JP3188603B2 - Inverter control device - Google Patents
Inverter control deviceInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、電動機の駆動装置等に
利用されるインバータの制御装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control device for an inverter used for a drive device of a motor.
【０００２】[0002]
【従来の技術】一般的なインバータの制御装置では、イ
ンバータを構成するスイッチング素子のデッドタイムの
存在によって、インバータの出力電圧は入力された出力
電圧指令値に対して非線形になる。そのためインバータ
の出力電圧と出力電圧指令値との電圧誤差を出力電流を
もとにして近似できることを利用し、出力電圧が所望の
値になるよう補正している。しかしながらこの方法で
は、電圧誤差を出力電流をもとに近似しているため精度
よく電圧誤差を補正することができない。電圧誤差の補
正を精度よく行なうために、本出願人は先に出願された
特願平６−２８２５０号にインバータの電圧のフィード
バックを行なう方法を提案している。2. Description of the Related Art In a general inverter control device, an output voltage of an inverter becomes non-linear with respect to an input output voltage command value due to a dead time of a switching element constituting the inverter. Therefore, by utilizing the fact that the voltage error between the output voltage of the inverter and the output voltage command value can be approximated based on the output current, the output voltage is corrected to a desired value. However, in this method, the voltage error is approximated based on the output current, so that the voltage error cannot be accurately corrected. In order to accurately correct the voltage error, the present applicant has proposed a method of feeding back the voltage of the inverter in Japanese Patent Application No. 6-28250 previously filed.
【０００３】この電圧フィードバックのシステムの一例
を図６に示す。出力電圧指令値ｅu*、ｅv*、ｅw*から電
圧検出器１０により検出したインバータ９の出力電圧検
出値ｅu 、ｅv 、ｅw を減算器２ａ，２ｂ，２ｃにより
減算し誤差電圧値を算出する。この誤差電圧値を誤差増
幅器１２ａ，１２ｂ，１２ｃによって増幅し、電圧補償
値を出力する。前記出力電圧指令値に電圧補償値を加算
器７ａ，７ｂ，７ｃによって加算し、補正された電圧指
令をＰＷＭ信号発生回路に出力することにより電圧誤差
の補正を行なっている。FIG. 6 shows an example of this voltage feedback system. The output voltage detection values eu, ev, ew of the inverter 9 detected by the voltage detector 10 are subtracted from the output voltage command values eu *, ev *, ew * by the subtractors 2a, 2b, 2c to calculate error voltage values. This error voltage value is amplified by the error amplifiers 12a, 12b and 12c, and a voltage compensation value is output. A voltage error is corrected by adding a voltage compensation value to the output voltage command value by adders 7a, 7b, and 7c and outputting a corrected voltage command to a PWM signal generation circuit.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】図６に示した電圧フィ
ードバックシステムに図７（ａ）に示すステップ信号を
出力電圧指令として入力した場合の応答を考える。電圧
検出器１０により検出した出力電圧検出値は、出力電圧
指令に対して同一次元であり時間遅れ要素があるため、
誤差増幅器１２ａ，１２ｂ，１２ｃに一般的なｐｉ演算
増幅器を用いた場合に、ｐゲインを大きくすると図７
（ｂ）の様に過渡応答時に発振してしまう。また、ｐゲ
インの変わりにｉゲインを大きくすると応答の遅れ分だ
け図７（ｃ）の様にオーバーシュートする。発振および
オーバーシュート量を小さくするためにはｐｉ演算増幅
器のゲインを小さく設定しなければならない。しかし、
設定ゲインが小さいと図７（ｄ）の様に指令に対する応
答の遅れ時間が大きくなり指令に対して発生する誤差が
大きくなる。以上のように誤差増幅器１２ａ，１２ｂ，
１２ｃにｐｉ演算増幅器を用いた場合に安定でかつ遅れ
時間の少ない応答をさせることが難しい。また、出力電
圧指令の任意の周波数で適切な応答ができたとしても、
周波数が変わると発振したり、または出力電圧指令に対
する応答の遅れ時間が大きくなり出力電圧指令の広い周
波数領域において安定でかつ遅れ時間の少ない応答をさ
せることが難しいという問題がある。Consider the response when the step signal shown in FIG. 7A is input to the voltage feedback system shown in FIG. 6 as an output voltage command. Since the output voltage detection value detected by the voltage detector 10 has the same dimension as the output voltage command and has a time delay element,
When a general pi operational amplifier is used for the error amplifiers 12a, 12b, and 12c, when the p gain is increased, FIG.
