が変更されるため、急激な変化を避けるためω3ではなくω1、ω2を用いてもよい。 In the configuration of FIG. 2, the modulation factor d is obtained by multiplying the third speed command ω3 by the ratio Gd. Therefore, ω1 and ω2 may be used instead of ω3.
すなわち、第一の速度指令ω1を用いて変調率を求める場合は、図2の比率乗算部25を除去し、図1の第一の速度指令ω1に前記比率乗算部25と同様に設定した電圧と周波数の比率Gdを乗算して変調率dを生成し、その生成した変調率dを直接パルスパターンテーブル参照部30の固定パルスパターンテーブル32に入力するものである。
That is, when the modulation factor is obtained using the first speed command ω1, the
また、第二の速度指令ω2を用いて変調率を求める場合は、図2の比率乗算部25を減算器24の入力側に配設し、第二の速度指令ω2に比率乗算部25の比率Gdを乗算して変調率dを生成し、その生成した変調率dをパルスパターンテーブル参照部30の固定パルスパターンテーブル32に入力するものである。
When the modulation factor is obtained using the second speed command ω2, the
ただし、第一の速度指令ω1、第二の速度指令ω2から変調率dを生成した場合、出力位相θの生成に用いる速度指令ω3と変調率dが一定の比率であるとは限らない。つまり、変調率dとスイッチング周波数の対応が不明になるため、スイッチング回数に十分余裕をもって固定パルスパターンテーブル32を作成することが望ましい。 However, when the modulation factor d is generated from the first speed command ω1 and the second speed command ω2, the ratio between the speed command ω3 and the modulation factor d used to generate the output phase θ is not always constant. In other words, since the correspondence between the modulation factor d and the switching frequency becomes unknown, it is desirable to create the fixed pulse pattern table 32 with a sufficient margin for the number of switching times.
本実施例1における振動抑制制御の効果を確認するためのシミュレーションを行った結果を図4に示す。図4において(a)は速度、速度指令ω1~ω3の特性図、(b)は電動機トルクの特性図、(c)は0.4s付近の三相電圧の波形図、(d)は0.5s付近の三相電圧の波形図を示している。 FIG. 4 shows the result of a simulation for confirming the effect of the vibration suppression control in the first embodiment. 4, (a) is a characteristic diagram of speed and speed commands ω1 to ω3, (b) is a characteristic diagram of motor torque, (c) is a waveform diagram of three-phase voltage around 0.4 s, and (d) is a diagram of 0.4 s. The waveform diagram of the three-phase voltage around 5s is shown.
今回のシミュレーションにおいては、0.4sまで150Nm程度の一定負荷を与えておき、0.4s以降ステップ状に負荷を720Nm程度まで変化させている。システム入力である第一の速度指令ω1は860Hzに設定している。また、時間領域については振動抑制制御に関係のある領域のみ取り出している。 In this simulation, a constant load of about 150 Nm was applied until 0.4 seconds, and the load was changed stepwise up to about 720 Nm after 0.4 seconds. A first speed command ω1, which is a system input, is set to 860 Hz. As for the time domain, only the domain related to vibration suppression control is taken out.
図4(a)の速度のグラフから分かるように負荷の変動に対して第三の速度指令ω3を下げることで対処している。プラントの速度は回転数を電気的な周波数に換算したものであり、常にω3とほぼ一致している。第三の速度指令ω3が低下したため、速度制御部10の動作により第二の速度指令ω2は上昇していき、ω2の上昇に合わせてω3は上昇し、ω3がω1に一致することが分かる。
As can be seen from the speed graph in FIG. 4(a), load fluctuations are dealt with by lowering the third speed command ω3. The plant speed is the number of revolutions converted into an electrical frequency, and is always approximately the same as ω3. Since the third speed command ω3 has decreased, the
図4(b)の電動機トルクのグラフでは上昇時に多少の振動成分が見られるものの、オーバーシュートなく負荷変動に追従できていることが分かる。トルクの定常時において断続的にトルクリプルの大きくなる期間があるが、これはパルスパターン切替にともなう衝撃である。 In the graph of the motor torque in FIG. 4(b), it can be seen that the load fluctuation can be followed without overshooting, although some vibration components can be seen during the rise. When the torque is steady, there is a period in which the torque ripple intermittently increases, which is an impact due to pulse pattern switching.
