JPS6348196A - Digital control system for induction motor - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To minimize the wasteful time lag of a current control loop and improve responding property, by adding half an operating degree before one cycle, to a current actualvalue, and by setting the estimated value of the actual current of an induction motor. CONSTITUTION:The input of a secondary current reference I2 divided by an exciting current reference I0, and the exciting current reference I0, to a current reference generation circuit 4 is provided. Arithmetic on vector is performed by the circuit 4, and current references iuo, iwo are found. Each actual current iu, iw of a motor is detected by a current transformer 9, and is respectively compared with the current references iuo, iwo, and the control signal of an inverter 8 is obtained through a current control section 5, a PWM control circuit 6, and a base drive circuit 7. Then, on generating the output of the PWM command of the inverter 8, half an operating degree before one cycle is added to a measured value of current to set the estimated value of the actual current of an induction motor.

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、電流制御系での応答性を改善した誘導電動機
のディジタル制御方式に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a digital control system for an induction motor that improves responsiveness in a current control system.

（従来の技術） トランジスタ等を用いたインバータを、パルス幅変調（
ＰＷＭ）回路により制御する誘導電動機のディジタル制
御装置は、第４図のようなブロック図で簡略化して表わ
すことができる。図において、コンピュータからの速度
指令信号が速度制御部Ａに入力され、速度制御部Ａでは
、この指令信号と、誘導電動機Ｆに連結された速度検出
器Ｇからの実速度信号との偏差によりトルク指令信号を
形成してトルク制御部Ｂに送出する。トルク制御部Ｂか
らは、電流指令信号が電流制御部Ｃに入力され、電流制
御部Ｃでは、電波検出器Ｅで得られた実電流と指令信号
とを比較して、偏差信号により電圧制御部りを駆動し、
誘導電動ＩａＦの印加電圧を制御している。(Conventional technology) Pulse width modulation (
A digital control device for an induction motor controlled by a PWM (PWM) circuit can be simplified and represented by a block diagram as shown in FIG. In the figure, a speed command signal from a computer is input to a speed control section A, and the speed control section A generates a torque based on the deviation between this command signal and an actual speed signal from a speed detector G connected to an induction motor F. A command signal is formed and sent to the torque control section B. A current command signal is input from the torque control section B to the current control section C, and the current control section C compares the actual current obtained by the radio wave detector E with the command signal, and controls the voltage control section based on the deviation signal. drive the
The voltage applied to the induction electric motor IaF is controlled.

第１図は、このようなブロック図を具体化し、本発明が
適用される誘導電動機のディジタル制御装置の一例を示
す回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram embodying such a block diagram and showing an example of a digital control device for an induction motor to which the present invention is applied.

次に、この回路図について説明する。コンピュータから
の指令速度ωｒと、誘導電動機１０に連結された速度検
出器１１からの実速度ωＳとが比較されて、偏差信号が
速度制御回路１に入力され、誘導電動機１０を指令速度
ωｒで回転制御する。速度制御回路１の出力は、トルク
基準Ｔとなり、電動機二次電流基準Ｉ２となる。一方、
実速度ωＳは、界磁制御回路２に入力され、磁束φと励
磁電流基準Ｉ。が形成される。二次電流基準は、除算器
３により励磁電流基準Ｉ。で除算され、励磁電流基準工
。と共に電流基準発生回路４に入力される。電流基準発
生回路４では、これらの信号をマイコン等でベクトル演
算して、て相、例えばＵ相、Ｗ相の電流基準ｉｕｏ、ｉ
ｗｏを求める。電動機の実電流ｉｕ、ｉｗが変流器（Ｃ
Ｔ）９により検出され、それぞれ電流基準ｉｕ。、ｉｗ
ｏと比較され、電波制御部５、ＰＷＭ制御回路６、ベー
スドライブ回路７を通して、インバータ８の制御信号が
得られる。誘導電動４１！１０は、インバータ８により
所定電圧、所定周波数で制御される。Next, this circuit diagram will be explained. The commanded speed ωr from the computer is compared with the actual speed ωS from the speed detector 11 connected to the induction motor 10, and a deviation signal is input to the speed control circuit 1, which rotates the induction motor 10 at the commanded speed ωr. Control. The output of the speed control circuit 1 becomes the torque reference T and the motor secondary current reference I2. on the other hand,
The actual speed ωS is input to the field control circuit 2, and the magnetic flux φ and the excitation current reference I are input. is formed. The secondary current reference is set to the excitation current reference I by the divider 3. divided by the excitation current standard. It is also input to the current reference generation circuit 4. The current reference generation circuit 4 performs vector calculations on these signals using a microcomputer or the like to generate current references iuo, i for the phases, e.g.
Ask for wo. The actual currents iu and iw of the motor are connected to a current transformer (C
T) detected by 9, respectively current reference iu. ,iw
o, and a control signal for the inverter 8 is obtained through the radio wave control section 5, PWM control circuit 6, and base drive circuit 7. The induction motor 41!10 is controlled by the inverter 8 at a predetermined voltage and a predetermined frequency.

