JP2005143278A - 速度センサレスベクトル制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 速度演算部11は、指令Q軸電流isqrefとQ軸電流isqとを一致させるように回転子速度ωrを推定し、すべり周波数演算部12は、Q軸電流isqを用いてすべり周波数ωslipを推定する。電圧指令演算部15は、定常状態の電圧方程式に基づいて指令D軸電圧vsdrefと指令Q軸電圧vsqrefを演算し、電圧指令補正部34は、指令D軸電流isdref、D軸電流isdおよびQ軸電流isqを用いて、指令D軸電圧vsdrefと指令Q軸電圧vsqrefを補正する。位相誤差演算部35は、二次磁束軸とD軸との誤差量を推定演算し、軸ずれを位相の次元で補正する。
【選択図】 図1
Description
さらに、非特許文献5においては、一次周波数を推定し一次電圧指令値にトルク電流検出値を用いる非特許文献3、4の方式に対し、回転子速度を推定し、一次電流指令値にQ軸電流指令値を用いる方式を提案している。両方式に対し安定性の解析を行い、高速運転域での安定性が向上することを示している。
石田、岩田、「回転子みぞ高調波を利用した誘導電動機速度制御法」、電気学会論文誌B、昭和58年8月、第103巻、第8号、p.48−54 大谷、渡辺、高崎、高田、「ベクトル制御による誘導電動機の速度センサレスドライブ」、電気学会論文誌D、昭和62年2月、第107巻、第2号、p.199−206 奥山、藤本、松井、久保田、「誘導電動機の速度・電圧センサレスベクトル制御法」、電気学会論文誌D、昭和62年2月、第107巻、第2号、p.191−197 奥山、藤本、藤井、「速度・電圧センサレスベクトル制御における制御定数設定誤差の影響とその補償法」、電気学会論文誌D、平成2年5月、第110巻、第5号、p.477−485 関根、津田、深尾、「高速誘導機の速度センサレスベクトル制御」、電気学会半導体電力変換研究会資料SPC−89−6(1989)、平成元年6月、p.49−57
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、速度センサを用いずに誘導電動機を駆動するものであって、モータパラメータの設定誤差に対しロバストである速度センサレスベクトル制御装置を提供することにある。
前記センサレスベクトル制御手段は、
前記誘導電動機の相電流を検出する電流検出手段と、
この電流検出手段により検出された相電流に基づいてD軸電流とQ軸電流とを演算するDQ軸電流演算手段と、
指令Q軸電流と前記DQ軸電流演算手段により演算されたQ軸電流とを一致させるように回転子速度を演算する回転子速度演算手段と、
指令D軸電流またはD軸電流、指令Q軸電流またはQ軸電流、および前記インバータの周波数に基づいて、指令D軸電圧と指令Q軸電圧を演算するDQ軸電圧指令演算手段と、
前記誘導電動機の二次磁束軸とD軸との誤差量を推定する軸ずれ量演算手段と、
この軸ずれ量演算手段により推定された前記誘導電動機の二次磁束とD軸との誤差量に基づいて、前記インバータの周波数または電圧指令位相を補正する軸ずれ補正演算手段と、
前記指令D軸電流、D軸電流、および指令Q軸電流またはQ軸電流を用いて、前記指令D軸電圧と指令Q軸電圧を補正する電圧指令補正手段とを具備したことを特徴とする。
以下、本発明の第1の実施形態について図1ないし図8を参照しながら説明する。
以下の説明において、Rs、Rr(またはR2)、Ls、Lr(またはL2)、M、σは、それぞれモータの一次抵抗、二次抵抗、一次インダクタンス、二次インダクタンス、相互インダクタンス、漏れ係数を表しており、pは微分演算子を表している。
座標変換部8(DQ軸電流演算手段に相当)は、相電流iu、iwを入力として3相−2相変換と回転座標変換とを行い、D軸電流isdとQ軸電流isqを出力するようになっている。同様に、座標変換部9は、後述する指令D軸電圧vsdrefと指令Q軸電圧vsqrefを入力として回転座標変換と2相−3相変換とを行い、指令U相電圧vuref、指令V相電圧vvref、指令W相電圧vwrefを出力するようになっている。
