JP2006296055A - 電力変換器の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高速な電流制御処理を行う制御系を、比較的少ない演算量で構成することができ、また良好な電流制御性能を持つ電力変換器の制御装置を得ることを目的としている。
【解決手段】 所定の周期毎に１回の演算を行い、電流指令値と電流出力値との電流誤差に基づく積分制御演算処理により電圧指令積分項を算出する低速演算部１、および上記低速演算部１の周期の１／５の周期毎に１回の演算を行い、上記電流誤差に基づく比例制御演算処理により電圧指令比例項を算出し、上記電圧指令積分項と電圧指令比例項との加算処理により電圧指令値を作成する高速演算部２を備えた。
【選択図】 図１

Description

この発明は、電力変換器の制御装置に関するものであり、特に多相電力変換器が出力する交流電流を検出し、その値をフィードバック制御して電流指令値に追従させる制御装置に関するものである。

多相電力変換器においては、電力変換器の電流を検出し、その値をフィードバック制御して電流指令値に追従させる制御（以下電流制御と称する）が行われるものがある。この電力変換器の電流制御においては、通常、電流指令値と電流出力値との偏差を比例積分器に入力し、その出力を電圧指令値とすることで制御が行われる。この電流制御を行う際、多相交流の線電流をそのまま制御したのでは、制御量が交流となって扱いにくいので、多相交流の電気角で回転する回転座標系上に電流、電圧値を座標変換し、電流・電圧を直流に変換して制御を行うベクトル制御が用いられる。具体的には、交流量である電流出力値を座標変換して直流量に変換するとともに、電流指令値は座標変換後の直流量で与えて、この変換した電流出力値と電流指令値との偏差を比例積分器に入力し、出力される電圧指令値を直流量から交流量に座標変換して、電力変換器への電圧指令値とする方法が用いられる。
ところで、以上に述べたような電力変換器の電流制御を行う場合、電流検出・制御演算・電圧指令更新という演算の周期を速めて電流制御処理をより高速に行うほど、電流制御の応答を向上させることが可能であることが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、多相電力変換器の電流制御系の演算処理を簡略化する方法としては、座標変換を行わずに直接多相交流値のままで電流制御系を構成する方法が知られている（例えば、非特許文献１参照）。

特開平９−１５４２８３号公報（３頁左４４行〜３頁右８行、図２） 総合電子出版社「ACサーボシステムの理論と設計の実際」（９３頁〜９８頁、図４．１９）

以上のように、演算の周期を速めて高速な電流制御処理を行い電流制御応答を向上させる方法があるが、その場合の制御系を構成するには高速な演算処理能力が必要となり、制御系を構成するハードウェアのコストアップをもたらすという問題点があった。
また、多相交流値のままで電流制御系を構成して電流制御系の演算処理を簡略化する方法があるが、前掲非特許文献１にも記されているように、比例積分制御を行っても電流制御性能が悪いという問題点があった。
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、高速な電流制御処理を行う制御系を、比較的少ない演算量で構成することができ、また良好な電流制御性能を持つ電力変換器の制御装置を得ることを目的としている。

この発明に係る電力変換器の制御装置は、電力変換器からの多相交流の電流出力値が電流指令値に追随するよう、電流指令値と電流出力値との電流誤差に基づき比例積分制御により電圧指令値を作成し電力変換器を制御するものであって、
所定の第１の周期で演算を行い、電流誤差に基づく積分制御演算処理により電圧指令積分項を算出する低速演算部、および第１の周期より短い所定の第２の周期で演算を行い、電流誤差に基づく比例制御演算処理により電圧指令比例項を算出し、電圧指令積分項と電圧指令比例項との加算処理により電圧指令値を作成する高速演算部を備えたものである。

この発明は以上のように構成されているので、高速電流制御としての応答性を確保しながら、必要な演算量を低減しハードウエアのコスト低減が可能となる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による電力変換器の制御装置の基本的な構成を示す図であり、例として、三相電力変換器３が、例えば、電動機などの負荷４の電流制御を行う場合の構成を示したものである。また、図２は、本発明における座標関係を示した図である。負荷４に流す三相交流の電流指令値である電流ベクトルｉは、所望の電気角θと、電気角θ方向（以下、ｄ軸方向）の電流指令値Ｉｄ*、およびその直交方向（以下、ｑ軸方向）の電流指令値Ｉｑ*で表すことが出来、この時、三相交流電流Ｉｕ*、Ｉｖ*、Ｉｗ*は指令電流ベクトルｉのＵＶＷ方向成分で表すことが出来る。以下の説明では上記の座標系の設定に基づいて説明を進める。