Oscillation occurs at the time of transient response as shown in FIG. When the i gain is increased instead of the p gain, overshoot occurs as shown in FIG. 7C by the response delay. In order to reduce the oscillation and overshoot, the gain of the pi operational amplifier must be set small. But,
If the set gain is small, the delay time of the response to the command increases as shown in FIG. 7D, and the error generated in response to the command increases. As described above, the error amplifiers 12a, 12b,
When a pi operational amplifier is used for 12c, it is difficult to provide a stable response with a small delay time. Also, even if an appropriate response can be obtained at any frequency of the output voltage command,
When the frequency is changed, oscillation occurs, or the delay time of the response to the output voltage command increases, and it is difficult to make a stable response with a small delay time in a wide frequency range of the output voltage command.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明にかかるインバータ制御装置は、直流電圧を
交流に変換して出力するインバータをフィードバック制
御するインバータ制御装置であって、インバータの出力
電圧の制御指示値である出力電圧指令値を出力する指令
値出力手段と、前記出力電圧指令値を単位遅延する単位
遅延手段と、前記インバータの出力電圧を検出する電圧
検出手段と、前記単位遅延された出力電圧指令値から前
記検出された出力電圧値を減算し、誤差電圧値を算出す
る減算器と、前記誤差電圧値を、各段ごとにフィードバ
ック制御のループ特性に応じた係数を乗じて、補正し電
圧補償値を算出するトランスバーサルフィルタと、前記
出力電圧指令値と前記電圧補償値を加算して補償出力電
圧指令値を算出する加算器と、前記補償出力電圧指令値
に基づき、インバータの出力電圧を制御するＰＷＭ信号
を発生するＰＷＭ信号発生回路とを備えている。さら
に、前記トランスバーサルフィルタは、前記出力電圧指
令値の周波数に応じて各段の係数が変更されるものとす
ることもできる。さらに、前記トランスバーサルフィル
タは、前記出力電圧指令値の周波数に応じて使用する段
数が変更されるものとすることもできる。SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above problems, an inverter control device according to the present invention is an inverter control device for performing feedback control of an inverter that converts a DC voltage to an AC and outputs the converted AC voltage. A command value output unit that outputs an output voltage command value that is a control instruction value of an output voltage; a unit delay unit that delays the output voltage command value by a unit; a voltage detection unit that detects an output voltage of the inverter; A subtractor for subtracting the detected output voltage value from the delayed output voltage command value to calculate an error voltage value; and multiplying the error voltage value by a coefficient corresponding to a loop characteristic of feedback control for each stage. A transversal filter for correcting and calculating a voltage compensation value, and calculating a compensation output voltage command value by adding the output voltage command value and the voltage compensation value. An adder, based on the compensated output voltage command value, and a PWM signal generating circuit for generating a PWM signal for controlling the output voltage of the inverter. Further, in the transversal filter, the coefficient of each stage may be changed according to the frequency of the output voltage command value. Further, the transversal filter may be configured such that the number of stages used is changed according to the frequency of the output voltage command value.
【０００６】[0006]
【作用】本発明に係るインバータ制御装置においては、
トランスバーサルフィルタが出力電圧指令値と出力電圧
検出値の誤差を正確に、かつ安定性を損なうことなく増
幅し、出力電圧指令を補正する電圧補償値を出力する。
このため、出力電圧指令に対する応答が安定でかつ遅れ
時間の少ない電圧フィードバック制御ができる。さらに
出力電圧指令値の周波数に応じて係数が変更可能な乗算
器を備えたトランスバーサルフィルタまたは、出力電圧
指令値の周波数に応じて次数が変更可能なトランスバー
サルフィルタを用いており、周波数に応じた適切なゲイ
ン調整ができるので、広い周波数領域においても出力電
圧指令に対する応答が安定でかつ遅れ時間の少ない電圧
フィードバック制御ができる。In the inverter control device according to the present invention,
The transversal filter amplifies an error between the output voltage command value and the output voltage detection value accurately and without deteriorating stability, and outputs a voltage compensation value for correcting the output voltage command.
