JP2006109635A - 電力変換制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 速度制御部1でモータ回転速度の電流指示値wr*と実速との差より電流指示値ir*を求め、電流制御部2が電流指示値ir*で指示された電流をPMモータ9に流すに必要な電圧指示値aを、加算器5〜インバータ8を介してPMモータ9ヘ与え、同時に数学的モータモデルより推定した電流推定値を生成する。減算器3でモータ電流実測値と電流推定値との誤差を求め、FB制御部4がゲイン・積分演算で、その誤差を補正する電圧指示値bを生成する。加算器5で電圧指示値bとaとを加算し、この結果をUVW変換部6で3相分の電圧指令値に変換し、ゲート信号部7がその電圧指令値に基づき相毎のスイッチングパターン信号を生成し、インバータ8がそのパターンに従ったスイッチング動作にてPMモータ9の各相へ電圧を印加して電流を流す。
【選択図】 図1
Description
これらの制御方法は、有限制御サイクルにて制御対象システムを目標位置に持っていくことができるが、ロバスト性が極めて低く、外乱に弱いということが非特許文献1において指摘されている。
また、非特許文献1において、終端状態制御方式をフィードフォワード制御に適用した2自由度制御方式を位置決め適用するという提案がなされている。終端状態制御は、磁気ディスクドライブのシーク制御などの位置決め動作において位置指令のステップ応答に対して終点で残留振動を全く残さない精度のよい位置決め制御が可能となっている。
m×1の制御入力ベクトルuを受けるn次元の線形離散システムは次式(1)のように表される。
x(i+1)=Ax(i)+Bu(j) …(1)
ここで初期値をx(0)とする。システムの固有振動より十分大きなサンプリング周波数を1/Tとし、目標時間をNTとすると、入力u(0),u(1),…,u(N−1)によって到達するシステムの状態は、
x(N)=AN×(0)+U0u …(2)
と表せる。但し、
U0=[AN−1B:AN−2B:…:B],(n×mN)
u=col{u(0),u(1),…,u(N−1)}、(mN×1) …(3)
である。目標時間における状態x(N)が目標状態x0と一致するので、
U0u=y0=x0−ANx(0) …(4)
を満たす入力uをシステムに与えたとき、そのシステムは目標時間NTで目標状態x0に到達する。今、入力uに対する時系列的重みを指定する行列M
M=diag{M(0),M(1),…,M(N−1)}、(mN×mN) …(5)
として、Mに関するuの2乗ノルムを最小とする解は次式で与えられる。
u=M−1U0 TG0 −1y0 …(6)
但し、
G0=U0M−1U0 T,(n×n)…(7)
である。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、与えられた指令値に対して定められた時間で、最小電力により、指令値の変化にも追従することができる電力変換制御装置を提供することを目的としている。
この構成によれば、差分値保持手段毎の掛算の係数を負荷の数学モデルを用いて求めるので、負荷の制御値を正確に求めることができる。
この構成によれば、負荷数学モデルの応答信号と実負荷の応答信号との誤差を、比例・積分・微分演算手段又は比例・積分演算手段へ入力し、この入力に応じて演算された値を前記電力変換装置への出力電圧に加算するので、より正確に誤差を無くす方向に追従することができる。
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る電流制御が行われる電力変換制御装置の一例である速度制御サーボシステムの構成を示すブロック図である。
この図1に示す速度制御サーボシステムは、速度制御部1と、電流制御部2と、減算器3と、FB(フィードバック)制御部4と、加算器5と、UVW変換部6と、ゲート信号部7と、インバータ8と、PM(Permanent magnet motor)モータ9と、A/D(Analog/Digital)変換部10と、座標変換部11と、位置検出部12とを備えて構成されている。
電流制御部2は、そのモータ電流指示値ir*によって指示された電流をPMモータ9に流すために必要な電圧指示値aを、加算器5〜インバータ8を介してPMモータ9ヘ与える。これと同時に、電流制御部2は、内部に保持するモータモデルより推定したモータ電流推定値を生成し、これを減算器3のプラス入力側に入力する。
ゲート信号部7では、そのUVW3相分の電圧指令値に基づき、相毎のPWM(パルス幅変調)スイッチングパターンを生成し、インバータ8ヘゲート信号として与える。インバータ8は、その与えられたゲート信号に従ってスイッチング動作を行い、この動作によってPMモータ9の各相へ電圧を印加することにより電流を流す。
PMモータ9に付加された位置検出部12は、PMモータ9の回転位置を検出する。この回転位置情報は速度制御部1へ入力され、ここで、前回と今回との情報の差分処理が施されることによりモータ速度が演算される。