本発明においては、電力変換器３の電流制御を、電流制御の比例制御部分の演算を短い周期で行う高速演算部２と、座標変換および電流制御の積分制御部分の演算を長い周期で行う低速演算部１とに分けて構成される。例えば、制御系をマイクロコンピュータ上のプログラムで実現する場合、低速演算部１の処理が１回行われるのに対して、高速演算部２の処理は複数回行われる。一般に、比例積分制御系においては、干渉を避けるために積分制御の時定数を比例制御の応答に対して十分低く（例えば、１／５以下）に設定する場合が多いため、積分制御の演算周期が比例制御の演算周期より長くても問題がない場合が多い。
本願発明は、この特性に着目し、演算量の多い座標変換を含む積分制御部分を長い周期で演算し、制御応答に直接寄与する比例制御部分は座標変換を伴わない三相交流座標上での演算として演算量を少なくして短い周期で演算を行うものである。

また、本発明においては、低速演算部１で行われる積分制御演算は、回転二相ｄｑ軸上で行われ、高速演算部２で行われる比例制御演算は、三相交流座標上で行われる。非特許文献１に示されるように、三相交流座標上での電流制御では積分制御を行っても速度起電力の干渉による誤差をなくすことは出来ない。これは、速度起電力が三相交流座標上では交流量の外乱であるためである。一方、ｄｑ座標上においては速度起電力は直流量の外乱であるので、積分器を用いて補償することが可能である。この特性を利用して、低速演算部１で行われる積分制御演算をｄｑ座標上で行うことにより、ｄｑ軸上での電流制御と同等の速度起電力の補償を行うことが出来る。

次に、本発明の実施の形態１による電力変換器の制御装置の具体的な動作および演算内容について説明する。なお、以下では、三相交流の電圧および電流の合計が０になる特性を利用した演算処理方法について説明するので、演算は図１中の三相交流量のうちＵ相およびＶ相の値についてのみ行われることに注意されたい。

先ず、低速演算部１の構成およびその演算内容について説明する。
電流センサ５により検出された三相交流電流出力値Ｉｕ，Ｉｖは、三相二相変換器７に入力され、以下の式により電気角θを参照しながらｄｑ軸上の電流Ｉｄ，Ｉｑに変換される。

この時、（３）式を用いれば、（１）、（２）式は以下のように書き直せる。

係数テーブル１５には電気角θに応じて（３）式に示した係数Ｓ１，Ｓ２，Ｃ１，Ｃ２があらかじめ収められており、電気角θに応じた係数Ｓ１，Ｓ２，Ｃ１，Ｃ２を出力する。三相二相変換器７は、実際には係数テーブル１５からの係数Ｓ１，Ｓ２，Ｃ１，Ｃ２により（４）、（５）式の演算を行う。加算器６は、ｄｑ軸電流指令値Ｉｄ*,Ｉｑ*よりｄｑ軸電流出力値Ｉｄ，Ｉｑをそれぞれ減じて、ｄｑ軸電流誤差を算出する。このｄｑ軸電流誤差は積分器８に入力され、ｄｑ軸電圧指令積分項ｖｄｉ，ｖｑｉが求められる。加算器６および積分器８での演算は次式で表される。但し、ｋｉは積分ゲインである。

このｄｑ軸電圧指令積分項ｖｄｉ，ｖｄｑは、第２の二相三相座標変換器９に入力されて、次式に従った計算により係数Ｓ１，Ｓ２，Ｃ１，Ｃ２を参照しながら電圧指令積分項分の三相変換値であるＶｕｉ，Ｖｖｉに変換される。

また、ｄｑ軸電流指令値Ｉｄ*,Ｉｑ*は第１の二相三相座標変換器１０に入力され、以下の式により係数Ｓ１，Ｓ２，Ｃ１，Ｃ２を参照しながら三相交流座標上の電流指令値Ｉｕ*,Ｉｖ*に変換される。

