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JP7629818B2 - AC motor drive control device and drive control method - Google Patents
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Description

本発明は、交流電動機の駆動制御装置および駆動制御方法に関し、電気鉄道車両、電気自動車、産業用インバータ、風力発電システムおよびディーゼル発電機システム等に適用されるものである。 The present invention relates to a drive control device and drive control method for an AC motor, and is applicable to electric railway vehicles, electric vehicles, industrial inverters, wind power generation systems, diesel generator systems, etc.

近年の省エネルギー化や環境負荷低減の要求の高まりから、交流電動機の駆動制御装置は、家電製品、産業機器、インフラなど幅広い用途にその普及が進んでいる。
一般に交流電動機を可変速駆動するためには、直流電力を任意の周波数と電圧に変換するインバータ装置が用いられる。そのインバータ装置は、半導体スイッチング素子を用いた主回路と前記スイッチング素子を制御する制御器から構成され、例えば、前記スイッチング素子を任意のキャリア周波数でパルス幅変調制御(以下、「PWM制御」と称する)することにより、交流電動機への印加電圧および周波数を制御し、交流電動機の可変速駆動を行っている。
Due to the increasing demand for energy saving and reducing the environmental load in recent years, drive control devices for AC motors are becoming increasingly popular in a wide range of applications, such as home appliances, industrial equipment, and infrastructure.
In general, an inverter device that converts DC power into an arbitrary frequency and voltage is used to drive an AC motor at a variable speed. The inverter device is composed of a main circuit using semiconductor switching elements and a controller that controls the switching elements, and controls the voltage and frequency applied to the AC motor by, for example, pulse width modulation control (hereinafter referred to as "PWM control") of the switching elements at an arbitrary carrier frequency, thereby driving the AC motor at a variable speed.

交流電動機の駆動制御方法としては、交流電動機の主磁束方向に流れる電流とその主磁束方向に直交する方向に流れる電流がそれぞれ指令値と一致するように、比例・積分によるフィードバック制御することで交流電動機のトルクを制御する手法が知られている。 A known method for driving and controlling an AC motor is to control the torque of the AC motor by proportional-integral feedback control so that the current flowing in the direction of the main magnetic flux of the AC motor and the current flowing in a direction perpendicular to the main magnetic flux direction each match a command value.

しかしながら、インバータ装置で出力可能な最大電圧の大きさは、インバータ装置に接続される直流電源電圧の大きさによって制限される。そのため、交流電動機の高速回転時や直流電源電圧の低下時にインバータ装置の出力電圧が飽和した場合、交流電動機に流れる電流を指令値に一致させるために比例・積分によるフィードバック制御を行うと、フィードバック電流と指令値の偏差を積分し続けることになり、交流電動機の電流やトルクが振動、発散するなど制御系が不安定に陥りやすくなる。 However, the maximum voltage that can be output by an inverter device is limited by the magnitude of the DC power supply voltage connected to the inverter device. Therefore, if the output voltage of the inverter device becomes saturated when the AC motor is rotating at high speed or the DC power supply voltage drops, and proportional/integral feedback control is performed to match the current flowing through the AC motor to the command value, the deviation between the feedback current and the command value will continue to be integrated, and the current and torque of the AC motor will oscillate and diverge, making the control system prone to instability.

そこで、インバータ装置の出力電圧が飽和した場合は、インバータ出力電圧が最大となる方形波電圧を出力する電圧制御(同期1パルス制御)に交流電動機の制御方法を切り換える必要がある。上記した電流制御から電圧制御に切り換える手法として、例えば、特許文献1に開示されている。 Therefore, when the output voltage of the inverter device becomes saturated, it is necessary to switch the control method of the AC motor to voltage control (synchronous one-pulse control) that outputs a square wave voltage that maximizes the inverter output voltage. A method for switching from current control to voltage control as described above is disclosed, for example, in Patent Document 1.

