JP5936770B2 - 回転機制御装置 - Google Patents
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Description
低減技術として、電流指令に対しトルクリプルを抑制するための補償信号を重畳することでトルクリプルを抑制するようにしたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
この発明は前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、広い範囲の速度域においてトルクリプルをより効果的に抑制できる回転機制御装置を得ることを目的とする。
トルク補償部と電流制御部と電圧指令生成部と位相補償部を備え、前記電圧指令生成部から出力される3相の駆動電圧指令により電力変換器を介して印加される駆動電圧により回転機を制御する回転機制御装置であって、
前記トルク補償部は、電圧推定部とトルク推定部と第1指令生成部と第2指令生成部とを有するものであって、
前記電圧推定部は、前記回転機に流れる実電流と前記駆動電圧とに基づき前記回転機の推定誘起電圧を推定するものであり、
前記トルク推定部は、前記推定誘起電圧と前記実電流とに基づいて前記回転機の推定トルクを推定するものであり、
前記第1指令生成部は、前記推定トルクに基づいて前記回転機のトルクリプルを抑制する第1指令を生成するものであり、
前記第2指令生成部は、前記推定誘起電圧に基づいて前記回転機のトルクリプルを抑制する第2指令を生成するものであり、
前記電流制御部は、前記電力変換器から前記回転機へ供給される電流を指令するq軸電流指令と前記実電流との差を前記第1指令にて補償してq軸電圧指令を生成するものであり、
前記電圧指令生成部は、前記q軸電圧指令を前記第2指令にて補償し、補償された前記q軸電圧指令に基づき、前記3相の駆動電圧指令を生成するものであり、
前記位相補償部は、前記第1指令及び第2指令の少なくとも一方を補償して前記電流制御部を含む電流制御系の制御遅れと前記トルク推定部の推定遅れの少なくとも一方を補償するものである。
図1〜図6は、この発明を実施するための実施の形態1を示すものであり、図1は回転機制御装置の構成を示すブロック図、図2は図1の第1指令生成部の詳細構成を示すブロック図、図3は図1の第2指令生成部の詳細構成を示すブロック図である。図4は、図3の制御パラメータKpの設定について説明するための図、図5は本発明で補償する電力変換器の位相遅れを説明するための電圧波形図、図6は図1に示した回転機制御装置によりトルクリプル抑制制御を行う場合のシミュレーション結果を示す図である。
演算部202,203の乗算器202b、203b及び加算器204では式(7)の演算が行なわれ、トルクリプルの周期に同期した周期信号eqripへと変換され、調節部205へ出力される。
図1に戻って、加算器10ではトルク指令τ*に第1指令τ* ripを加算して電流指令生成部1へ出力し、加算器11ではq軸電圧指令vq*に第2指令vq* ripを加算してdq−三相変換部3へ出力する。このようにしてトルク(電流)指令τ*及びq軸電圧指令vq*を同時に補償する。
図5は制御遅れの一例として、電力変換器等の電力変換手段を用いたモータ駆動系で生じる位相遅れについて説明する図である。図5に示したように、dq−三相変換部3が電流制御部2から黒実直線のような指令Vaが与えられたとしても、実際に制御入力として入力されるのは階段波形Vbの平均値(点線の波形)Vcである。Tを電力変換器の実際の電圧の更新周期の間隔とすると点線の平均値Vcは実線の指令Vaから時間としてTa+Tb=1.5T(Ta=T,Tb=0.5T)[sec]、すなわち位相として1.5T×nωre[rad]だけ遅れている。したがって、電流制御部2における制御遅れを∠θi、抑制制御部102b,103bにおける制御遅れを∠θripとすれば、式(5)及び式(7)における位相補償量を、次の式(9)
1000[r/min]の高速域において、第1指令生成部100のみではトルクリプルを完全には抑制できていないが、第2指令生成部200を合わせて動作させることで、高い抑制効果が得られていることが分かる。