はじめに、速度ωr、すべり周波数ωslip、一次周波数ωstat、指令D軸電圧vsdref、指令Q軸電圧vsqrefの演算について説明する。
制御対象である誘導電動機(モータ5)の電圧方程式は、以下に示す(1)式のようになる。
次に、一次抵抗設定値に誤差が存在する場合についての制御方法を導出する。まず、理想状態における各状態変数量にアスタリスクを付して表すと、(7)式に基づいて次の(15)式から(18)式が得られる。この理想状態において、(13)式、(14)式により得られる指令電圧は、(15)式、(16)式により得られる電圧と等しい。
それでは、(28)式に含まれる一次抵抗設定値の実際値に対する誤差をどのように検出するかを検討する。ベクトル制御部22で得られる情報は、一次電流すなわちD軸電流の検出値isdと、Q軸電流の検出値isqである。このうちQ軸電流isqについては指令Q軸電流isqrefとの偏差をPI演算して速度推定を行っているので、制御誤差として用いることのできる情報は、D軸電流isdの指令D軸電流isdrefに対する誤差である。
[図2]…条件1
一次抵抗設定値Rs-set=0.6Rs、負荷トルク 回生120%〜力行120%
[図3]…条件2
一次抵抗設定値Rs-set=1.4Rs、負荷トルク 回生120%〜力行120%
[図4]…条件3
負荷トルク 力行負荷100%、一次抵抗の設定値 0.6Rs〜1.4Rs
[図5]…条件4
負荷トルク 回生負荷100%、一次抵抗の設定値 0.6Rs〜1.4Rs
そこで、まず図6(b)のような軸ずれが生じたときの[isd isq]Tと[ism ist]Tとの関係について説明する。上述した誤差要因により、[isd isq]Tと[ism ist]Tとが一致している図6(a)の状態から図6(b)の状態(Δθ<0)に軸ずれが生じたとき、電流の大きさの変化が微小であると仮定し、電流の変化を無視すると[isd isq]Tと[ism ist]Tは以下の(38)式のように表せる。
ベクトルを示す図7(a)において、一次電流はベクトルOBである。このときの二次磁束の方向(M軸)は、仮にモータ5の二次磁束の大きさが変化しないとすれば、点Bから原点Oを中心とする半径isdref(指令D軸電流)の円に接線を引いたときの接点をFとしたとき、ベクトルOFの方向であると考察される。従って、二次磁束軸とD軸との誤差Δθは、図6(b)の定義に従うと負の値であることが分かる。
ベクトルを示す図7(b)において、一次電流はベクトルOBである。このときの二次磁束の方向(M軸)は、仮にモータ5の二次磁束の大きさが変化しないとすれば、点Bから原点Oを中心とする半径isdref(指令D軸電流)の円に接線を引いたときの接点をFとしたとき、ベクトルOFの方向であると考察される。従って、二次磁束軸とD軸との誤差Δθは、図6(b)の定義に従うと正の値であることが分かる。
ベクトルを示す図8(a)において、一次電流はベクトルOBである。このときの二次磁束の方向(M軸)は、仮にモータ5の二次磁束の大きさが変化しないとすれば、点Bから原点Oを中心とする半径isdref(指令D軸電流)の円に接線を引いたときの接点をFとしたとき、ベクトルOFの方向であると考察される。従って、二次磁束軸とD軸との誤差Δθは、図6(b)の定義に従うと正の値であることが分かる。
ベクトルを示す図8(b)において、一次電流はベクトルOBである。このときの二次磁束の方向(M軸)は、仮にモータ5の二次磁束の大きさが変化しないとすれば、点Bから原点Oを中心とする半径isdref(指令D軸電流)の円に接線を引いたときの接点をFとしたとき、ベクトルOFの方向であると考察される。従って、二次磁束軸とD軸との誤差Δθは、図6(b)の定義に従うと負の値であることが分かる。
(1)力行状態で、指令D軸電流isdrefよりD軸電流isdが大きい場合
(2)回生状態で、指令D軸電流isdrefよりD軸電流isdが大きい場合
(3)力行状態で、指令D軸電流isdrefよりD軸電流isdが小さい場合
(ただし、図8(a)において|Is|>isdrefのときに限る)