電流制御部2は、図2に示すように、終端状態制御値生成部21と、システム状態推定部22とを備えて構成されている。終端状態制御値生成部21は、入力された電流指示値ir*よりPMモータ9に流れる電流がその値へ一定の制御サイクル後に到達するような電圧制御値aを時系列的に生成する。
また、終端状態制御値生成部21は、図3に示すように、偏差検出部31と、制御値生成部32と、最終値保持部33とを備えて構成されている。偏差検出部31は、遅延回路(Z−1)34で保持された前回の電流指示値と現在の電流指示値との差を減算器35で求めて検出する。即ち、遅延回路34は、制御サイクル1回分の遅延を行うために前回値を保持するようになっている。
最終値保持部33は、偏差検出部31で検出した電流指示値の変化分を積算する。っまり、電流指示値が変化してからN回の制御サイクル後に電流指示値と同じ値を保持し、モータ電流を定常的にその指示値と同じにするために必要な係数vFを乗算した電圧指示値を生成する。
このような速度制御サーボシステムによれば、電流指令値の変化分に対して駆動電力最小で制御する時系列制御値を生成するように構成したので、電流指令値の刻々の変化に対して最小電力で追従することが可能である。
また、電流指令値に対して生成される電圧制御値が時系列的に設定されているので、電流指令値を受け取った時点で電圧制御値の最大値を知ることができ、装置の物理的制限を越える制御動作を行うことを事前に検知して防止することができる。
図8は、本発明の第2の実施の形態に係る電圧制御が行われる電力変換制御装置の一例である電源装置の構成を示すブロック図である。
この図1に示す電源装置は、電圧制御部81と、減算器82と、FB制御部83と、加算器84と、ゲート信号部85と、インバータ86と、出力フィルタ87と、電圧検出部88とを備えて構成されている。
FB制御部83は、電圧誤差に対してPI演算を行い、誤差補正のためのフィードバック制御側電圧指示値bを生成する。電圧指示値aと電圧指示値bは加算器84で加算され、電圧指令値としてゲート信号部85に入力される。
図9は、出力フィルタ87の1相分の簡略な等価回路例を示す。出力フィルタ87は、インダクタ(L)91の直列回路に、抵抗器(R)92とコンデンサ(C)93の直列回路が並列に接続された構成である。これを上式(1)に当てはめると下式(8)のようになる。
また、電圧指令値に対して生成される電圧制御値が時系列的に設定されているので、電圧指令値を受け取った時点で電圧制御値の最大値を知ることができ、装置の物理的制限を越える制御動作を行うことを事前に検知して防止することができる。
2 電流制御部
3,35,82 減算器
4 FB制御部
5,84 加算器
6 UVW変換部
7 ゲート信号部
8 インバータ
9 PMモータ
10 A/D変換部
11 座標変換部
12 位置検出部
21 終端状態制御値生成部
22 システム状態推定部
31 偏差検出部
32 制御値生成部
33 最終値保持部
34 遅延回路
41 ダイオード整流器
42 インダクタ
43,93 コンデンサ
44 インバータ主回路
62,91 インダクタ
61,92 抵抗器
81 電圧制御部
83 FB制御部
85 ゲート信号部
86 インバータ
87 出力フィルタ
88 電圧検出部
Claims (3)
- 電力変換装置の負荷に印加される電圧或いは当該負荷を流れる電流を、指令値に対して一定の時間間隔毎に電力変換装置の出力電圧が変化するように追従制御を行う電力変換制御装置において、
前記指令値の前回値を保持して今回値との差分を取る偏差検出手段と、
前記偏差検出手段で検出された差分値を、一定時間間隔で順送りし、当該順送りの都度保持する任意段数の差分値保持手段と、
前記差分値保持手段毎に設定された係数を差分値に掛け合わせた値を出力する乗算手段と、
前記乗算手段から出力される値を加算する加算手段とを備え、
前記加算手段から出力される値を電力変換装置の出力電圧に加算して出力する
ことを特徴とする電力変換制御装置。 - 任意の制御サイクル毎における前記負荷の制御量の累積値及び同制御量の演算値の累積値の何れか一方を最小で遷移させる制御値列を負荷の数学モデルを用いて求め、この求められた値を前記差分値保持手段毎の掛算の係数として前記乗算手段に設定する
ことを特徴とする請求項1に記載の電力変換制御装置。 - 比例・積分・微分演算手段及び比例・積分演算手段の何れか一方の演算手段と負荷数学モデルとを備え、前記電力変換装置の出力電圧を前記負荷数学モデルにも入力した際の負荷数学モデルの応答信号と実負荷の応答信号との誤差を、前記何れか一方の演算手段へ入力し、この入力に応じて演算された値を前記電力変換装置の出力電圧に加算する
ことを特徴とする請求項2に記載の電力変換制御装置。
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