特許文献1には、電力変換装置の出力電圧が飽和状態になった場合、電流制御の積分項を徐々に零に収束させて積分制御を停止させて、電流制御から電圧制御へ制御方法を切り換える技術、が開示されている。 Patent document 1 discloses a technique in which, when the output voltage of a power conversion device becomes saturated, the integral term of current control is gradually converged to zero, the integral control is stopped, and the control method is switched from current control to voltage control.

特開2011-72190号公報JP 2011-72190 A

特許文献1に開示の技術は、インバータ装置の直流電源電圧の低下等により電動機への印加電圧が飽和した場合に、回転座標系上のd軸およびq軸の積分項を徐々に零に収束させ、電流制御から電圧制御へ制御を滑らかに切り換えるものである。そのため、インバータ装置の出力電圧が飽和したか否かを判定し、その判定値に応じて電流制御と電圧制御を切り換える必要がある。 The technology disclosed in Patent Document 1 is to gradually converge the integral terms of the d-axis and q-axis in the rotating coordinate system to zero and smoothly switch control from current control to voltage control when the voltage applied to the motor becomes saturated due to a drop in the DC power supply voltage of the inverter device, etc. For this reason, it is necessary to determine whether the output voltage of the inverter device is saturated and to switch between current control and voltage control depending on the determined value.

しかし、インバータ装置の出力電圧が飽和した高速域での交流電動機の制御において、インバータ装置に接続される直流電源電圧が変動した場合、その制御方法の切り換え動作が頻繁に行われることになり、制御応答の遅れやトルク、電流の切り換えショックの原因になる恐れがある。 However, when controlling an AC motor at high speeds where the inverter output voltage is saturated, if the DC power supply voltage connected to the inverter fluctuates, the control method will have to be switched frequently, which may cause delays in control response and shocks when switching torque or current.

したがって、本発明の目的は、上記の課題に鑑み、インバータ出力電圧の飽和状態に応じて制御方式を切り換える必要がなく、かつベクトル制御の制御安定性を向上する交流電動機の駆動制御装置および駆動制御方法を提供することである。 Therefore, in view of the above problems, the object of the present invention is to provide a drive control device and a drive control method for an AC motor that does not require switching of the control method depending on the saturation state of the inverter output voltage and improves the control stability of vector control.

上記の課題を解決するために、代表的な本発明の交流電動機の駆動制御装置の一つは、電圧指令に基づくベクトル制御を用いて電力変換器により駆動される交流電動機の駆動制御装置であって、交流電動機の直交する2つの回転座標軸であるd軸およびq軸それぞれの電流指令値を生成する電流指令演算部と、交流電動機に流れる電流を検出してd軸およびq軸それぞれの電流検出値に変換する電流検出手段と、d軸およびq軸それぞれの電流指令値、d軸およびq軸それぞれの電流検出値および交流電動機の回転速度に基づいて、d軸およびq軸それぞれの電圧指令を演算する電圧指令演算部とを備え、電圧指令演算部は、d軸の電圧指令を、d軸の電流指令値の比例演算結果に対してd軸の電流指令値とd軸の電流検出値とのd軸電流偏差の比例演算に基づくd軸電流フィードバック制御により当該演算の結果を加算し、当該加算した値からq軸の電流指令値とq軸の電流検出値とのq軸電流偏差の積分出力の比例積分演算結果に回転速度を乗算した値を減算して算出し、q軸の電圧指令を、q軸電流偏差の比例演算およびq軸電流偏差の比例積分演算に基づくq軸電流フィードバック制御により双方の演算の結果を加算し、当該加算した値に対して、d軸の電流指令値の比例演算結果に回転速度を乗算した値および回転速度の比例演算結果の値をそれぞれ加算して算出するものである。 In order to solve the above problems, one representative drive control device for an AC motor of the present invention is a drive control device for an AC motor driven by a power converter using vector control based on a voltage command, and includes a current command calculation unit that generates current command values for each of a d-axis and a q-axis, which are two orthogonal rotation coordinate axes of the AC motor, current detection means that detects currents flowing through the AC motor and converts them into current detection values for each of the d-axis and q-axis, and a voltage command calculation unit that calculates voltage commands for each of the d-axis and q-axis based on the current command values for each of the d-axis and q-axis, the current detection values for each of the d-axis and q-axis, and the rotation speed of the AC motor, and the voltage command calculation unit: The d-axis voltage command is calculated by adding the result of proportional calculation of the d-axis current command value to the result of proportional calculation of the d-axis current deviation between the d-axis current command value and the d-axis current detection value using d-axis current feedback control based on proportional calculation of the d-axis current deviation between the d-axis current command value and the d-axis current detection value, and subtracting from the sum a value obtained by multiplying the result of proportional and integral calculation of the integral output of the q-axis current deviation between the q-axis current command value and the q-axis current detection value by the rotational speed. The q-axis voltage command is calculated by adding the results of both calculations using q-axis current feedback control based on proportional calculation of the q-axis current deviation and proportional and integral calculation of the q-axis current deviation, and adding to the sum a value obtained by multiplying the result of proportional calculation of the d-axis current command value by the rotational speed and the value of the result of the proportional calculation of the rotational speed, respectively .