(4)回生状態で、指令D軸電流isdrefよりD軸電流isdが小さい場合
(ただし、図8(b)において|Is|>isdrefのときに限る)
において、Δθの情報を制御軸(DQ座標軸)における状態量すなわち指令D軸電流isdref、D軸電流isdおよびQ軸電流isqから推定する方法は、以下の(62)式、(63)式のように求められる。
次に、本発明の第2の実施形態について図9および図10を参照しながら説明する。
図9は、速度センサレスベクトル制御装置の構成を機能ブロックにより示したもので、図1と同一構成部分には同一符号を付して示している。この図9に示すセンサレスベクトル制御装置36のベクトル制御部37(センサレスベクトル制御手段に相当)は、図1に示すセンサレスベクトル制御装置21のベクトル制御部22と比較して、モータ5の二次磁束軸とD軸との誤差量を周波数ωcompとして推定し補正する点が異なっている。
なお、本発明は上記し且つ図面に示す各実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のように変形または拡張が可能である。
位相誤差演算部35は、指令D軸電流isdref、D軸電流isdおよび指令Q軸電流isqrefを入力とし、(64)式または(71)式のQ軸電流isqを指令Q軸電流isqrefに置き換えて補正位相Δθを演算し、軸ずれ補正を行うように構成してもよい。同様に、周波数誤差演算部38は、指令D軸電流isdref、D軸電流isdおよび指令Q軸電流isqrefを入力とし、(72)式または(81)式のQ軸電流isqを指令Q軸電流isqrefに置き換えて補正周波数ωcompを演算し、軸ずれ補正を行うように構成してもよい。
Claims (7)
- 誘導電動機を駆動するインバータと、速度検出器を用いることなくD軸とQ軸とからなるDQ軸直交座標系上でD軸が前記誘導電動機の二次磁束軸に一致するように当該誘導電動機を駆動制御するセンサレスベクトル制御手段とを備えた速度センサレスベクトル制御装置において、
前記センサレスベクトル制御手段は、
前記誘導電動機の相電流を検出する電流検出手段と、
この電流検出手段により検出された相電流に基づいてD軸電流とQ軸電流とを演算するDQ軸電流演算手段と、
指令Q軸電流と前記DQ軸電流演算手段により演算されたQ軸電流とを一致させるように回転子速度を演算する回転子速度演算手段と、
指令D軸電流またはD軸電流、指令Q軸電流またはQ軸電流、および前記インバータの周波数に基づいて、指令D軸電圧と指令Q軸電圧を演算するDQ軸電圧指令演算手段と、
前記誘導電動機の二次磁束軸とD軸との誤差量を推定する軸ずれ量演算手段と、
この軸ずれ量演算手段により推定された前記誘導電動機の二次磁束とD軸との誤差量に基づいて、前記インバータの周波数または電圧指令位相を補正する軸ずれ補正演算手段と、
前記指令D軸電流、D軸電流、および指令Q軸電流またはQ軸電流を用いて、前記指令D軸電圧と指令Q軸電圧を補正する電圧指令補正手段とを具備したことを特徴とする速度センサレスベクトル制御装置。 - 前記軸ずれ量演算手段は、前記指令D軸電流、D軸電流、指令Q軸電流またはQ軸電流を用いて、前記誘導電動機の二次磁束軸とD軸との誤差量を位相として推定する位相誤差演算手段からなり、
前記軸ずれ補正演算手段は、前記位相誤差演算手段により得られた前記誘導電動機の二次磁束軸とD軸との位相誤差量を前記インバータの出力電圧の位相の次元で補正する位相補正手段からなることを特徴とする請求項1記載の速度センサレスベクトル制御装置。 - 前記軸ずれ量演算手段は、前記指令D軸電流と、D軸電流、指令Q軸電流またはQ軸電流を用いて、誘導電動機の二次磁束軸とD軸との誤差量を周波数として推定する周波数誤差演算手段からなり、
前記軸ずれ補正演算手段は、前記周波数誤差演算手段により得られた誘導電動機の二次磁束軸とD軸との周波数誤差量をインバータ出力電圧の周波数の次元で補正する周波数補正手段からなることを特徴とする請求項1記載の速度センサレスベクトル制御装置。
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