KR940008496B1 - Current control device for pwm control - Google Patents

Abstract

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Description

PWM 제어를 위한 전류 제어장치Current controller for PWM control

모터의 제어에 있어서는 종래부터 속도 지령이나 모터전류 지령을 이용하여 PWM 제어하는 방법이 널리 알려져 있다. 제4도에는, 모터 PWM 제어하는 디지탈 제어장치의 블록 구성의 일예를 나타낸다.Background Art In the motor control, a method of PWM control using a speed command or a motor current command has been widely known. 4 shows an example of a block configuration of a digital controller for controlling the motor PWM.

도면에 있어서, 컴퓨터에서의 속도 지령 신호가 속도 제어부(A)에 입력되며, 속도제어부(A)에서는 이 지령 신호와, 모터(F)에 연결된 속도 검출기(G)로 부터의 실속도 신호와의 편차에 의해 토오크 지령신호를 형성하여 토오크 제어부(B)에 송출한다. 토오크 제어부(B)에서는, 전류 지령 신호가 전류 제어부(C)에 입력되고, 전류 제어부(C)에서는 전류 검출기(E)에서 얻어진 실전류와 지령신호를 비교하여 편차신호에 의해 전압 제어부(D)를 구동하고, 모터(F)의 인가 전압을 제어하고 있다.In the figure, a speed command signal from a computer is input to the speed control unit A, and the speed control unit A compares this command signal with a real speed signal from the speed detector G connected to the motor F. The torque command signal is generated by the deviation and sent to the torque control unit B. In the torque control unit B, the current command signal is input to the current control unit C, and in the current control unit C, the real current obtained from the current detector E is compared with the command signal, and the voltage control unit D is determined by the deviation signal. Is driven to control the voltage applied to the motor (F).

상기 전류 제어부(C)에 있어서 실전류와 전류 지령신호를 비교할때에, A/D변환에 의해 얻어진 전류 정보는 그의 입력의 타이밍에 있어서는 이미 실전류의 실제치와는 차이가 있고, 그 때문에 모터 가속시에는 전류의 오버슈트가, 감속시에는 언더슈트가 생긴다. 이런 제어상의 문제점을 해소하고, 정확한 PWM 제어를 행하는 것을 목적으로 하는 발명에 관하여 출원인은 일본국 특허 출원(특원소 61-189409호)를 이미 행하고 있다. 여기에는, 모터를 구동하는 인버터의 PWM 지령을 마이크로프로세서에서 출력하는데 있어서, 1주기전의 조작량(지령 출력)의 절반분을, 금회의 조작량을 연상하기 위한 비례항 혹은 비례 적분항에 가산하고 모터의 PWM 제어에 필요한 전류 실측치를 정확하게 예측코저 하는 발명이 개시되어 있고, 이것에 의해 전류의 오버슈트를 제거하고, 안정된 제어를 행할 수 있는 것을 나타내고 있다.When comparing the real current with the current command signal in the current control unit C, the current information obtained by the A / D conversion differs from the actual value of the real current already at the timing of its input, and therefore the motor acceleration At the time of overshoot of current, at the time of deceleration, undershoot occurs. Applicant has already made a Japanese patent application (patent element 61-189409) regarding the invention which aims to solve such a control problem and to perform precise PWM control. Here, in outputting the PWM command of the inverter that drives the motor from the microprocessor, half of the operation amount (command output) before one cycle is added to the proportional term or proportional integral term for the current operation amount, and the PWM of the motor is added. The invention for accurately predicting the current measured value required for the control is disclosed, which shows that the overshoot of the current can be eliminated and stable control can be performed.

그러나, 이와 같은 종래의 전류 제어 루프의 조작량에 관하여, 쓸데 없는 시간에 의해서 생기는 오차를 최소로 하는 방법으로는, 반드시 전류 실측치가 정확히 예측되지 않기 때문에, 전류 제어 루프의 게인을 충분히 크게 하면, 한층 그의 오차량을 확대한다. 그 때문에 PWM 제어에 있어서의 전류 제어계의 응답성은, 충분히 개선되지 않는다는 문제가 있었다.However, with respect to such a conventional operation amount of the current control loop, a method of minimizing the error caused by useless time is not necessarily accurately predicted. Therefore, if the gain of the current control loop is sufficiently increased, The error amount is enlarged. Therefore, there is a problem that the responsiveness of the current control system in PWM control is not sufficiently improved.