本発明によれば、インバータ装置の直流電源電圧変動時の制御方式の切換え処理による制御応答の遅延や、電流、トルクの振動の発生を回避し、PWM制御による多パルス駆動から同期1パルス駆動まで適用可能で、安定かつ応答性の高い電動機駆動制御の実現が可能になる。
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施をするための形態における説明により明らかにされる。
According to the present invention, it is possible to avoid delays in control response and the occurrence of current and torque vibrations due to the process of switching control methods when the DC power supply voltage of the inverter device fluctuates, and it is possible to realize stable and highly responsive motor drive control that can be applied from multi-pulse drive using PWM control to synchronous one-pulse drive.
Problems, configurations and effects other than those described above will become apparent from the description of the following embodiments.

本発明の実施例1に係る交流電動機の駆動制御装置の構成例を表すブロック図である。1 is a block diagram illustrating an example of the configuration of a drive control device for an AC motor according to a first embodiment of the present invention. 本発明による交流電動機の駆動制御において使用される座標系と記号の定義を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a coordinate system and definitions of symbols used in drive control of an AC motor according to the present invention. 実施例1に係るベクトル制御部の構成例を表すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of a vector control unit according to the first embodiment. 実施例1に係る電圧ベクトル演算部の構成例を表すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of a configuration of a voltage vector calculation unit according to the first embodiment. 実施例1に係るdc軸電圧指令演算部の構成例を表すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of a dc axis voltage command calculation unit according to the first embodiment. 実施例1に係るqc軸電圧指令演算部の構成例を表すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of a qc-axis voltage command calculation unit according to the first embodiment. 本発明の実施例2に係る交流電動機の駆動制御装置の構成例を表すブロック図である。FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration example of a drive control device for an AC motor according to a second embodiment of the present invention. 実施例2に係るベクトル制御部の構成例を表すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram illustrating a configuration example of a vector control unit according to a second embodiment. 実施例2に係る第一の電圧ベクトル演算部の構成例を表すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram illustrating a configuration example of a first voltage vector calculation unit according to a second embodiment. 実施例2に係る第二の電圧ベクトル演算部の構成例を表すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram illustrating a configuration example of a second voltage vector calculation unit according to the second embodiment. 実施例2に係る第二のdc軸電圧指令演算部の構成例を表すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram illustrating a configuration example of a second dc axis voltage command calculation unit according to the second embodiment. 実施例2に係る第二のqc軸電圧指令演算部の構成例を表すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram illustrating a configuration example of a second qc-axis voltage command calculation unit according to the second embodiment. 本発明の実施例3に係る交流電動機の駆動制御装置の構成例を表すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram illustrating a configuration example of a drive control device for an AC motor according to a third embodiment of the present invention. 実施例3に係るベクトル制御部の構成例を表すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram illustrating a configuration example of a vector control unit according to a third embodiment. 