以上、加算器６、三相二相座標変換器７、積分器８、二相三相座標変換器９、１０により、低速演算部１が構成されている。

次に、高速演算部２の構成およびその演算内容について説明する。
加算器１１は、三相交流電流指令値Ｉｕ*,Ｉｖ*より三相交流電流出力値Ｉｕ，Ｉｖをそれぞれ減じて、三相交流電流誤差を算出する。この三相交流電流誤差は比例器１２に入力され、三相電圧指令比例項Ｖｕｐ，Ｖｖｐが求められる。加算器１１と比例器１２とで行われる演算は以下の通りである。但し、ｋｐは比例ゲインである。

加算器１３は、三相電圧指令積分項Ｖｕｉ，Ｖｖｉと三相電圧指令比例項Ｖｕｐ，Ｖｖｐとを加算して三相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖを求める。なお、Ｖｗは三相電圧指令値の合計が０という条件から算出可能である（図示せず）。

以上、加算器１１、１３、比例器１２により、高速演算部２は構成されており、低速演算部１と高速演算部２とにより本発明の実施の形態１による電力変換器の制御装置が構成されている。そして、高速演算部２が出力する三相交流電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに基づき、三相電力変換器３は負荷４に電圧を印加する。

ここで、演算量の比較のために従来の電力変換器の制御装置における電流制御演算について説明する。
図３は、比較対象としての従来の電力変換器の制御装置の構成を示す図である。従来の電力変換器の制御装置における電流制御演算では、図３に示す構成の制御演算の全てを短い周期（高速）で行う。係数テーブル１５には電気角θに応じて先の（３）式に示した係数Ｓ１，Ｓ２，Ｃ１，Ｃ２があらかじめ収められており、電気角θに応じた係数Ｓ１，Ｓ２，Ｃ１，Ｃ２を出力する。三相二相変換器７は、電流センサ５により検出された三相交流電流出力値Ｉｕ，Ｉｖを、先の（４）、（５）式によりｄｑ軸上の電流出力値Ｉｄ，Ｉｑに変換する。加算器６は、ｄｑ軸電流指令値Ｉｄ*,Ｉｑ*よりｄｑ軸電流出力値Ｉｄ，Ｉｑをそれぞれ減じて、ｄｑ軸電流誤差を算出する。このｄｑ軸電流誤差は比例積分器１４に入力され、ｄｑ軸電圧指令値ｖｄ、ｖｑが求められる。
加算器６および比例積分器１４での演算は次式で表される。但し、ｋｐは比例ゲイン、ｋｉは積分ゲインである。

このｄｑ軸電圧指令値ｖｄ、ｖｑは二相三相座標変換器９に入力されて、以下の式に従った計算により三相交流電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗが算出される。この三相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに基づき、三相電力変換器３が負荷４に電圧を印加する。

次に、演算量の比較を行う。実際にマイクロコンピュータで制御演算処理を行うことを考え、処理内容を加減算と乗算、およびテーブル参照に分けて演算回数を整理する。演算時間の比較は使用するマイクロコンピュータにより処理時間が異なるので単純ではないが、ここでは、例えば、ＳＨマイコン（株式会社ルネサステクノロジ製）を例として考えた。同マイコンでの固定小数点演算処理時間の比は、加減算を１とすると、乗算３（演算２＋小数点移動１）、４列テーブル参照１０（テーブルアドレスセット２＋（ポインタ加算１＋テーブル参照１）×４）程度であるので、この比を元に計算時間の比を見積もった。なお、積分処理はマイクロコンピュータでのデジタル処理を考え、ゲイン×積分単位時間である係数との乗算１＋積分値加算１の合計である４として考えた。

表１に、この発明の実施の形態１の低速演算部１の演算内容と所要時間単位を、表２に高速演算部２のものを、表３に従来の制御装置における演算内容と所要時間単位を示す。

本発明の実施の形態１における電力変換器の制御装置において、低速演算部１の演算周期（第１の周期）を高速演算部２の演算周期（第２の周期）の５倍とした場合、低速演算部１の１周期分（高速演算部２の５周期分に相当）の演算処理に必要な所要時間単位は、表１、２より、６８＋１１×５＝１２３である。
これに対して、従来の制御装置における電流演算で同じ演算周期を得ようとした場合、制御演算５周期分に必要な所要時間単位は３１５であり、本発明の実施の形態１における電力変換器の制御装置の方が、演算量が６割以上削減されていることが分かる。
以上のように、この発明の実施の形態１によれば、同等の制御性能を確保しながら必要な演算量を低減することが出来るという効果がある。