次に、ＰＷＭ制御回路６による信号形成について説明す
る。第５図に示すように、三角波発生器などで得られた
三角波と正弦波とから電流指令値Ｉｅを形成し、この電
流指令値Ｉｅとディジタル変換された電流実測値Ｉｆと
を比較して、ＰＷＭ制御回路６の電圧指令値（以下、Ｐ
ＷＭ指令という。）　　ｕ　（ｎ）を、 ｕ　（ｎ）　−Ｋｐ（Ｉｅ（ｎ）　−Ｉｆ（ｎ））　　
　　・・・（１）として求める。但し、Ｋｐは比例定数
とする。Next, signal formation by the PWM control circuit 6 will be explained. As shown in FIG. 5, a current command value Ie is formed from a triangular wave and a sine wave obtained by a triangular wave generator, etc., and this current command value Ie is compared with the digitally converted actual measured current value If. Voltage command value of PWM control circuit 6 (hereinafter referred to as P
It's called the WM Directive. ) u (n), u (n) −Kp(Ie(n) −If(n))
...Find as (1). However, Kp is a proportionality constant.

しかしながら、このような制御方式では、アナログ信号
である電流の実測値をディジタル信号に変換して、ＰＷ
Ｍ指令をベースドライブ回路７の操作量とＩ７て出力す
るまでに時間遅れが生じて誤差が出てしまう。そこで、
第３図に示すような制御を行なっている。即ち、電流実
測値ＩｆのＡ／Ｄ変換の読込みから所定時間後、例えば
１５０゜Ｓ後にＰＷＭ指令を出力し、このＰＷＭ指令は
、前回のＰＷＭ指令で補正することにより、前記遅れを
補償している。この制御では、ＰＷＭ指令は、次式のよ
うに表わすことができる。However, in such a control method, the actual measured value of the current, which is an analog signal, is converted into a digital signal, and the PW
A time delay occurs before the M command is output as the manipulated variable of the base drive circuit 7, resulting in an error. Therefore,
Control as shown in FIG. 3 is performed. That is, a PWM command is output after a predetermined period of time, for example, 150°S after reading the A/D conversion of the actual current value If, and this PWM command is corrected with the previous PWM command to compensate for the delay. There is. In this control, the PWM command can be expressed as in the following equation.

ｕ　（ｎ）　＝　Ｋｐ（Ｉｃ（ｎ）　−Ｈ’　（ｎ））
　　　−（２）ここで、 Ｉｆ′（ｎ）＝　Ｉｆ（ｎ）＋Ｋｐｘ　ｕ（ｎ−１）−
（３）（発明が解決しようとする問題点） 前回のＰＷＭ指令を用いて今回のＰＷＭ指仝を補償する
場合も、第３図に示すように、二角被比較方式では１サ
イクル中に２回の電流変化が生じるため、Ａ／Ｄ変換の
タイミングで読込まれた電流実測値には誤差が含まれて
真値とはならず、電流がオーバーシュートして正確な制
御が行なえないという問題があった。u (n) = Kp(Ic(n) −H'(n))
−(2) Here, If′(n)=If(n)+Kpx u(n−1)−
(3) (Problem to be solved by the invention) Even when compensating for the current PWM command using the previous PWM command, as shown in Fig. 3, in the diagonal comparable method, two Because the current changes occur twice, the actual current value read at the timing of A/D conversion contains errors and is not the true value, causing the problem that the current overshoots and accurate control cannot be performed. there were.

本発明はこのような従来技術の問題点の解消を目的とし
て、正確なＰＷＭ制御を行なう誘導電動機のディジタル
制御方式を提供するものである。The present invention aims to solve the problems of the prior art and provides a digital control system for an induction motor that performs accurate PWM control.

