JP2010213515A - ディジタル電流制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】電流制御周期ごとに電動機の電流を検出し、制御演算の後、電圧指令をインバータに入力するディジタル電流制御装置において、電流の検出から電圧指令入力までの時間を低減し、電流の応答性を向上する。
【解決手段】電圧指令をインバータに出力するタイミングの一定微小時間前に検出される電動機の検出電流(第一検出電流とする)と指令電流を用いて比例制御を行い、座標変換や積分制御等、時間を要する演算は電圧指令出力タイミング直後に検出される電動機の電流(第二検出電流とする)を用いて次の第一検出電流の検出タイミングの前までに演算を行う。
【選択図】図1

Description

本発明は、インバータで駆動される交流電動機に流れる電流を制御するディジタル電流制御装置に関するものである。
インバータで駆動される交流電動機に流れる電流を制御する一般的なディジタル電流制御装置の構成を図5に示し、図5に基づいて構成を説明する。
ディジタル電流制御装置8は電流制御周期50ごとにインバータ2に電圧指令値を出力し、インバータ2は前記電圧指令値に基づいた電圧を交流電動機1に印加し、交流電動機1に電流が流れる。
ディジタル電流制御装置8は、電流指令値80、サンプルホールド・ディジタル変換装置81、電流検出値82、電流制御器83を有する。
電流検出器3は交流電動機1に流れる電流を検出し、サンプルホールド・ディジタル装置81はディジタル電流制御装置8内で発生するサンプルホールドトリガ信号90により電流検出器3が検出した電流値をサンプルホールドし、サンプルホールドした値をディジタル値に変換し、変換されたディジタル値を電流検出値82として出力する。
電流制御器83においては、電流指令値80と電流検出値82との偏差が0となるように比例積分制御演算された値と、電動機電気定数変動補償など交流電動機1の特性に応じた電圧補正値と、インバータ2内の半導体スイッチのスイッチング時間補償や半導体スイッチの電圧降下補償などインバータ2の特性に応じた電圧補正値との和を、電圧指令値として演算し、電圧指令値をインバータ2に出力する。
インバータ2に入力された電圧指令値は、三角波比較方式などのPWM(Pulse Width Modulation:パルス幅変調)によりインバータ2内部の複数の半導体スイッチをオン・オフ動作させる信号に変換され、インバータ2内部の半導体スイッチをオン・オフ動作させ、電圧指令値に基づいた電圧が交流電動機1に印加される。
このような交流電動機に流れる電流をディジタル制御する制御装置の構成は特許文献1〜5などにも適用されている。
図5に示したディジタル電流制御装置8における電流制御のタイミングチャートを図6に示し、図5および図6に基づいて一般的な交流電動機の電流を制御するディジタル電流制御の制御タイミングを説明する。
ディジタル電流制御装置8は電流制御周期50の周期で電流制御を行う。サンプルホールド・ディジタル変換装置81はサンプルホールドトリガ信号90が入力されるタイミングで電流検出器3が出力する電流値をサンプルホールドする。電流制御器83は、サンプルホールド・ディジタル変換装置81が出力する電流検出値82を用いて電流制御演算時時間91の間に電圧指令値を演算する。電圧指令値は電圧指令値出力タイミング6のタイミングでインバータ2に出力される。
電流制御器演算時間91は電流制御器83が実行する制御演算が煩雑になるほど大きくなり、電流制御周期50は電流制御器演算時間91以上となる。
このような交流電動機に流れる電流をディジタル制御する制御装置の従来の制御タイミングについては、特許文献4、5などにも説明されている。
特開2002−325499号公報 特許3156427号公報 特許3527069号公報 特開2005−312274号公報 特開平8−214581号公報
解決しようとする問題点は、電流をディジタル制御する際に電流制御周期50の無駄時間が発生する点である。
上記課題を解決する本発明の請求項1は、電圧指令値に基づいた電圧を電動機に電流制御周期ごとに印加するインバータと該電動機に流れる電流を検出する電流検出器と該電流検出器が検出する電流値をサンプルホールドトリガ信号によりサンプルホールドしてディジタル値に変換するサンプルホールド・ディジタル変換装置を備え、該サンプルホールド・ディジタル変換装置によりディジタル値に変換された電流検出値と電流指令値を用いて電流制御器により電圧指令値を演算し、該電圧指令値を該インバータに該電流制御周期ごとに出力することで前記電動機の電流を制御するディジタル電流制御装置において、
前記電圧指令値を前記インバータに出力するタイミングの直後に検出され前記サンプルホールド・ディジタル変換装置により変換された前記電動機の電流のディジタル値を第一電流検出値とし、前記電圧指令値を前記インバータに出力するタイミングの一定微小時間前に検出され前記サンプルホールド・ディジタル変換装置により変換された前記電動機の電流のディジタル値を第二電流検出値とし、第二電流検出値を用いて比例演算を行い、第一電流検出値を用いて前記電流制御器で実行される演算の内、比例演算を除いた演算を行い、両者の演算結果を加えて電圧指令値とすることを特徴とする。