加えて、本発明では制御遅れや推定遅れといった位相遅れを補償した値に基づいて第1及び第2指令を生成するので、計測設備を用いた煩雑な事前計測作業を行うことなしに、トルクリプルを効果的に抑制することができる。
本実施の形態における構成は、図1〜図6に示した実施の形態1と同様のものであるので、図示を省略する。本実施の形態では、実施の形態1と同様に、第1指令生成部100では抽出部101aにて式(3)の演算が、演算部102,103にて式(4)の演算が、演算部105,106にて式(5)の演算が行なわれ、第2指令生成部200では抽出部201aにて式(6)の演算が、演算部202,203、加算器204にて式(7)の演算が、調節部205にて式(8)の演算が行なわれることで、第n次のトルクリプルを補償するための指令を生成する。
このとき相異なる自然数ni、nv(ni<nv)を用いて、第1指令生成部100においてトルクリプル次数nをni、第2指令生成部200においてnをnvと設定すれば、それぞれ異なる次数のトルクリプルを補償するように動作させることができる。また、より高次のトルクリプルの抑制を第2指令生成部200において行うように設定することで抑制効果を高めることができる。
本実施の形態における構成は、図1〜図6に示した実施の形態1と同様のものであるので、図示を省略する。なお、図7はこの実施の形態における動作を説明するための電流制御系の数理モデルを示すブロック図である。本実施の形態では、実施の形態1や実施の形態2と同様に、第1指令生成部100では抽出部101aにて式(3)の演算が、演算部102,103にて式(4)の演算が、演算部105,106にて式(5)の演算が行なわれ、第2指令生成部200では抽出部201aにて式(6)の演算が、演算部202,203、加算器204にて式(7)の演算が、調節部205にて式(8)の演算が行なわれることで、第n次のトルクリプルを補償するための第1及び第2指令が生成される。
ところで、q軸上の数理モデルとして推定部7を含む電流制御系の伝達特性は図7のようになる。すなわち、電流指令生成部1の伝達関数は、
1/Pmφf
電流制御部2の伝達関数は、
Kp+Ki/s
モータ12の伝達関数は、
1/(Ls+R)
図7中の推定部7における電圧降下分の伝達関数は、
F(s)(Ls+R)
となる。ここで、q軸電圧指令値vq*は、
vq*=vq* rip+(Ls+R)iq
であり、q軸誘起電圧推定値eqは電圧指令値vq*から電圧降下分を差し引くことにより求められるため、
eq=vq*−F(s)(Ls+R)iq
である。従って、vq* ripからiqまでの伝達特性も考慮すると、第2指令vq* ripを入力としたq軸誘起電圧推定値eqの算出までの伝達特性Gv(s)は
このように本実施の形態によれば、制御系の数理モデルに基づいた演算によって、第2指令生成部200における位相補償量Δθv、調節部205における調節量Kp(ωre)を決定し、式(7)、式(8)に基づいてeqrip、第2指令vq* ripを演算するので、制御系の調整が容易になる効果がある。
また、本発明は、その発明の範囲内において、上述した各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変更、省略することが可能である。
Claims (10)
- トルク補償部と電流制御部と電圧指令生成部と位相補償部を備え、前記電圧指令生成部から出力される3相の駆動電圧指令により電力変換器を介して印加される駆動電圧により回転機を制御する回転機制御装置であって、
前記トルク補償部は、電圧推定部とトルク推定部と第1指令生成部と第2指令生成部とを有するものであって、
前記電圧推定部は、前記回転機に流れる実電流と前記駆動電圧とに基づき前記回転機の推定誘起電圧を推定するものであり、
前記トルク推定部は、前記推定誘起電圧と前記実電流とに基づいて前記回転機の推定トルクを推定するものであり、
前記第1指令生成部は、前記推定トルクに基づいて前記回転機のトルクリプルを抑制する第1指令を生成するものであり、