Therefore, voltage feedback control with a stable response to the output voltage command and a short delay time can be performed. In addition, a transversal filter with a multiplier whose coefficient can be changed according to the frequency of the output voltage command value or a transversal filter whose order can be changed according to the frequency of the output voltage command value is used. In addition, since appropriate gain adjustment can be performed, voltage feedback control with a stable response to the output voltage command and a small delay time can be performed even in a wide frequency range.
【０００７】[0007]
【実施例】図１は本発明に係るインバータの制御装置の
一実施例のシステム構成図である。図１に係るインバー
タの制御装置の一実施例においては、インバータの出力
電圧を電圧検出器１０によって出力電圧検出値ｅu 、ｅ
v 、ｅw 、として検出する。指令値出力手段１３より出
力された出力電圧指令ｅu*、ｅv*、ｅw*を出力電圧検出
値の検出遅れ時間だけ単位遅延手段１ａ，１ｂ，１ｃに
よって遅延し保持する。これらの単位遅延手段１ａ，１
ｂ，１ｃは同一の構成を有するものであり、特に必要な
い限り以後の説明においては添符号ａ，ｂ，ｃを省略
し、単に単位遅延器１と記す。同様に他の構成について
も必要ない限り添符号を省略する。電圧検出手器１０に
よって検出した出力電圧検出値は、出力電圧指令値が前
記単位遅延手段によって単位遅延しているため単位遅延
器１の出力に対して遅れ要素はない。減算器２が単位遅
延器１の出力から出力電圧検出値を減算し誤差電圧値を
算出する。減算器２によって算出した誤差電圧値はトラ
ンスバーサルフィルタ３によって増幅され出力電圧補償
値として出力する。ここでトランスバーサルフィルタに
ついて説明する。トランスバーサルフィルタ３ａは電圧
制御周期を１単位とするｎ次の単位遅延手段４ａ−１、
４ａ−２、・・・４ａ−ｎを持ち、それぞれの次数の単
位遅延手段の出力を係数倍する複数の乗算器５ａ−１、
５ｂ−２、・・・５ａ−ｎを備えている。乗算器５はそ
れぞれの次数に応じた係数を設定することができる。他
の相のトランスバーサルフィルタ３ｂ，３ｃも同様の構
成を有している。乗算器５の係数の設定は、例えば、ト
ランスバーサルフィルタ３内の乗算器５の係数は次数が
大きくなるに従って指数関数的に小さくなる値を例えば
図３のように設定しておく。トランスバーサルフィルタ
３に入力する誤差電圧値は乗算器５で増幅し、単位遅延
器４で保持されている過去の誤差電圧値もそれぞれの乗
算器５に設定してある係数に従って増幅する。これらの
複数の乗算器５の出力を加算器６で加算した結果は、過
去ｎ次分の誤差分を考慮し出力電圧指令値に対して補正
する電圧値であり、これは、出力電圧指令ｅu*、ｅv*、
ｅw*と出力電圧検出値ｅu 、ｅv 、ｅw との誤差電圧を
トランスバーサルフィルタの次数に対応する時間分だ
け、高精度化して検出した結果である。そこでこの加算
器の出力を電圧補償値として出力し、出力電圧指令とこ
の電圧補償値を加算器７で加算し、補正した出力電圧指
令をＰＷＭ信号発生回路に出力する。本発明の電圧フィ
ードバックシステムにステップ信号図２の（ａ）を出力
電圧指令として入力した場合の応答を図２の（ｂ）に示
す。ステップ信号の出力電圧指令に対して応答遅れ時間
が小さくかつオーバーシュートの小さい安定した応答で
ある。FIG. 1 is a system configuration diagram of an embodiment of an inverter control device according to the present invention. In one embodiment of the inverter control device according to FIG. 1, the output voltage of the inverter is detected by the voltage detector 10 as output voltage detection values eu and e.
v, ew. The output voltage commands eu *, ev *, ew * output from the command value output means 13 are delayed and held by the unit delay means 1a, 1b, 1c by the detection delay time of the output voltage detection value. These unit delay means 1a, 1
b and 1c have the same configuration, and the suffixes a, b and c are omitted in the following description unless otherwise required, and are simply referred to as a unit delay unit 1. Similarly, suffixes are omitted for other components unless necessary. The output voltage detection value detected by the voltage detection device 10 has no delay element with respect to the output of the unit delay unit 1 because the output voltage command value is delayed by the unit delay unit. The subtracter 2 subtracts the output voltage detection value from the output of the unit delay unit 1 to calculate an error voltage value. The error voltage value calculated by the subtracter 2 is amplified by the transversal filter 3 and output as an output voltage compensation value. Here, the transversal filter will be described. The transversal filter 3a has a voltage
N-order unit delay means 4a-1 having a control cycle as one unit ,
4a-2,... 4a-n, and a plurality of multipliers 5a-1, which multiply the output of the unit delay means of each order by a coefficient.