実施の形態２．
先の実施の形態１に示した電力変換器の制御装置においては、低速演算部１が出力する三相交流電流指令値および三相交流電圧指令積分項は、低速演算部１の演算周期毎にしか更新されないため、低速演算部１の演算周期に対する電気角の変化が大きくなった場合、連続的に操作すべき理想の電気角と、低速演算部１がサンプリングして制御演算に用いられている電気角との間に位相差が発生して、電流波形に乱れが生じる恐れがある。
この実施の形態２は、この電流波形の乱れの発生を抑えるため、低速演算部１が出力する三相交流電流指令値および三相交流電圧指令積分項に対して、高速演算部２で補償を行うものである。

先ず、本発明の実施の形態２による電力変換器の制御装置で行われる三相交流電流指令値および三相交流電圧指令積分項の補償方法について説明する。
ｄｑ軸電流指令値Ｉｄ*,Ｉｑ*を電気角θを用いて三相交流電流指令値Ｉｕ*,Ｉｖ*に変換する演算は、既に（１０）、（１１）式に示した。低速演算部１が演算周期毎にサンプルする電気角をサンプル電気角θ’とすれば、サンプル電気角θ’と連続的に変化する理想的な電気角θとの間にはサンプリングによる微小位相差Δθが発生しており、この関係は次式で表される。

（１０）、（１１）式におけるsinθ、cosθに（１９）式を代入して級数展開により近似計算を行うと次式が得られる。

（２０）、（２１）式を（１０）、（１１）式に代入すると次式が得られる。

ここで、（２２）、（２３）式において、

とおけば、これらの式は以下のように書き換えられる。

ここで、（２５）、（２６）式の右辺第１項は（１０）、（１１）式においてθ=θ’としたものであり、右辺第二項は微小位相差Δθにより発生する変化量であるので、それぞれをまとめて以下のように書き直せる。

同様に、ｄｑ軸電圧指令積分項Ｖｄｉ，Ｖｑｉを電気角θを用いて三相交流電圧指令積分項Ｖｕｉ，Ｖｖｉに変換する演算は（２９）、（３０）式の通りであり、同様に書き直すことが出来る。

以上の内容に基づき、図４に示した本発明の実施の形態２による電力変換器の制御装置の構成を用いて、具体的な演算内容について説明する。
電流センサ５により検出された負荷４の三相電流出力値Ｉｕ，Ｉｖは、ｄ軸電流指令値Ｉｄ*、ｑ軸電流指令値Ｉｑ*、およびサンプル電気角θ’で表される電流指令とともに低速演算部１に入力され、ｄｑ軸電流指令値Ｉｄ*,Ｉｑ*の三相交流変換値Ｉｕ*’,Ｉｖ*’と補償演算用の値ΔＩｕ*,ΔＩｖ*、および電流制御の積分項分の電圧指令値の三相交流変換値Ｖｕｉ’，Ｖｖｉ’と補償演算用の値ΔＶｕｉ，ΔＶｖｉが出力される。なお、このサンプル電気角θ’は、サンプルホールド１６によって電気角θが低速演算部１の演算周期に同期してサンプルホールドされたものである。
ｄｑ軸電流指令値Ｉｄ*,Ｉｑ*の三相交流変換値Ｉｕ*’,Ｉｖ*’と補償係数ΔＩｕ*,ΔＩｖ*、および電流制御の積分項分の電圧指令値の三相交流変換値Ｖｕｉ’,Ｖｖｉ’と補償係数ΔＶｕｉ,ΔＶｖｉは、低速サンプル電気角θ’、電気角θ、三相電流出力値Ｉｕ，Ｉｖとともに高速演算部２に入力され、三相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗが算出される。この三相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに基づき、三相電力変換器３が負荷４に電圧を印加する。

低速演算部１の構成を図５に示す。係数テーブル１５には入力θ’に応じて先の（２４）式に示した係数Ｓ１，Ｓ２，Ｃ１，Ｃ２があらかじめ収められており、サンプル電気角θ’に応じた係数Ｓ１，Ｓ２，Ｃ１，Ｃ２を出力する。三相二相変換器７は、三相交流電流出力値Ｉｕ，Ｉｖを、先の（４）、（５）式によりｄｑ軸上の電流出力値Ｉｄ，Ｉｑに変換する。加算器６は、ｄｑ軸電流指令値Ｉｄ*,Ｉｑ*よりｄｑ軸電流出力値Ｉｄ，Ｉｑをそれぞれ減じて、ｄｑ軸電流誤差を算出する。このｄｑ軸電流誤差は積分器８に入力され、ｄｑ軸電圧指令積分項ｖｄｉ，ｖｑｉが求められる。加算器６および積分器８での演算は先の（６）、（７）式で表される。