발명의 개시Disclosure of Invention

본 발명은, 이런 문제점을 해결되도록 하는 것으로, 전류 변화 패턴을 이용하여, PWM 제어에 있어서의 실전류치를 정확히 예측할 수 있도록한 PWM 제어를 위한 전류 제어장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.An object of the present invention is to provide a current control device for PWM control that can accurately predict a real current value in PWM control by using a current change pattern.

본 발명에 있하면, 마이크로프로세서에 의해서 모터 전류를 펄스폭 변조(PWM) 제어하는 전류 제어장치에 있어서, 소정의 간격으로 디지탈치로 변화된 모터 전류치를 읽어 들이는 입력 수단과, 선행하여 읽어들인 모터 전류치와 전회의 PWM 지령치에서 결정되는 전류 변화 패턴에 의거한 모터전류의 변화분에 의해 현시점에서의 모터 전류의 예측치를 예측 연산하는 연산수단과, 상기 전류 제어장치에 입력되는 전류지령과 상기 모터 전류의 예측치의 편차에 의해 PWM 지령을 출력하는 출력 수단을 구비하여, PWM 지령의 연산에 요하는 제어시간의 지연에 의해 생기는 오차량을 보정하는 것을 특징으로 하는 PWM 제어를 위한 전류 제어장치가 제공된다.According to the present invention, there is provided a current control device for controlling a pulse width modulation (PWM) of a motor current by a microprocessor, comprising: input means for reading a motor current value changed into a digital value at a predetermined interval, and a motor current value read in advance And computing means for predicting and calculating the predicted value of the motor current at this time based on the change in the motor current based on the current change pattern determined by the previous PWM command value, and the current command input to the current control device and the motor current. A current control device for PWM control is provided, comprising output means for outputting a PWM command due to a deviation of the predicted value, and correcting an error amount caused by a delay of a control time required for calculation of the PWM command.

따라서 본 발명의 PWM 제어를 위한 전류 제어장치는, 모터 전류의 지령 전압치에 의해 규정되는 전류변화 패턴에 의거한 모터전류의 변화분에 의해 읽어들인 모터전류치를 보정하여 현시점에서의 모터 전류치로 에측하도록 하고 있다.Therefore, the current control device for PWM control of the present invention corrects the motor current value read by the change of the motor current based on the current change pattern defined by the command voltage value of the motor current, and predicts the motor current value at the present time. I'm trying to.