5b-2,... 5a-n. The multiplier 5 can set a coefficient according to each order. The transversal filters 3b and 3c of the other phases have the same configuration. For example, the coefficient of the multiplier 5 is set such that the coefficient of the multiplier 5 in the transversal filter 3 decreases exponentially as the order increases, as shown in FIG. 3, for example. The error voltage value input to the transversal filter 3 is amplified by the multiplier 5, and the past error voltage value held by the unit delay unit 4 is also amplified according to the coefficient set in each multiplier 5. The result of adding the outputs of the plurality of multipliers 5 by the adder 6 is a voltage value to be corrected for the output voltage command value in consideration of the past n-order errors, which is the output voltage command eu. *, Ev *,
This is the result of detecting the error voltage between ew * and the output voltage detection values eu, ev, ew with a high degree of accuracy for a time corresponding to the order of the transversal filter. Therefore, the output of this adder is output as a voltage compensation value, the output voltage command and this voltage compensation value are added by the adder 7, and the corrected output voltage command is output to the PWM signal generation circuit. FIG. 2B shows a response when the step signal of FIG. 2A is input to the voltage feedback system of the present invention as an output voltage command. It is a stable response with a small response delay time and a small overshoot to the output voltage command of the step signal.
【０００８】さらに、図１で出力電圧指令の周波数ω*
に応じてトランスバーサルフィルタ３の乗算器５の係数
を可変する。周波数ω* の値によって線形的に可変させ
てもよいし、また出力電圧指令の周波数ω* に応じてト
ランスバーサルフィルタ３の乗算器５の係数を０に設定
することで、使用する次数を選択することも可能であ
る。乗算器５の係数を周波数ω* の値によって可変させ
る例を図４に、また周波数ω* に応じて乗算器５の係数
を０に設定することで、使用する次数を選択する例を図
５に示す。Further, in FIG. 1, the output voltage command frequency ω *
, The coefficient of the multiplier 5 of the transversal filter 3 is varied. The order to be used may be selected by changing the coefficient of the multiplier 5 of the transversal filter 3 to 0 according to the frequency ω * of the output voltage command, or by linearly varying the value of the frequency ω *. It is also possible. FIG. 4 shows an example in which the coefficient of the multiplier 5 is varied according to the value of the frequency ω *, and FIG. 5 shows an example in which the order to be used is selected by setting the coefficient of the multiplier 5 to 0 in accordance with the frequency ω *. Shown in
【０００９】[0009]
【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、誤差増幅器としてトランスバーサルフィルタを用い
ることで、出力電圧指令に対して安定な応答遅れ時間の
少ない電圧フィードバック制御が実現できる。さらに、
出力電圧指令の周波数に応じてトランスバーサルフィル
タ内の乗算器の係数及びトランスバーサルフィルタの次
数を可変することで、広い周波数領域に対しても安定な
応答遅れ時間の少ない電圧フィードバック制御が実現で
きる。As described above, in the present invention, by using a transversal filter as an error amplifier, it is possible to realize voltage feedback control that is stable with respect to an output voltage command and has a small response delay time. further,
By varying the coefficient of the multiplier in the transversal filter and the order of the transversal filter in accordance with the frequency of the output voltage command, stable voltage feedback control with a small response delay time can be realized even in a wide frequency range.
【図１】 本発明の電圧検出回路を示す回路構成図であ
る。FIG. 1 is a circuit configuration diagram showing a voltage detection circuit according to the present invention.
【図２】 本発明のステップ応答を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a step response of the present invention.
【図３】 乗算器５の係数の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a coefficient of a multiplier 5;
【図４】 乗算器５の係数を周波数ω* の値によって可
変させる一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example in which a coefficient of a multiplier 5 is varied depending on a value of a frequency ω *.