本発明の請求項2は、請求項1と同じ構成のディジタル電流制御装置において、
前記第一電流検出値と、前記第一電流検出値が更新された直前の前記電流制御周期において演算された前記電圧指令値とを用いて電動機定数変動補償演算、前記インバータ内の半導体スイッチのスイッチング時間補償演算、前記インバータ内の半導体スイッチの電圧降下補償演算を行うことを特徴とする。
本発明の請求項3は、請求項1、または請求項2と同じ構成のディジタル電流制御装置において、前記第一電流検出値と、前記第一電流検出値が更新された直前の電流制御周期において更新された第二電流検出値の平均値を演算し、電流の座標変換演算、積分制御演算、微分制御演算、電動機定数変動補償演算に前記平均値を使用することを特徴とする。
電流の比例演算分の無駄時間を前記一定微小時間に低減し、電流の応答性を高めることができる。
電流の座標変換演算、積分制御演算、微分制御演算、電動機定数変動補償など電動機の特性に応じた制御則演算、半導体スイッチのスイッチング時間補償演算や半導体スイッチの電圧降下補償演算などインバータの特性に応じた制御則演算など、比例制御演算を除く煩雑で演算に要する時間が大きい演算は、第一電流検出値が出力されるタイミングから第二電流検出値の検出タイミングまでの間に行うことができるため、従来の電流制御装置における制御則演算をそのまま実行することができる。
請求項1を、インバータで駆動される交流電動機に適用した場合の構成を示したブロック図である。(実施例1) 請求項1を、インバータで駆動される交流電動機に適用した場合の構成において、電流制御の制御タイミングを示したタイミングチャート図である。(実施例1) 請求項2を、インバータで駆動される交流電動機に適用した場合の構成を示したブロック図である。(実施例2) 請求項3を、インバータで駆動される交流電動機に適用した場合の構成を示したブロック図である。(実施例3) 背景技術の構成を示したブロック図である。 背景技術の電流制御の制御タイミングを示したタイミングチャート図である。
以下に図面を参照して、本発明にかかる交流電動機の電流制御装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
図1に本発明の請求項1の実施例を示し、図2に請求項1の実施例の電流制御の制御タイミングを示す。図1および図2に基づいて本発明の詳細な説明をする。
ディジタル電流制御装置4は電流制御周期50ごとにインバータ2に電圧指令値を出力し、インバータ2は前記電圧指令値に基づいた電圧を交流電動機1に印加し、交流電動機1に電流が流れる
ディジタル電流制御装置4は、電流指令値40、サンプルホールド・ディジタル変換装置41、第一電流検出値42、第二電流検出値43、第一電流制御器44、第二電流制御器45を有する。
第一電流制御器44および第二電流制御器45の演算値の和を電圧指令値とする。
交流電動機1に流れる電流は電流検出器3により検出され、電圧指令値がインバータ2に出力される電圧指令値出力タイミング6の直後に発生する第一サンプルホールドトリガ信号70によりサンプルホールド・ディジタル変換装置41によりディジタル値に変換された電流値を第一電流検出値42とし、電圧指令値出力タイミング6より一定微小時間51前に発生する第二サンプルホールドトリガ信号71によりサンプルホールド・ディジタル変換装置41によりディジタル値に変換された電流値を第二電流検出値43とする。
第二電流制御器45は第二電流検出値43と電流指令値40との偏差が零となるように比例制御演算を行う。
第二電流制御器45による比例制御演算は、第二電流検出値43が出力されるタイミングから第二電流制御器演算時間73の間に行われる。
一定微小時間51は、サンプルホールド・ディジタル変換装置41が第二電流検出値43を出力するのに要する時間と、第二電流制御器演算時間73と、第一電流制御器44および第二電流制御器45の演算値を加算して電圧指令値を得るのに要する時間の和が最小となり、一定微小時間51は電流制御周期50に比べて十分微小である。
第一電流制御器44は、電流の座標変換、積分制御、電動機電気定数変動補償など交流電動機1の特性に応じた制御演算、インバータ2内の半導体スイッチのスイッチング時間補償演算や半導体スイッチの電圧降下補償演算などインバータ2の特性に応じた電圧補正制御演算など、第二電流演算器45で実行される比例制御演算を除く、煩雑で時間を要する演算を行う。
第一電流制御器44による演算は、第一電流検出値42が出力されるタイミングから第一電流制御器演算時間72の間に行われる。
第一電流制御器演算時間72は、第一電流検出値42が更新されるタイミングから、同一電流制御周期50内の第二サンプルホールドトリガ信号71が出力されるタイミングの前までの時間を最長とする。
第二電流制御器45による比例制御の無駄時間は一定微小時間51であり、一方、従来の電流制御装置の無駄時間の最小は第一電流制御器演算時間72および第二電流制御器演算時間73の和に相当する。したがって、比例制御分の無駄時間は従来の無駄時間に比べて大幅に小さくなり、電流応答性が大幅に向上する。