발명을 실시하기 위한 최량의 형태Best Mode for Carrying Out the Invention

이하, 도면에 의하여 본 발명의 1실시예에 관하여 상세히 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제1도는 3상 모터(1)를 인버터 제어하는 PWM 제어를 위한 전류 제어장치의 개략 구성을 나타내고 있다. 3상 교류 전원은 정류기(2)에 의해서 직류 변환되어 직류 전압(Vdc)이 3쌍의 스윗칭 트랜지스터에 인가되고 있다. 마이크로프로세서 구성의 제어장치(3)는, 모터의 전류제어를 위한 PWM 예측제어 회로로서 모터 전류치를 소정의 간격으로 디지탈로 변환하기 위한 A/D변환 회로(11)와, 선행하여 읽어들인 모터 전류치와 전회의 PWM 지령치로 부터 결정되는 전류변화 패턴에 의한 모터 전류 변화분에 의해서 현시점에서의 모터 전류의 예측치를 예측연산하는 연산처리부(12)와, 상기 모터전류의 예측치와 전류지령치의 차이에 따라서 출력할 PWM 지령치를 연산하는 PWM 지령 연산부(13)와, 연산된 PWM 지령치를 펄스폭 변조하여 트랜지스터를 ON/OFF 시키는 PWM 제어회로(14)로 구성되며, 여기에서 출력되는 PWM 지령 신호에 대응하여 모터 전류(Iu,Iv,Iw)가 모터(1)의 각 권선으로 흐른다. 이중 U상 전류 Iu와 V상 전류 Iv는, 전류검출기(도시생략)에 의해 검출되고, 모터전류치로서 제어회로(3)에 귀환되고 있다. 이 제어회로(3)에서는 도시하지 않은 속도 연산부에서 전류 지령용의 전압 신호(Vuc,Vvc,Vwc)가 입력되어, 모터 전류치와의 사이에서 소정의 PWM 연산이 행하여진다. 본 실시예에서는, 이하와 같이 모터 전류의 변화 패턴에 따라 보정된 PWM 지령 신호가 형성되고 있다.1 shows a schematic configuration of a current control device for PWM control for inverter control of the three-phase motor 1. The three-phase AC power supply is DC-converted by the rectifier 2, and a DC voltage Vdc is applied to three pairs of switching transistors. The control device 3 of the microprocessor configuration includes an A / D conversion circuit 11 for converting the motor current value into digital at a predetermined interval as a PWM predictor control circuit for controlling the current of the motor, and the motor current value read in advance. And arithmetic processing unit 12 for predicting and calculating the predicted value of the motor current at this time by the change of the motor current by the current change pattern determined from the previous PWM command value, and according to the difference between the predicted value of the motor current and the current command value. And a PWM command circuit 13 for calculating the PWM command value to be output, and a PWM control circuit 14 for turning the transistor on and off by pulse width modulating the calculated PWM command value. Motor currents Iu, Iv, Iw flow into each winding of motor 1. The dual U-phase current Iu and the V-phase current Iv are detected by a current detector (not shown) and returned to the control circuit 3 as a motor current value. In this control circuit 3, voltage signals Vuc, Vvc, Vwc for current command are input from a speed calculating section (not shown), and predetermined PWM calculation is performed between the motor current values. In this embodiment, the PWM command signal corrected according to the change pattern of the motor current is formed as follows.

즉, 모터 전류는 자기의 상과 다른 2상의 전위가 동일의 경우에는, 변화하지 않고 다른 1상과는 동 전위로 또 다른 1상과는 다른 경우, 혹은 다른 2상의 어느 것과도 다른 경우에는, 각각 다음과 같이 전류치가 변화한다.That is, the motor current does not change when the potential of its own phase and the other two phases are the same, and is different from another one phase or different from any other two phases at the same potential as the other one phase, Each value changes as follows.

전자의 경우에는, 전류 변화의 크기 △I는, 부하 임피던스, 인덕턴스에 의해 규정된다. 결국 직류 전압(Vdc)은,In the former case, the magnitude? I of the current change is defined by the load impedance and the inductance. After all, the DC voltage (Vdc)

Vdc=L(dI/dt)Vdc = L (dI / dt)

로 표시되기 때문에, 전류 변화의 크기 △I는,Since the magnitude of the current change ΔI,

△I=(1/L)×Vdc×△TΔI = (1 / L) × Vdc × ΔT

가 된다. 또 후자의 경우에는, 2△I가 된다. 전류 변화의 크기는, 자기와 다른 전위에 있는 위상의 수 및 그의 시간에 비례하기 때문이다. 거기서 L,V를 일정하게 가정하고, (1/L)×Vdc=K₁으로 치환하면, △T는 PWM 지령치(Vuc,Vvc,Vwc)이 차이에 의해 치환될 수 있기 때문에 각각 각 상의 전류 변화의 크기는 △I는,Becomes In the latter case, it is 2ΔI. This is because the magnitude of the current change is proportional to the number of phases and their time at a potential different from that of the magnet. If L and V are constantly assumed and replaced with (1 / L) x Vdc = K ₁ , ΔT is the current change of each phase because the PWM command values (Vuc, Vvc, Vwc) can be replaced by the difference. The size of △ I,

△Iu=K₁(Vuc-Vvc)+K₁(Vuc-Vwc)ΔIu = K ₁ (Vuc-Vvc) + K ₁ (Vuc-Vwc)

△Iv=K₁(Vvc-Vuc)+K₁(Vvc-Vwc)ΔIv = K ₁ (Vvc-Vuc) + K ₁ (Vvc-Vwc)

△Iw=K₁(Vwc-Vuc)+K₁(Vwc-Vvc) .....................................(1)△ Iw = K ₁ (Vwc-Vuc) + K ₁ (Vwc-Vvc) ... .....(One)

로 추정하여 연산하는 것이 가능하게 된다.It is possible to calculate by estimating.