このｄｑ軸電圧指令積分ｖｄｉ，ｖｑｉは第２の座標変換・補償係数計算器１７に入力されて、先の（２９）、（３０）式に従った計算により電圧指令積分項分の三相交流変換値であるＶｕｉ’,Ｖｖｉ’および補償係数であるΔＶｕｉ,ΔＶｖｉが出力される。また、ｄｑ軸電流指令値Ｉｄ*,Ｉｑ*は、第１の座標変換・補償係数計算器１８に入力され、先の（２５）、（２６）式に従った計算により電流指令値の三相交流変換値であるＩｕ*’,Ｉｖ*’、および補償係数であるΔＩｕ*,ΔＩｖ*が出力される。

次に、高速演算部２の構成を図６に示す。加算器１９は、電気角θからサンプル電気角θ’を減算して、高速演算部２における電気角の微小位相差Δθを求める。電圧指令積分項補正器２０は、この微小位相差Δθを用いて、電圧指令積分項分の三相交流変換値であるＶｕｉ’，Ｖｖｉ’、および補償係数ΔＶｕｉ,ΔＶｖｉより、先の（２９）、（３０）式に基づいて演算時における補償後の三相電圧指令積分項Ｖｕｉ，Ｖｖｉを求める。同様に、電流指令補正器２１は、この微小位相差Δθを用いて、電流指令値の三相交流値Ｉｕ*’,Ｉｖ*’、および補償係数ΔＩｕ*,ΔＩｖ*より、先の（２７）、（２８）式に基づいて演算時における補正後の三相電流指令値Ｉｕ*,Ｉｖ*を求める。加算器１１は、三相交流電流指令値Ｉｕ*,Ｉｖ*より三相交流電流出力値Ｉｕ，Ｉｖをそれぞれ減じて、三相電流誤差を算出する。この三相電流誤差は比例器１２に入力され、三相電圧指令比例項Ｖｕｐ，Ｖｖｐが求められる。加算器１１と比例器１２とで行われる演算は先の（１２）、（１３）式に示した通りである。加算器１３は、三相電圧指令積分項Ｖｕｉ，Ｖｖｉと三相電圧指令比例項Ｖｕｐ，Ｖｖｐを加算して三相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖを求める。なお、Ｖｗは三相電圧指令の合計が０という条件から算出可能である（図示せず）。

次に、演算量の比較を行う。表４に、この発明の実施の形態２の低速演算部１の演算内容と所要時間単位を、表５に高速演算部２のものを示す。

本発明の実施の形態２における電力変換器の制御装置において、低速演算部１の演算周期を高速演算部の５倍とした場合、低速演算部１の１周期分（高速演算部２の５周期分に相当）の演算処理に必要な所要時間単位は、表４、５より、１０８＋２８×５＝２４８である。
これに対して、従来の制御装置における電流演算で同じ演算周期を得ようとした場合、制御演算５周期分に必要な所要時間単位は３１５であり、本発明の実施の形態２における電力変換器の制御装置の方が、演算量が２割以上削減されていることが分かる。
以上のように、この発明の実施の形態２によれば、電流制御の応答性を確保し、かつ電気角のサンプリングに伴う電流波形の乱れを抑制しながら、必要な演算量を低減することが出来るという効果がある。

実施の形態３．
先の実施の形態２は、連続的に操作すべき理想の電気角と、低速演算部１がサンプリングして制御演算に用いられている電気角との間に発生する位相差がもたらす影響を抑えるため、低速演算部１が出力する三相交流電流指令値および三相交流電圧指令積分項に対して、高速演算部２で補償を行うものであるが、その補償演算には近似式を用いているために誤差が発生する場合がある。実施の形態３は前記誤差をより低減する方式である。

図７は、本発明の実施の形態３による電力変換器の制御装置の構成を示す図である。電流センサ５により検出された負荷４の三相交流電流出力値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗは、ｄ軸電流指令値Ｉｄ*、ｑ軸電流指令値Ｉｑ*、および電気角θで表される電流指令とともに低速演算部１に入力され、電流指令値Ｉｄ*,Ｉｑ*の極座標変換値Ｉａｂｓ*,Φｉ*、および電流制御の積分項分の電圧指令値の極座標変換値Ｖａｂｓ,Φｖが出力される。電流指令値Ｉｄ*,Ｉｑ*の極座標変換値Ｉａｂｓ*,Φｉ*、および電流制御の電圧指令積分項の極座標変換値Ｖａｂｓ,Φｖは、電気角θ、三相交流電流出力値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗとともに高速演算部２に入力され、三相交流電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗが算出される。この三相交流電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに基づき、三相電力変換器３が負荷４に電圧を印加する。