図4(c)、(d)の三相電圧のグラフは、このシミュレーションが固定パルスパターンで行われていることを示すものである。図4(c)、(d)のレベル点線と出力電圧値が必ずしも一致しないのは、直流電圧変動、及び出力フィルタの存在が原因である。図4(c)に示す0.4sの負荷変動前と図4(d)に示す0.5sの負荷変動後でパルスパターンが変わっていることが分かる。 The three-phase voltage graphs of FIGS. 4(c) and (d) show that this simulation is performed with a fixed pulse pattern. The reason why the dotted level lines in FIGS. 4(c) and 4(d) do not always match the output voltage value is that the DC voltage fluctuates and the presence of the output filter. It can be seen that the pulse pattern changes before the load change of 0.4 s shown in FIG. 4(c) and after the load change of 0.5 s shown in FIG. 4(d).
すなわち、0.4sで一定負荷から負荷変動に変わって第三の速度指令ω3が低下すると変調率dが変更され、固定パルスパターンテーブル32の出力電圧レベルLが下ったため、インバータ出力の三相電圧が図4(c)から図4(d)に変わっている。 That is, when the constant load changes to load fluctuation at 0.4 s and the third speed command ω3 decreases, the modulation factor d is changed, and the output voltage level L of the fixed pulse pattern table 32 decreases. has changed from FIG. 4(c) to FIG. 4(d).
10…速度制御部
20…振動抑制制御部
21…3相/2相変換部
22…ローパスフィルタ
23…振動抑制ゲイン部
24…減算器
25…比率乗算部
30…パルスパターンテーブル参照部
31…積分器
32…固定パルスパターンテーブル
33…ゲート生成部
40…インバータ
50…永久磁石同期電動機
DESCRIPTION OF
Claims (6)
システムに設定入力される第一の速度指令と前記パルスパターンテーブル参照部に入力される第三の速度指令から第二の速度指令を出力する速度制御部と、
前記速度制御部から出力される第二の速度指令と前記永久磁石同期電動機に流れる電流を検出した検出電流と前記パルスパターンテーブル参照部から出力される位相を入力とし、永久磁石同期電動機の振動成分を求め、該振動成分の抑制制御を行い、前記第三の速度指令に対応する電圧と周波数の比で定義される変調率と、第三の速度指令と、を出力する振動抑制制御部と、を備え、
前記パルスパターンテーブル参照部は、前記振動抑制制御部から出力される変調率と第三の速度指令を入力とし、前記インバータの各半導体素子のゲート信号と前記第三の速度指令を積分した位相を出力することを特徴とする電動機駆動システム。 A system for driving a permanent magnet synchronous motor by an inverter controlled by a gate signal output from a pulse pattern table reference unit having a fixed pulse pattern table,
a speed control unit that outputs a second speed command based on a first speed command that is set and input to the system and a third speed command that is input to the pulse pattern table reference unit;
A second speed command output from the speed control unit, a detected current obtained by detecting the current flowing in the permanent magnet synchronous motor, and a phase output from the pulse pattern table reference unit are input, and the vibration component of the permanent magnet synchronous motor is input. a vibration suppression control unit that performs suppression control of the vibration component and outputs a modulation rate defined by a ratio of voltage and frequency corresponding to the third speed command and a third speed command; with
The pulse pattern table reference unit receives as inputs the modulation rate and the third speed command output from the vibration suppression control unit, and calculates the phase obtained by integrating the gate signal of each semiconductor element of the inverter and the third speed command. An electric motor drive system characterized by outputting.
予め変調率および位相と、固定パルスパターンにより表現した電圧レベルとを対応付けてテーブル化したテーブルであって、前記振動抑制制御部から出力される変調率と、前記第三の速度指令を積分した位相を入力とし、該入力された変調率および位相に対応した電圧レベルが出力される固定パルスパターンテーブルと、
前記固定パルスパターンテーブルから出力される電圧レベルに基いて前記インバータの各半導体素子のゲート信号を生成するゲート生成部とを有し、
前記生成されたゲート信号および前記第三の速度指令を積分した位相を出力することを特徴とする請求項1に記載の電動機駆動システム。 The pulse pattern table reference unit
A table in which the modulation rate and the phase are associated with the voltage level expressed by the fixed pulse pattern in advance, and the modulation rate output from the vibration suppression control unit and the third speed command are integrated. a fixed pulse pattern table that receives a phase as an input and outputs a voltage level corresponding to the input modulation rate and phase;
a gate generator that generates a gate signal for each semiconductor element of the inverter based on the voltage level output from the fixed pulse pattern table;
2. The motor drive system according to claim 1, wherein a phase obtained by integrating said generated gate signal and said third speed command is output.