다음에, 제2도의 플루오챠트에 의해 상기 제어회로(3)에서 모터 전류의 변화분을 예측 연산하여 보정된 PWM 지령을 출력하는 연산 스텝에 관하여 설명한다.Next, a calculation step of outputting a corrected PWM command by predicting a change in the motor current by the control circuit 3 by the fluorochart of FIG. 2 will be described.

모터 전류치를 샘플링하고 있는 펄스의 P_n-1의 타이밍에서의 데이터를 Id(n-1)로 한다. 먼저 디지탈치로 변환된 모터 전류치(Id)를 검출하고(스텝 a), 상기 (1)식에 의해, 전희의 PWM 지령치에 의거하여 모터전류의 변화분 △I(n-1)을 계산한다(스텝 b). 이들 Id(n-1)과 △I(n-1)를 가산하여 현시점 즉 다음의 샘플링펄스(Pn)에서의 모터 전류의 예측치로 한다(스텝 c). 이것을 모터전류치[IF(n)]로 간주하여, 그 시점에서 제어 회로(3)에 입력되는 전류 지령[Ic(n)]과의 편차를 연산하여(스텝 d), PWM 지령 신호는 그의 연산에 요하는 제어시간의 지연이 보정된 것이 된다.Let Id (n-1) be the data at the timing of P _n-1 of the pulse sampling the motor current value. First, the motor current value Id converted into a digital value is detected (step a), and the change in motor current ΔI (n-1) is calculated based on the PWM command value of the foreplay by the above formula (1) (step 1). b). These Id (n-1) and ΔI (n-1) are added to the current value, that is, the predicted value of the motor current at the next sampling pulse Pn (step c). This is regarded as the motor current value IF (n), and the deviation from the current command Ic (n) input to the control circuit 3 at that time is calculated (step d), so that the PWM command signal The required delay of the control time is corrected.

제3도는, PWM 반송파를 3각파로서, 전류 지령 전압(Vuc,Vvc,Vwc)과의 비교에 의해 전류 제어하는 경우의 타이밍 파형을 나타내고 있다.3 shows a timing waveform when the current is controlled by comparison with the current command voltages Vuc, Vvc, Vwc as a triangular wave with a PWM carrier.

동도(a)와 같이 전류 지령 전압(Vuc,Vvc,Vwc)이 각각 입력되고 있을때에, 상기 제어회로(3)에서는 실전류의 샘플링의 타이밍 n-1,n....으로 입력되는 모터 전류에 대하여, 연산시간에 의한 지연이 생기는 바, 동도(c)에 나타내는 트랜지스터 온·오프 신호에 의거하여 모터 전류의 변화 패턴을 이용하면, 동도(d)의 실전류를 예측할 수 있다. 따라서 전류 피이드백 신호는 실제치에 접근하고, 전류 제어할 때의 연산시간의 지연을 등가적으로 작게하며, 전류제어 루우프의 게인을 자유로이 설정하는 것을 가능하게 한다.When the current command voltages Vuc, Vvc, and Vwc are respectively inputted as shown in the diagram (a), the control circuit 3 inputs the motor current input at the timings n-1, n .... of the sampling of the real current. On the other hand, since a delay due to the calculation time occurs, the actual current of the figure d can be predicted by using the change pattern of the motor current based on the transistor on / off signal shown in the figure c. Therefore, the current feedback signal approaches the actual value, makes the delay of the calculation time at the time of current control equivalently small, and makes it possible to freely set the gain of the current control loop.

이상, 본 발명의 1실시예를 설명하였으나, 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 요지의 범위내에서 여러 가지의 변형이 가능하고, 이들을 본 발명의 범위에서 배제하는 것은 아니다.As mentioned above, although one Example of this invention was described, this invention is not limited to this, A various deformation | transformation is possible within the scope of the summary of this invention, and these are not excluded from the scope of this invention.

산업상의 이용 가능성Industrial availability

본 발명의 PWM 제어를 위한 전류 제어장치에서는 제어상의 지연 시간을 무시하는 것이 가능하게 되고, 전류 제어 루우프의 게인을 자유로이 설정하는 것이 가능하게 되어, 전류 제어계의 응답성이 개선된다.In the current control device for PWM control of the present invention, it is possible to ignore the control delay time, and to freely set the gain of the current control loop, thereby improving the responsiveness of the current control system.