低速演算部１の構成を図８に示す。三相二相座標変換器７は、三相交流電流出力値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを電気角θに基づきｄｑ軸上の電流出力値Ｉｄ，Ｉｑに変換する。加算器６は、ｄｑ軸電流指令値Ｉｄ*,Ｉｑ*よりｄｑ軸電流出力値Ｉｄ，Ｉｑをそれぞれ減じて、ｄｑ軸電流誤差を算出する。このｄｑ軸電流誤差は積分器８に入力され、ｄｑ軸電圧指令積分項ｖｄｉ，ｖｑｉが求められる。加算器６および積分器８で行われる演算は、先の（６）、（７）式に示した通りである。ｄｑ軸電圧指令積分項ｖｄｉ，ｖｑｉは第２の二相極座標変換器２２に入力され、電圧指令積分項の極座標変換値Ｖａｂｓ,Φｖに変換される。また、ｄｑ軸電流指令値Ｉｄ*,Ｉｑ*は、第１の二相極座標変換器２３に入力され、電流指令値の極座標変換値Ｉａｂｓ*,Φｉ*に変換される。

図９（ａ）にｄｑ軸電圧指令積分項ｖｄｉ，ｖｑｉと電圧指令積分項の極座標変換値Ｖａｂｓ,Φｖとの関係を、図９（ｂ）にｄｑ軸電流指令値Ｉｄ*,Ｉｑ*と電流指令値の極座標変換値Ｉａｂｓ*,Φｉ*との関係を示す。また、二相極座標変換器２２、２３で行われる演算は次式のとおりである。

次に、高速演算部２の構成を図１０に示す。加算器２４は、電気角θと電流指令値の極座標位相Φｉ*を加算し、この加算された位相に基づいて第２の極三相座標変換器２５は、電流指令値の極座標振幅Ｉａｂｓ*を三相電流指令値Ｉｕ*,Ｉｖ*に変換する。加算器２４と極三相座標変換器２５とで行われる演算は以下の通りである。

加算器１１は、三相電流指令値Ｉｕ*,Ｉｖ*より三相電流出力値Ｉｕ，Ｉｖをそれぞれ減じて、三相電流誤差を算出する。この三相電流誤差は比例器１２に入力され、三相電圧指令比例項Ｖｕｐ，Ｖｖｐが求められる。加算器１１および比例器１２で行われる演算は、先の（１２）、（１３）式に示した通りである。
一方、加算器２６は、電気角θと電圧指令積分項の極座標位相Φｖとを加算し、この加算された位相に基づいて第１の極三相座標変換器２７は、電圧指令値の極座標振幅Ｖａｂｓを三相電圧指令積分項Ｖｕｉ，Ｖｖｉに変換する。加算器２６と極三相座標変換器２７とで行われる演算は以下の通りである。

加算器１３は、この三相電圧指令積分項Ｖｕｉ，Ｖｖｉと三相電圧指令比例項Ｖｕｐ，Ｖｖｐとを加算し、三相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを得る。なお、図示しないが、Ｖｗは先の（１８）式により求められる。

以上のように、この発明の実施の形態３によれば、低速演算部１から高速演算部２への電流指令値および電圧指令積分項の受け渡しを極座標変換した値で行い、高速演算部２ではこの極座標変換値を電気角を用いて三相交流値に変換して処理を行うので、より正確な値の変換を行うことが出来るという効果がある。
なお、この実施の形態３では、（３２）、（３４）式に示すような除算を行うので、先に述べたＳＨマイコンのように、ハードウェアで除算を行う除算器を持たないマイコンでは、演算処理時間の低減効果はあまり得られないが、除算器を持つマイコンを適用した場合には、演算処理時間の低減効果を得ることが出来る。

以上のように、この発明においては、電流指令値が、三相交流の電気角θで回転する回転二相座標（ｄ、ｑ軸）上で設定される場合、低速演算部は、積分制御演算処理を回転二相座標上の信号に対して行い、高速演算部は、比例制御演算処理および加算処理を三相の信号に対して行うので、電流指令の形態に適合した円滑な制御で、電流制御の応答性を確保しながら必要な演算量を低減することができる。