【図５】 周波数ω* に応じて乗算器５の係数を０に設
定することで、使用する次数を選択する例を示す図であ
る。FIG. 5 is a diagram illustrating an example in which a coefficient to be used is selected by setting a coefficient of a multiplier 5 to 0 according to a frequency ω *.
【図６】 従来の電圧検出回路を示す回路構成図であ
る。FIG. 6 is a circuit configuration diagram showing a conventional voltage detection circuit.
【図７】 従来のステップ応答を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a conventional step response.
１ 単位遅延器、２ 減算器、３ トランスバーサルフ
ィルタ、４ 単位遅延器、５ 乗算器、６ 加算器、７
加算器、８ ＰＷＭ信号発生回路、９ インバータ、
１０ 電圧検出器、１１ 交流モータ、１２ 誤差増幅
器。1 unit delay, 2 subtractor, 3 transversal filter, 4 unit delay, 5 multiplier, 6 adder, 7
Adder, 8 PWM signal generation circuit, 9 inverter,
10 voltage detector, 11 AC motor, 12 error amplifier.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02M 7/48 H02P 7/63 302 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H02M 7/48 H02P 7/63 302
Claims (3)
バータをフィードバック制御するインバータ制御装置に
おいて、 インバータの出力電圧の制御指令値である出力電圧指令
値を出力する指令値出力手段と、電圧検出遅れ時間を単位時間とし、 前記出力電圧指令値
を前記単位時間遅延させる単位遅延手段と、 前記インバータの出力電圧を検出する電圧検出手段と、 前記単位遅延された出力電圧指令値から前記検出された
出力電圧値を減算し、誤差電圧値を算出する減算器と、前記誤差電圧値を入力とし、電圧補償値を算出するトラ
ンスバーサルフィルタであって、前記入力に対し多段に
設けられ、電圧制御周期を単位とし、この単位時間入力
を遅延させるフィルタ内単位遅延器と、前記誤差電圧値
の入力と前記単位遅延器にそれぞれ対応して設けられ、
その入力に対し所定の係数を乗じる係数乗算器と、これ
らの係数乗算器の出力を加算するフィルタ内加算器によ
り構成される トランスバーサルフィルタと、 前記出力電圧指令値と前記電圧補償値を加算して補償出
力電圧指令値を算出する加算器と、 前記補償出力電圧指令値に基づき、インバータの出力電
圧を制御するＰＷＭ信号を発生するＰＷＭ信号発生回路
と、 を備えたことを特徴とするインバータの制御装置。1. An inverter control device for feedback-controlling an inverter that converts a DC voltage into an AC and outputs the converted voltage, a command value output unit that outputs an output voltage command value that is a control command value of the output voltage of the inverter, and a voltage detector. A delay time as a unit time, a unit delay means for delaying the output voltage command value by the unit time, a voltage detection means for detecting an output voltage of the inverter, and the output voltage command value detected from the unit delayed output voltage command value. A subtractor for subtracting the output voltage value to calculate an error voltage value; and a transformer for receiving the error voltage value and calculating a voltage compensation value.
A transversal filter, wherein the input is multi-staged.
This unit time input
A delay unit in the filter for delaying the error voltage value
Is provided corresponding to the input of the and the unit delay device, respectively.
A coefficient multiplier for multiplying the input by a predetermined coefficient;
Adder in the filter that adds the outputs of the coefficient multipliers
Ri and transversal filter configured, an adder for calculating a compensated output voltage command value by adding the voltage compensation value and the output voltage command value, based on the compensated output voltage command value, control the output voltage of the inverter And a PWM signal generation circuit for generating a PWM signal.
出力電圧指令値の周波数に応じて前記係数乗算器の各段
の係数が変更されることを特徴とする請求項１記載のイ
ンバータ制御装置。2. The inverter control device according to claim 1, wherein the transversal filter changes a coefficient of each stage of the coefficient multiplier according to a frequency of the output voltage command value.
出力電圧指令値の周波数に応じて使用する前記フィルタ
内単位遅延回路の段数が変更されることを特徴とする請
求項２記載のインバータ制御装置。Wherein said transversal filter, the filter to be used according to the frequency of the output voltage command value
3. The inverter control device according to claim 2, wherein the number of stages of the internal unit delay circuit is changed.
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