前記第2指令生成部は、前記推定誘起電圧に基づいて前記回転機のトルクリプルを抑制する第2指令を生成するものであり、
前記電流制御部は、前記電力変換器から前記回転機へ供給される電流を指令するq軸電流指令と前記実電流との差を前記第1指令にて補償してq軸電圧指令を生成するものであり、
前記電圧指令生成部は、前記q軸電圧指令を前記第2指令にて補償し、補償された前記q軸電圧指令に基づき、前記3相の駆動電圧指令を生成するものであり、
前記位相補償部は、前記第1指令及び第2指令の少なくとも一方を補償して前記電流制御部を含む電流制御系の制御遅れと前記トルク推定部の推定遅れの少なくとも一方を補償するものである
回転機制御装置。 - 前記第1指令生成部及び前記第2指令生成部は、前記第1指令生成部の抑制対象とする前記トルクリプルの周波数と前記第2指令生成部の抑制対象とする前記トルクリプルの周波数とが、異なる周波数にされたものである
請求項1に記載の回転機制御装置。 - 前記第1指令生成部及び第2指令生成部は、前記第1指令生成部の抑制対象とする前記トルクリプルの周波数と前記第2指令生成部の抑制対象とする前記トルクリプルの周波数とを独立して変更しうるようにされたものである
請求項1に記載の回転機制御装置。 - 前記第2指令生成部は、調節部を有するものであって、
前記調節部は、前記回転機の回転速度に応じて前記第2指令の指令値の大きさを変えるものである
請求項1に記載の回転機制御装置。 - 前記第1指令生成部は、第1抽出部と第1演算部と第2演算部とを有し、
前記第1抽出部は、前記推定トルク中の前記トルクリプルの振動成分を抽出するものであり、
前記第1演算部は、前記抽出されたトルクリプルの振動成分と抑制指示値との差からトルクリプル振動抑制値を求めるものであり、
前記第2演算部は、前記トルクリプル振動抑制値を前記トルクリプルの周期に同期した変換信号に変換し前記変換信号に基づいて前記第1指令を生成するものである
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の回転機制御装置。 - 前記位相補償部は、前記第1指令を補償するものであって、第1位相補償部及び第2位相補償部を有し、
前記第1位相補償部は、前記トルクリプルの振動成分の位相を補償することにより前記推定トルクの推定遅れを補償し、
前記第2位相補償部は、前記変換信号の位相を補償することにより前記電流制御系の制御遅れを補償するものである
請求項5に記載の回転機制御装置。 - 前記第2指令生成部は、第2抽出部と第3演算部とを有し、
前記第2抽出部は、前記トルクリプルの周波数における前記推定誘起電圧中の振動成分を抽出するものであり、
前記第3演算部は、前記抽出された推定誘起電圧中の振動成分を前記トルクリプルの周期に同期した同期信号に変換し前記同期信号に基づいて前記第2指令を生成するものである
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の回転機制御装置。 - 前記位相補償部は、前記第2指令を補償するものであって、第3位相補償部及び第4位相補償部を有し、
前記第3位相補償部は、前記推定誘起電圧中の振動成分の位相を補償することにより上記推定トルクの推定遅れを補償し、
前記第4位相補償部は、前記同期信号の位相を補償することにより前記電流制御系の制御遅れを補償するものである
請求項7に記載の回転機制御装置。 - 前記第4位相補償部は、前記電圧指令生成部におけるキャリアの半周期をT[sec]、前記トルクリプルの次数をn、前記回転機の電気角速度をωre[rad/sec]とするとき、前記電圧指令生成部が有する前記制御遅れを補償するよう、前記第2指令の位相補償量Δθ[rad]をΔθ=1.5T×nωreで与えるものである
請求項8に記載の回転機制御装置。 - 前記第4位相補償部は、前記電流制御系の伝達特性の数理モデルに基づき数理モデル位相補償量を演算し、前記数理モデル位相補償量に基づいて前記同期信号の位相を補償することにより前記電流制御系の制御遅れを補償するものである
請求項8に記載の回転機制御装置。
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