また、低速演算部は、回転二相電流指令値を三相電流指令値に変換する第１の二相三相座標変換器、電流出力値を回転二相座標上の回転二相電流出力値に変換する三相二相座標変換器、回転二相電流指令値と回転二相電流出力値との電流誤差を積分演算して回転二相電圧指令積分項を出力する積分器、および回転二相電圧指令積分項を三相電圧指令積分項に変換する第２の二相三相座標変換器を備え、高速演算部は、三相電流指令値と三相電流出力値との電流誤差を比例演算して三相電圧指令比例項を出力する比例器、および三相電圧指令積分項と三相電圧指令比例項とを加算して三相電圧指令値を出力する加算器を備え三相への変換を低速演算部で行うようにしたので、電流制御の応答性を確保しながら必要な演算量を大幅に低減することができる。

また、低速演算部の演算周期毎に電気角θをサンプルしてサンプル電気角θ’を出力するサンプルホールドを備えるとともに、電気角位相差Δθ＝θ−θ’に基づく制御誤差を補正するため、低速演算部における第１の二相三相座標変換器は、三相電流指令値に加えて補正のための三相電流指令値補償係数を演算出力する第１の座標変換・補償係数計算器とし、第２の二相三相座標変換器は、三相電圧指令積分項に加えて補正のための三相電圧指令積分項補償係数を演算出力する第２の座標変換・補償係数計算器とし、高速演算部は、電気角位相差Δθと第１の座標変換・補償係数計算器からの出力とに基づき三相電流指令値を補正して比例器に出力する電流指令補正器、および電気角位相差Δθと第２の座標変換・補償係数計算器からの出力とに基づき三相電圧指令積分項を補正して加算器に出力する電圧指令積分項補正器を備えたので、電流制御の応答性を確保し、かつ電気角のサンプリングに伴う電流波形の乱れを抑制しながら、必要な演算量を低減することができる。

また、低速演算部は、回転二相電流指令値を極座標電流指令値に変換する第１の二相極座標変換器、三相電流出力値を回転二相座標上の回転二相電流出力値に変換する三相二相座標変換器、回転二相電流指令値と回転二相電流出力値との電流誤差を積分演算して回転二相電圧指令積分項を出力する積分器、および回転二相電圧指令積分項を極座標電圧指令積分項に変換する第２の二相極座標変換器を備え、高速演算部は、極座標電圧指令積分項を三相電圧指令積分項に変換する第１の極三相座標変換器、極座標電流指令値を三相電流指令値に変換する第２の極三相座標変換器、三相電流指令値と三相電流出力値との電流誤差を比例演算して三相電圧指令比例項を出力する比例器、および三相電圧指令積分項と三相電圧指令比例項とを加算して三相電圧指令値を出力する加算器を備え低速演算部から高速演算部への受け渡しを極座標値としたので、より正確な制御で必要な演算量の低減を追求することができる。

以上の説明では、電力変換器の出力で負荷としての電動機を制御する例を示したが、電源を制御する場合等にもこの発明は同様に適用することができ同等の効果を奏するものである。また、三相に限らず、二相等広く多相の制御系にも適用は可能である。
更に、この発明では、比例積分の電流制御系において、比例演算機構と積分演算機構とを独立した構成としているので、例えば、比例演算部分をＨ／Ｗで構成し、積分演算部分をＳ／Ｗで構成する等、制御装置の設計における自由度が増大して、個々の仕様に対してより柔軟適切な対応が可能になるという効果も期待できる。

この発明の実施の形態１における電力変換器の制御装置の基本的な構成を示す図である。 三相交流とｄｑ軸電流指令値の関係を示すベクトル図である。 演算量の比較対象として示す従来の電力変換器における制御装置の構成図である。 この発明の実施の形態２における電力変換器の制御装置の基本的な構成を示す図である。 図４の低速演算部１の内部構成を示す図である。 図４の高速演算部２の内部構成を示す図である。 この発明の実施の形態３における電力変換器の制御装置の基本的な構成を示す図である。 図７の低速演算部１の内部構成を示す図である。 ｄｑ２軸成分と極座標成分との関係を示すベクトル図である。 図７の高速演算部２の内部構成を示す図である。