本発明の実施例4に係る交流電動機の駆動制御装置の構成例を表すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram illustrating a configuration example of a drive control device for an AC motor according to a fourth embodiment of the present invention. 実施例4に係るベクトル制御部の構成例を表すブロック図である。FIG. 13 is a block diagram illustrating a configuration example of a vector control unit according to a fourth embodiment. 本発明の実施例5に係る交流電動機の駆動制御装置の構成例を表すブロック図である。FIG. 13 is a block diagram illustrating a configuration example of a drive control device for an AC motor according to a fifth embodiment of the present invention. 実施例5に係るベクトル制御部の構成例を表すブロック図である。FIG. 13 is a block diagram illustrating a configuration example of a vector control unit according to a fifth embodiment. 本発明の実施例6に係る交流電動機の駆動制御装置の構成例を表すブロック図である。FIG. 13 is a block diagram illustrating a configuration example of a drive control device for an AC motor according to a sixth embodiment of the present invention. 実施例6に係るベクトル制御部の構成例を表すブロック図である。FIG. 13 is a block diagram illustrating a configuration example of a vector control unit according to a sixth embodiment. 実施例6に係る電圧ベクトル演算部の構成例を表すブロック図である。FIG. 13 is a block diagram illustrating a configuration example of a voltage vector calculation unit according to a sixth embodiment. 実施例6に係るdc軸電圧指令演算部の構成例を表すブロック図である。FIG. 13 is a block diagram illustrating a configuration example of a dc axis voltage command calculation unit according to a sixth embodiment. 実施例6に係るqc軸電圧指令演算部の構成例を表すブロック図である。FIG. 13 is a block diagram illustrating a configuration example of a qc-axis voltage command calculation unit according to a sixth embodiment. 本発明の実施例7として、実施例1から6のいずれかを用いた交流電動機の駆動制御装置を搭載する鉄道車両の一部の概略構成を表すブロック図である。FIG. 13 is a block diagram showing a schematic configuration of a part of a railway vehicle equipped with a drive control device for an AC motor using any one of the first to sixth embodiments, as a seventh embodiment of the present invention.

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態として、実施例1~7について詳細に説明する。なお、同一の要素については、全ての図において、原則として同一の符号を付している。また、同一の機能を有する部分については、重複した説明を省略する。以下で説明する実施例および変形例は、矛盾しない範囲で、その一部または全部を組み合わせてもよい。 Below, with reference to the drawings, examples 1 to 7 will be described in detail as modes for carrying out the present invention. In principle, the same reference numerals are used in all drawings to refer to the same elements. Furthermore, duplicated descriptions of parts having the same functions will be omitted. The examples and variations described below may be combined in part or in whole as long as they are not inconsistent.

図1は、本発明の実施例1に係る交流電動機の駆動制御装置の構成例を表すブロック図である。図1では、制御対象である交流電動機103、交流電動機103を駆動する電力変換器102、電力変換器102を制御する制御器101、交流電動機103のトルク指令Tm*を発生する指令発生器105、交流電動機103に流れる電流を検出する相電流検出部121および交流電動機103の回転速度を検出する回転速度検出部124、を備える。 Fig. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of a drive control device for an AC motor according to a first embodiment of the present invention. In Fig. 1, the device includes an AC motor 103 to be controlled, a power converter 102 that drives the AC motor 103, a controller 101 that controls the power converter 102, a command generator 105 that generates a torque command Tm* for the AC motor 103, a phase current detection unit 121 that detects the current flowing through the AC motor 103, and a rotational speed detection unit 124 that detects the rotational speed of the AC motor 103.