본 발명은 마이크로 프로세서를 이용하여 모터 전류를 펄스폭변조(PWM) 제어하는 전류 제어장치에 관한 것이다.The present invention relates to a current control device for controlling a pulse width modulation (PWM) of a motor current using a microprocessor.

제1도는 본 발명의 1실시예를 나타내는 블록도.1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.

제2도는 보정된 PWM 지령을 출력하는 연산 순서를 나타내는 흐름도.2 is a flowchart showing an operation sequence for outputting a corrected PWM command.

제3도는 전류 제어의 타이밍을 나타내는 설명도.3 is an explanatory diagram showing timing of current control.

제4도는 모터를 PWM 제어하는 디지탈 제어장치의 블록 구성도.4 is a block diagram of a digital controller for PWM controlling a motor.

Claims (1)

마이크로프로세서에 의해서 모터(1)의 전류(Iu,Iv,Iw)를 펄스폭 변조(PWM) 제어하는 것으로서 PWM 지령의 연산에 요하는 제어시간의 지연에 의해 생기는 오차량을 보정하는 PWM 제어를 위한 전류제어장치(3)에 있어서, 소정이 간격으로 읽어드린 모터전류치를 디지탈로 변환하는 변환수단(11)과, 상기 디지탈로 변환된 선행하여 읽어드린 모터 전류치[Id(n-1)]와 전회(P_n-1)의 PWM 지령치(Vuc,Vvc,Vwc)로부터 하기식에 의해 결정되는 전류변화 패턴에 의거한 모터전류 변환부[△I(n-1)]에 의해서 현시점에서의 모터전류의 예측치[IF(n)=Id(n-1)+△I(n-1)]를 예측연산하는 연산수단(12)과, 상기 전류제어장치(3)에 입력하는 전류지령[Ic(n)]과 상기 모터전류의 예측치[If(n)]의 편차[Ic(n)-If(n)]에 의해 금회에 출력할 PWM 지령치를 연산하는 PWM 지령연산부(13)와, 연산된 금회의 PWM 지령치를 펄스폭 변조하여 모터(1) 구동 트랜지스터를 ON/OFF시키기 위한 신호를 생성하는 PWM 제어수단(14)를 구비함을 특징으로 하는 PWM 제어를 위한 전류제어장치:For PWM control to correct the amount of error caused by the delay of the control time required for the calculation of the PWM command by controlling the pulse width modulation (PWM) of the currents (Iu, Iv, Iw) of the motor 1 by a microprocessor. In the current control device 3, the converting means 11 for converting the motor current value read at predetermined intervals into digital, the previously read motor current value Id (n-1) converted into the digital, and the previous time. From the PWM command value (Vuc, Vvc, Vwc) of (P _n-1 ), the motor current converting part [ΔI (n-1)] based on the current change pattern determined by the following equation Arithmetic means 12 for predicting and calculating the predicted value IF (n) = Id (n-1) + ΔI (n-1) and a current command Ic (n) input to the current control device 3; ] And the PWM command calculation section 13 for calculating the PWM command value to be output at this time by the deviation [Ic (n) -If (n)] between the predicted value If (n) of the motor current and the calculated current PWM. Setpoint Current control apparatus for PWM control, characterized by a pulse width modulation also includes a PWM control means 14 for generating a signal for ON / OFF the motor (1) driving transistor: △Iu=K₁(Vuc-Vvc)+K₁(Vuc-Vwc)ΔIu = K ₁ (Vuc-Vvc) + K ₁ (Vuc-Vwc) △Iv=K₁(Vvc-Vuc)+K₁(Vvc-Vwc)ΔIv = K ₁ (Vvc-Vuc) + K ₁ (Vvc-Vwc) △Iw=K₁(Vwc-Vuc)+K₁(Vwc-Vvc)ΔIw = K ₁ (Vwc-Vuc) + K ₁ (Vwc-Vvc) 단, △Iu, △Iv, △Iw는 각 상의 전류변화의 크기, K₁=1/L×Vdc(L=인덕턴스, Vdc=직류전압).However, ΔIu, ΔIv, and ΔIw are the magnitude of the current change in each phase, K ₁ = 1 / L × Vdc (L = inductance, Vdc = DC voltage).

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