（問題点を解決するための手段） 本発明は、電流制御ループを有する誘導電動機の入力側
に設けたインバータをパルス幅変調（ＰＷＭ）回路によ
り制御する誘導電動機のディジタル制御方式において、
前記誘導電動機の実電流測定のタイミングをサンプリン
グ周期Ｔの１／２の時点に設定する設定手段と、前記イ
ンバータへの１周期前の操作量の半分を電流制御ループ
の比例積分量に加算する加算手段と、実電流測定からＴ
／２経過後にパルス幅演算結果を出力する制御手段とを
有することを特徴とする誘導電動機のディジタル制御方
式を提供するものである。(Means for Solving the Problems) The present invention provides a digital control method for an induction motor in which an inverter provided on the input side of an induction motor having a current control loop is controlled by a pulse width modulation (PWM) circuit.
a setting means for setting the timing of actual current measurement of the induction motor at a time point of 1/2 of the sampling period T; and an addition for adding half of the operation amount to the inverter one cycle before to the proportional-integral amount of the current control loop. means and T from the actual current measurement.
This invention provides a digital control system for an induction motor, characterized in that it has a control means that outputs a pulse width calculation result after /2 has elapsed.

（作用） 本発明は、誘導電動機を駆動するインバータのＰＷＭ指
令を出力するにあたり、１周期前の操作量の半分を電流
実測値に加算して誘導電動機の実電流の予測値としてい
るので、電流のオーバーシュートを除去し、安定した制
御を行なうことができる。(Function) In the present invention, when outputting the PWM command of the inverter that drives the induction motor, half of the manipulated variable from one cycle before is added to the actual current value to obtain the predicted value of the actual current of the induction motor. It is possible to eliminate overshoot and perform stable control.

（実施例） 以下、図により本発明の実施例について説明する０本発
明は、第３図の特性図において、電流の測定タイミング
をサンプリング周期Ｔの１／２の時点とし、さらにその
Ｔ／２経過後に、パルス幅演算結果を出力するが、この
際に、１周期中に電流変化が２度生じるために、実電流
の予測値を、前回の操作量の１／２を加えることにより
形成するようにしている。(Embodiment) Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the characteristic diagram of FIG. 3, the current measurement timing is set to 1/2 of the sampling period T, and After the elapsed time, the pulse width calculation result is output, but at this time, since the current changes twice in one cycle, the predicted value of the actual current is formed by adding 1/2 of the previous manipulated variable. That's what I do.

即ち前記（３）式は、Ｋｐに１／２を代入することで次
式のように変形できる。That is, the above equation (3) can be transformed into the following equation by substituting 1/2 for Kp.

Ｉｆ　’　（ｎ）　＝　Ｉｆ（ｎ）＋（１／２）ｕ　（
ｎ−１）　　＋＋＋　（４）この（４）式を（２）式に
代入して、今回のＰＷＭ操作量ｕ（ｎ）を求め、これを
電流ループの比例または比例積分量に加えて電動機を制
御する。If ' (n) = If (n) + (1/2) u (
n-1) +++ (4) Substitute this equation (4) into equation (2) to find the current PWM operation amount u(n), and add this to the proportional or proportional integral amount of the current loop to control the motor. Control.

第２図は、電動機制御系のブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of the motor control system.

図に示すように、電動機制御系は、比例積分要素からな
る速度アンプと、比例積分要素からなる電流アンプを有
しており、速度制御ループと、電流制御のマイナールー
プが含まれている。Ｋｔはトルク定数、Ｊは負荷回転軸
に換算したイナーシャである。前記のようにして求めた
ＰＷＭ操作量Ｕ（ｎ）は、電流アンプの比例精分項に加
えられるものであるが、その処理手順は、第６図のフロ
ーチャートに示すようにして行なわれる。As shown in the figure, the motor control system includes a speed amplifier consisting of a proportional-integral element and a current amplifier consisting of a proportional-integral element, and includes a speed control loop and a minor current control loop. Kt is a torque constant, and J is an inertia converted to the loaded rotating shaft. The PWM operation amount U(n) obtained as described above is added to the proportional fractional term of the current amplifier, and the processing procedure is performed as shown in the flowchart of FIG.