交流電動機103は、電力変換器102から出力される交流電力により制御される電動機である。なお、本発明の各実施例では、交流電動機の一種として、誘導電動機を例に発明内容を説明するが、この電動機に限定されるものではなく、本発明は他のすべての交流電動機に適用可能である。また、本発明の各実施例では交流電動機を例にしているが、交流発電機を制御対象としても交流電動機の場合と同様の効果が得られる。 The AC motor 103 is a motor that is controlled by the AC power output from the power converter 102. Note that in each embodiment of the present invention, the invention is described using an induction motor as an example of a type of AC motor, but the invention is not limited to this motor and can be applied to all other AC motors. Also, although each embodiment of the present invention uses an AC motor as an example, the same effects as in the case of an AC motor can be obtained even if an AC generator is controlled.

電力変換器102は、電力変換器102に直流電力を供給する入力端子123aと123b、6個のスイッチング素子Sup~Swnで構成される主回路部132、主回路部132を直接駆動するゲート・ドライバ133、電力変換器102の過電流保護用に取り付けた直流抵抗器134および平滑用コンデンサ131、を備える。また、電力変換器102は、入力端子123a、123bから供給される直流電力を、制御器101が生成したゲート指令信号に基づいて交流電力に変換し、変換した交流電力を交流電動機103に供給する。 The power converter 102 includes input terminals 123a and 123b that supply DC power to the power converter 102, a main circuit section 132 consisting of six switching elements Sup to Swn, a gate driver 133 that directly drives the main circuit section 132, a DC resistor 134 and a smoothing capacitor 131 that are installed for overcurrent protection of the power converter 102. The power converter 102 also converts the DC power supplied from the input terminals 123a and 123b into AC power based on a gate command signal generated by the controller 101, and supplies the converted AC power to the AC motor 103.

相電流検出部121は、電力変換器102から交流電動機103に流れる交流電流iuおよびiwを検出する。この相電流検出部121は、例えばホール素子を用いた電流センサにより実現される。なお、図1に示す相電流検出部121は、2相検出による交流電流検出の構成としているが、3相検出としてもよい。また、相電流センサを用いず、電力変換器102の過電流保護用に取り付けられた直流抵抗器134を流れる電流値から推定される交流電流値を用いてもよい。 The phase current detection unit 121 detects the AC currents iu and iw that flow from the power converter 102 to the AC motor 103. This phase current detection unit 121 is realized by a current sensor using a Hall element, for example. Note that the phase current detection unit 121 shown in FIG. 1 is configured to detect AC current by two-phase detection, but it may also be configured to detect three phases. Also, instead of using a phase current sensor, it may be possible to use an AC current value estimated from the current value flowing through a DC resistor 134 installed for overcurrent protection of the power converter 102.

回転速度検出部124は、交流電動機103の回転速度ωrmを検出する。この回転速度検出部124は、例えばエンコーダなどにより実現される。また、検出された交流電動機103の回転速度ωrmから速度演算部115にて交流電動機103の回転速度の電気角周波数ωreを算出し、更にベクトル制御部112にてベクトル制御のインバータ周波数ω1を算出する。 The rotation speed detection unit 124 detects the rotation speed ωrm of the AC motor 103. This rotation speed detection unit 124 is realized by, for example, an encoder. Furthermore, the speed calculation unit 115 calculates the electrical angular frequency ωre of the rotation speed of the AC motor 103 from the detected rotation speed ωrm of the AC motor 103, and further the vector control unit 112 calculates the inverter frequency ω1 for vector control.

なお、永久磁石同期電動機など回転子位置を検出する必要がある場合には、回転速度検出部124の代わりに、例えばレゾルバやエンコーダ、磁気センサなどを用いて回転子位置を検出し、その回転子位置に基づいて交流電動機の回転速度を算出すればよい。 When it is necessary to detect the rotor position, such as in a permanent magnet synchronous motor, the rotor position can be detected using, for example, a resolver, an encoder, or a magnetic sensor instead of the rotational speed detection unit 124, and the rotational speed of the AC motor can be calculated based on the rotor position.