電流の座標変換演算、積分制御演算、微分制御演算、電動機定数変動補償など交流電動機1の特性に応じた制御則演算、半導体スイッチのスイッチング時間補償演算や半導体スイッチの電圧降下補償演算などインバータ2の特性に応じた制御則演算など、煩雑で演算に要する時間が大きい演算は、第一電流検出値42が出力されるタイミングから第二サンプルホールドトリガ信号71が出力されるタイミングまでの間に行うため、従来の電流制御装置における制御則演算をそのまま実行することができる。
本発明の請求項1を適用したディジタル電流制御装置4を構成することで、比例制御分の無駄時間を低減し、かつ従来の制御則演算を適用することが可能となる。
図3に本発明の請求項2の実施例を示し、図3に基づいて本発明の詳細な説明をする。
実施例1と同じ構成のディジタル電流制御装置4において、第一電流検出値と該第一電流検出値が更新された直前の前記電流制御周期において演算された電圧指令値を第一電流制御器44に入力し、第一電流制御器44において、電動機定数変動補償演算、インバータ2内の半導体スイッチのスイッチング時間補償演算、インバータ2内の半導体スイッチの電圧降下補償演算に前回の電流制御周期において演算された電圧指令値を使用することを特徴とする。
本発明の請求項2を適用したディジタル電流制御装置4を構成することで、電動機定数変動補償演算、インバータ2内の半導体スイッチのスイッチング時間補償演算、半導体スイッチの電圧降下補償演算に前回電流制御周期50において演算された電圧指令値を使用することが可能となる。
図4に本発明の請求項3の実施例を示し、図4に基づいて本発明の詳細な説明をする。
実施例2と同じ構成のディジタル電流制御装置4において、第二電流検出値43を第一電流制御器44に入力し、第一電流制御器44において、第一電流検出値42と該第一電流検出値42が出力された直前の電流制御周期50において出力された第二電流検出値43の平均値を演算し、電流の座標変換演算、積分制御演算、微分制御演算、電動機定数変動補償演算に前記平均値を使用することを特徴とする。
本発明の請求項3を適用したディジタル電流制御装置4を構成することで、インバータ2における半導体スイッチのスイッチングノイズの影響を低減した制御を行うことが可能となる。
本発明により、電動機に流れる電流をディジタル制御する際の無駄時間を従来に比べ短縮し、また、比例演算を除く、煩雑で演算に時間を要する制御則演算も組み込むことができるため、電流制御の応答性を向上させることができ、産業上の利用の可能性は大いにある。
1 交流電動機
2 インバータ
3 電流検出器
4 ディジタル電流制御装置
40 電流指令値
41 サンプルホールド・ディジタル変換装置
42 第一電流検出値
43 第二電流検出値
44 第一電流制御器
45 第二電流制御器
50 電流制御周期
51 一定微小時間
6 電圧指令値出力タイミング
70 第一サンプルホールドトリガ信号
71 第二サンプルホールドトリガ信号
72 第一電流制御器演算時間
73 第二電流制御器演算時間
8 ディジタル電流制御装置
80 電流指令値
81 サンプルホールド・ディジタル変換装置
82 電流検出値
83 電流制御器
90 サンプルホールドトリガ信号
91 電流制御器演算時間

Claims (3)

  1. 電圧指令値に基づいた電圧を電動機に電流制御周期ごとに印加するインバータと該電動機に流れる電流を検出する電流検出器と該電流検出器が検出する電流値をサンプルホールドトリガ信号によりサンプルホールドしてディジタル値に変換するサンプルホールド・ディジタル変換装置を備え、該サンプルホールド・ディジタル変換装置によりディジタル値に変換された電流検出値と電流指令値を用いて電流制御器により電圧指令値を演算し、該電圧指令値を該インバータに該電流制御周期ごとに出力することで前記電動機の電流を制御するディジタル電流制御装置において、前記電圧指令値を前記インバータに出力するタイミングの直後に検出され前記サンプルホールド・ディジタル変換装置により変換された前記電動機の電流のディジタル値を第一電流検出値とし、前記電圧指令値を前記インバータに出力するタイミングの一定微小時間前に検出され前記サンプルホールド・ディジタル変換装置により変換された前記電動機の電流のディジタル値を第二電流検出値とし、第二電流検出値を用いて比例演算を行い、第一電流検出値を用いて前記電流制御器で実行される演算の内、比例演算を除いた演算を行い、両者の演算結果を加えて電圧指令値とすることを特徴とするディジタル電流制御装置。
  2. 請求項1と同じ構成のディジタル電流制御装置において、前記第一電流検出値と、前記第一電流検出値が更新された直前の前記電流制御周期において演算された前記電圧指令値とを用いて電動機定数変動補償演算、前記インバータ内の半導体スイッチのスイッチング時間補償演算、前記インバータ内の半導体スイッチの電圧降下補償演算を行うことを特徴とするディジタル電流制御装置。
  3. 請求項1、または請求項2と同じ構成のディジタル電流制御装置において、前記第一電流検出値と、前記第一電流検出値が更新された直前の電流制御周期において更新された第二電流検出値の平均値を演算し、電流の座標変換演算、積分制御演算、微分制御演算、電動機定数変動補償演算に前記平均値を使用することを特徴とするディジタル電流制御装置。
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