ここで、比例積分要素による指令信号の形成について説
明すると、第２図の電流制御ループにおいて、比例ゲイ
ンなＫｐ、積分ゲインなＫＩ、入力信号と実際値の偏差
をεｒとすると、一般に出力指令信号ｅ。（ｎ）は、 ｅ　ｏ（ｎ）　＝　ＫｐＸ　＠ｒ（ｎ）＋Σに１＠ｒ（
ｉ−１）＋＝７ ・・・（５） で表わされる。したがって、ｎ＝１．２，３．・・・ｎ
ではｅ　ｏ（１）　＝ＫｐＸ　εｒ（１）＋に１Ｘ　６
　ｒ（０）ｅ　ｏ　（２）　＝　ＫｐＸ　εｒ（２）＋
Ｋｚ（εｒ（１）＋　ｅ　ｒ（０））ｅ　６　（３）　
＝　ＫｐＸ　εｒ（３）＋に１（εｒ（２）＋εｒ（１
）　＋ｅ　ｒ（０）） ｅ　Ｏ（ｎ）　＝　ＫｐＸ　ｅ　ｒ（ｎ）＋に１（ｅ　
ｒ（ｎ−１）＋εｒ（ｎ−２）上用÷εｒ　Ｃｏ　）　
）・・・（６） となる。Here, to explain the formation of the command signal by the proportional-integral element, in the current control loop shown in Fig. 2, if Kp is the proportional gain, KI is the integral gain, and εr is the deviation between the input signal and the actual value, then the output command signal is generally e. (n) is e o(n) = KpX @r(n)+Σ1@r(
i-1)+=7...(5) It is expressed as follows. Therefore, n=1.2, 3. ...n
Then e o (1) = KpX εr (1) + 1X 6
r(0)e o (2) = KpX εr(2)+
Kz(εr(1)+e r(0))e 6 (3)
= KpX εr(3)+to 1(εr(2)+εr(1
) +e r(0)) e O(n) = KpX e r(n)+ to 1(e
r (n-1) + εr (n-2) ÷ εr Co )
)...(6) becomes.

次に、第６図のフローチャートについて説明する。εｒ
　（０）＝０を設定し、εｒ　（ｎ）を読込み、続いて
比例ゲインＫｐ、積分ゲインに工を読込む。その後、（
５）式により、ｅ＋（ｎ）＝Ｋｐεｒ（ｎ）＋ΣＫｌ　
εｒ（ｉ−１）を演算する。得ａｌ られたｅｌ（ｎ）は、リミッタ電圧Ｖ　ｃｌａｓｐと比
較され、ｅｘ（ｎ）≧Ｖｃｌａｍｐの条件が成立しない
場合には、指令信号を送付し、該条件が成立する場合に
は、方向信号りを読込み、ｎ＝Ｏであれば、ｅｌ（ｒ＋
）をＶ　ｃｌａｓｐに設定し、ｎ＝１であれば、ｅｔ（
ｎ）を−Ｖ　ｃｌａｓｐに設定して、指令信号を送付す
る。Next, the flowchart shown in FIG. 6 will be explained. εr
Set (0)=0, read εr (n), and then read the proportional gain Kp and the integral gain. after that,(
5) By formula, e+(n)=Kpεr(n)+ΣKl
Calculate εr(i-1). The obtained el(n) is compared with the limiter voltage Vclasp, and if the condition ex(n)≧Vclamp does not hold, a command signal is sent, and if the condition holds, a direction signal is sent. If n=O, el(r+
) to V clasp, and if n=1, then et(
n) is set to -V clasp and sends a command signal.

また、比例積分制御は、次のように行なうこともできる
。Further, proportional-integral control can also be performed as follows.

即ち、 ｕ　（ｎ）　　　　：今回の操作量 ｕ（ｎ−１）：前回の操作量 Ｉｆ（ｎ）　　　　：今回の電流測定値Ｉｆ（ｎ−１）
：前回の電流測定値 ＩＣ：電流設定値 に工　　　　：積分係数 Ｋｐ　　　　：比例係数 と定義すると。That is, u (n): current manipulated variable u(n-1): previous manipulated variable If(n): current measured current value If(n-1)
: Previous current measurement value IC: Adjustment to the current setting value. : Integral coefficient Kp: Defined as proportional coefficient.

＋Ｋｐ　（出止用鴨■１ ・・・　（７） と表わすことができる。（７）式のａ項は、設定値と測
定値との誤差分であり、ｂ項は、今回測定値と前回測定
値との差分を表わしている。It can be expressed as +Kp (starting point ■1... (7). The a term in equation (7) is the error between the set value and the measured value, and the b term is the difference between the current measured value and the previous value. It shows the difference from the measured value.