前記パルスパターンテーブル参照部から入力される位相によって前記検出電流をdq軸電流に変換する3相/2相変換部と、前記変換されたd軸電流又はq軸電流に振動抑制ゲインを乗じる振動抑制ゲイン部と、によって振動成分を求め、
前記求められた振動成分と前記入力された第二の速度指令との偏差をとることによって振動成分を抑制制御することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の電動機駆動システム。 The vibration suppression control unit is
a three-phase/two-phase conversion unit that converts the detected current into a dq-axis current according to the phase input from the pulse pattern table reference unit; and vibration suppression that multiplies the converted d-axis current or q-axis current by a vibration suppression gain. Obtain the vibration component by the gain section and
5. The electric motor drive system according to any one of claims 1 to 4, wherein suppression control of the vibration component is performed by obtaining a deviation between the obtained vibration component and the input second speed command. .
前記パルスパターンテーブル参照部は、予め変調率および位相と、固定パルスパターンにより表現した電圧レベルを対応付けてテーブル化したテーブルであって、振動抑制制御部から出力される変調率と、第三の速度指令を積分した位相を入力とし、該入力された変調率および位相に対応した電圧レベルが出力される固定パルスパターンテーブルを有し、
速度制御部が、前記パルスパターンテーブル参照部に入力される第三の速度指令を、システムに設定入力される第一の速度指令に追従させる制御を行って第二の速度指令を出力するステップと、
振動抑制制御部が、前記永久磁石同期電動機に流れる電流を検出した検出電流および前記パルスパターンテーブル参照部から出力される位相および速度制御部から出力される第二の速度指令を入力とし、永久磁石同期電動機の振動成分を求め、該振動成分の抑制制御を行い、第三の速度指令と、該第三の速度指令に対応する、電圧と周波数の比で定義される変調率とを出力するステップと、
パルスパターンテーブル参照部のゲート生成部が、前記固定パルスパターンテーブルから出力される電圧レベルに基いて前記インバータの各半導体素子のゲート信号を生成するステップと、
パルスパターンテーブル参照部が、前記第三の速度指令を積分した位相を出力するステップと、
パルスパターンテーブル参照部のゲート生成部が、前記生成したゲート信号を前記インバータに出力するステップと、を備えたことを特徴とする電動機駆動システムにおけるインバータ制御方法。 An inverter control method in a system in which a permanent magnet synchronous motor is driven by an inverter controlled by a gate signal output from a pulse pattern table reference unit having a fixed pulse pattern table, comprising:
The pulse pattern table reference unit is a table in which the modulation rate and the phase are associated in advance with the voltage level expressed by the fixed pulse pattern, and the modulation rate output from the vibration suppression control unit and the third A fixed pulse pattern table that receives as input a phase obtained by integrating a speed command and outputs a voltage level corresponding to the input modulation rate and phase,
a step in which the speed control unit outputs a second speed command by controlling the third speed command input to the pulse pattern table reference unit to follow the first speed command set and input to the system; ,
A vibration suppression control unit receives, as inputs, a detected current obtained by detecting a current flowing through the permanent magnet synchronous motor, a phase output from the pulse pattern table reference unit, and a second speed command output from the speed control unit. A step of obtaining a vibration component of the synchronous motor, performing suppression control of the vibration component, and outputting a third speed command and a modulation factor defined by a ratio of voltage and frequency corresponding to the third speed command. When,
a step in which a gate generation unit of a pulse pattern table reference unit generates a gate signal for each semiconductor element of the inverter based on a voltage level output from the fixed pulse pattern table;
a step in which the pulse pattern table reference unit outputs a phase obtained by integrating the third speed command;
and a step of outputting the generated gate signal to the inverter by a gate generation unit of a pulse pattern table reference unit.
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