符号の説明

１ 低速演算部、２ 高速演算部、３ 三相電力変換器、４ 負荷、５ 電流センサ、
６，１１，１３，１９，２４，２６ 加算器、７ 三相二相変換器、８ 積分器、
９，１０ 二相三相座標変換器、１２ 比例器、
１７，１８ 座標変換・補償係数計算器、２０ 電圧指令積分項補正器、
２１ 電流指令補正器、２２，２３ 二相極座標変換器、
２５，２７ 極三相座標変換器。

Claims (5)

1. 電力変換器からの多相交流の電流出力値が電流指令値に追随するよう、上記電流指令値と電流出力値との電流誤差に基づき比例積分制御により電圧指令値を作成し上記電力変換器を制御するものであって、
   所定の第１の周期で演算を行い、上記電流誤差に基づく積分制御演算処理により電圧指令積分項を算出する低速演算部、および上記第１の周期より短い所定の第２の周期で演算を行い、上記電流誤差に基づく比例制御演算処理により電圧指令比例項を算出し、上記電圧指令積分項と電圧指令比例項との加算処理により上記電圧指令値を作成する高速演算部を備えた電力変換器の制御装置。
2. 上記電流指令値が、三相交流の電気角θで回転する回転二相座標（ｄ、ｑ軸）上で設定される場合、
   上記低速演算部は、上記積分制御演算処理を上記回転二相座標上の信号に対して行い、上記高速演算部は、上記比例制御演算処理および上記加算処理を三相の信号に対して行うことを特徴とする請求項１に記載の電力変換器の制御装置。
3. 上記低速演算部は、上記回転二相電流指令値を三相電流指令値に変換する第１の二相三相座標変換器、上記電流出力値を上記回転二相座標上の回転二相電流出力値に変換する三相二相座標変換器、上記回転二相電流指令値と回転二相電流出力値との電流誤差を積分演算して回転二相電圧指令積分項を出力する積分器、および上記回転二相電圧指令積分項を三相電圧指令積分項に変換する第２の二相三相座標変換器を備え、
   上記高速演算部は、上記三相電流指令値と三相電流出力値との電流誤差を比例演算して三相電圧指令比例項を出力する比例器、および上記三相電圧指令積分項と三相電圧指令比例項とを加算して三相電圧指令値を出力する加算器を備えたことを特徴とする請求項２に記載の電力変換器の制御装置。
4. 上記低速演算部の演算周期毎に上記電気角θをサンプルしてサンプル電気角θ’を出力するサンプルホールドを備えるとともに、電気角位相差Δθ＝θ−θ’に基づく制御誤差を補正するため、
   上記低速演算部における上記第１の二相三相座標変換器は、上記三相電流指令値に加えて上記補正のための三相電流指令値補償係数を演算出力する第１の座標変換・補償係数計算器とし、上記第２の二相三相座標変換器は、上記三相電圧指令積分項に加えて上記補正のための三相電圧指令積分項補償係数を演算出力する第２の座標変換・補償係数計算器とし、
   上記高速演算部は、上記電気角位相差Δθと上記第１の座標変換・補償係数計算器からの出力とに基づき上記三相電流指令値を補正して上記比例器に出力する電流指令補正器、および上記電気角位相差Δθと上記第２の座標変換・補償係数計算器からの出力とに基づき上記三相電圧指令積分項を補正して上記加算器に出力する電圧指令積分項補正器を備えたことを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置の制御装置。
5. 上記低速演算部は、上記回転二相電流指令値を極座標電流指令値に変換する第１の二相極座標変換器、三相電流出力値を上記回転二相座標上の回転二相電流出力値に変換する三相二相座標変換器、上記回転二相電流指令値と回転二相電流出力値との電流誤差を積分演算して回転二相電圧指令積分項を出力する積分器、および上記回転二相電圧指令積分項を極座標電圧指令積分項に変換する第２の二相極座標変換器を備え、
   上記高速演算部は、上記極座標電圧指令積分項を三相電圧指令積分項に変換する第１の極三相座標変換器、上記極座標電流指令値を三相電流指令値に変換する第２の極三相座標変換器、上記三相電流指令値と三相電流出力値との電流誤差を比例演算して三相電圧指令比例項を出力する比例器、および上記三相電圧指令積分項と三相電圧指令比例項とを加算して三相電圧指令値を出力する加算器を備えたことを特徴とする請求項２に記載の電力変換器の制御装置。
   

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