このような比例積分制御は、第７図において、積分ゲイ
ンＫｒと比例ゲインＫｐとを独立して制御することに該
当し、最適の状態で負荷の制御が行なえる。Such proportional-integral control corresponds to independently controlling the integral gain Kr and the proportional gain Kp in FIG. 7, and the load can be controlled in an optimal state.

したがって、本発明による誘導電動機のディジタル制御
方式によれば、ＣＰＵにより次のように行なわれる。Therefore, according to the digital control system for an induction motor according to the present invention, the CPU performs the following operations.

Ａ、速度制御 加速時には、トルク最大で加速し、定常時には一定速度
で制御する。また、減速時には、加速時間と減速時間と
が等しくなるように制御する。A. Speed control When accelerating, accelerate with maximum torque, and when steady, control at a constant speed. Further, during deceleration, control is performed so that the acceleration time and the deceleration time are equal.

Ｂ、）ルク制御 加速時には、最大パワーで制御し、定常時には、負荷と
トルクが線形になるように制御する。B.) Torque control During acceleration, control is performed at maximum power, and during steady state, control is performed so that load and torque are linear.

また、減速時には、加速時間と減速時間が等しくなるよ
うにトルクを低減して制御する。Furthermore, during deceleration, the torque is reduced and controlled so that the acceleration time and the deceleration time are equal.

Ｃ８電流制御 周波数特性を考慮して、加速時のオーバシュートと減速
時のアンダーシュートを除去するように制御する。The C8 current control is controlled to eliminate overshoot during acceleration and undershoot during deceleration, taking into account the frequency characteristics.

Ｄ、電圧制御 電流指令と実電流の振幅と位相が合致するように制御す
る。また、逆起電力を補ｒＨするように制御する。また
、逆起電力を補正するように制御する。D. Control so that the voltage control current command and the actual current match in amplitude and phase. Further, control is performed to compensate rH of the back electromotive force. Also, control is performed to correct the back electromotive force.

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、電流制御ループ
のむだ時間遅れを最小にして応答性を改善でき、誘導電
動機を指令値に対して正確に制御することができる。(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, the dead time delay of the current control loop can be minimized to improve responsiveness, and the induction motor can be accurately controlled with respect to the command value.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は、本発明方式が適用される誘導電動機のディジ
タル制御装置の概略機構を示す回路図、第２図、第４図
は、同制御方式を表現するブロック線図、第３図、第５
図は、ＰＷＭ制御の特性図、第６図は、比例積分制御の
動作フローチャートを示す図、第７図は、ＰＩ制御にお
ける制御特性を示す説明図である。 １・・・速度制御回路、２・・・界磁制御回路、６・・
・ＰＷＭ制御回路、８・・・インバータ、１０・・・誘
導電動機。Fig. 1 is a circuit diagram showing a schematic mechanism of a digital control device for an induction motor to which the method of the present invention is applied; Figs. 2 and 4 are block diagrams expressing the control method; Figs. 5
This figure is a characteristic diagram of PWM control, FIG. 6 is a diagram showing an operation flowchart of proportional-integral control, and FIG. 7 is an explanatory diagram showing control characteristics in PI control. 1... Speed control circuit, 2... Field control circuit, 6...
- PWM control circuit, 8... inverter, 10... induction motor.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 電流制御ループを有する誘導電動機の入力側に設けたイ
ンバータをパルス幅変調（ＰＷＭ）回路により制御する
誘導電動機のディジタル制御方式において、前記誘導電
動機の実電流測定のタイミングをサンプリング周期Ｔの
１／２の時点に設定する設定手段と、前記インバータへ
の１周期前の操作量の半分を電流制御ループの比例積分
量に加算する加算手段と、実電流測定からＴ／２経過後
にパルス幅演算結果を出力する制御手段とを有すること
を特徴とする誘導電動機のディジタル制御方式。In a digital control method for an induction motor in which an inverter provided on the input side of an induction motor having a current control loop is controlled by a pulse width modulation (PWM) circuit, the timing of measuring the actual current of the induction motor is set to 1/2 of the sampling period T. a setting means for setting at the point in time; an addition means for adding half of the operating amount of the inverter one cycle before to the proportional integral amount of the current control loop; 1. A digital control method for an induction motor, comprising a control means for outputting an output.