更には、回転位置センサや速度センサを用いず、電圧指令値や電流検出値などに基づいて、交流電動機103の回転速度ωrや回転子位置θdを推定したものを用いて、速度センサレスや位置センサレスとする構成としてもよい。 Furthermore, instead of using a rotational position sensor or a speed sensor, the rotational speed ωr and rotor position θd of the AC motor 103 may be estimated based on a voltage command value and a current detection value, thereby making the configuration speed sensorless and position sensorless.

指令発生器105は、制御器101の上位に位置する制御器で、交流電動機へのトルク指令Tm*を発生する。 The command generator 105 is a controller located above the controller 101, and generates a torque command Tm* for the AC motor.

制御器101は、指令発生器105からのトルク指令Tm*に基づき、交流電動機103の発生トルクを制御する。この制御器としては、例えば、交流電動機103に流れる電流を制御する場合には電流制御器が、あるいは、回転速度や位置を制御する場合には速度制御器や位置制御器が、用いられる。実施例1では、トルクの制御を行うことを目的とするトルク制御器として動作しているが、上位の制御器として速度制御器や位置制御器を用いた構成としてもよい。 The controller 101 controls the torque generated by the AC motor 103 based on the torque command Tm* from the command generator 105. For example, a current controller is used to control the current flowing through the AC motor 103, or a speed controller or a position controller is used to control the rotational speed or position. In the first embodiment, the controller 101 operates as a torque controller for the purpose of controlling torque, but a speed controller or a position controller may be used as a higher-level controller.

制御器101の構成としては、電流指令演算部111、ベクトル制御部112、電流検出部113、dq座標変換部114、速度演算部115、位相演算部116、極座標変換部117、UVW座標変換部118およびPWM信号制御器119、を備える。 The controller 101 is configured to include a current command calculation unit 111, a vector control unit 112, a current detection unit 113, a dq coordinate conversion unit 114, a speed calculation unit 115, a phase calculation unit 116, a polar coordinate conversion unit 117, a UVW coordinate conversion unit 118, and a PWM signal controller 119.

また、制御器101は、交流電動機103を流れる交流電流iuおよびiwの検出値である交流電流検出値IuおよびIw、回転速度検出部124からの交流電動機103の回転速度ωrmおよび指令発生器105からのトルク指令Tm*に基づいた電流制御系と位相制御系の演算結果から、電力変換器102のスイッチング素子を駆動するためのゲート指令信号を生成し、電力変換器102のゲート・ドライバ133に供給する。 The controller 101 also generates a gate command signal for driving the switching elements of the power converter 102 from the calculation results of the current control system and the phase control system based on the AC current detection values Iu and Iw, which are the detection values of the AC currents iu and iw flowing through the AC motor 103, the rotation speed ωrm of the AC motor 103 from the rotation speed detection unit 124, and the torque command Tm* from the command generator 105, and supplies the signal to the gate driver 133 of the power converter 102.

図2は、本発明による交流電動機103の駆動制御において使用される座標系と記号の定義を示す図である。ここで、交流電動機103としては、上述のとおり、誘導電動機を例に説明する。
図2では、a軸とb軸で定義されるab軸座標系は、誘導電動機の固定子巻線の位相を表す固定子座標系である。a軸は、一般的に誘導電動機のu相巻線位相が基準にとられる。
2 is a diagram showing a coordinate system and definitions of symbols used in the drive control of the AC motor 103 according to the present invention. Here, as described above, the AC motor 103 will be described by taking an induction motor as an example.
In Fig. 2, the ab-axis coordinate system defined by the a-axis and the b-axis is a stator coordinate system that represents the phase of the stator winding of the induction motor. The a-axis is generally taken as the reference for the u-phase winding phase of the induction motor.

d軸とq軸で定義されるdq軸座標系は、誘導電動機の回転子に励磁される磁束方向を表す回転子座標系である。
dc軸とqc軸で定義されるdc-qc軸座標系は、制御器101がd軸およびq軸方向と想定している座標系であり、制御軸とも呼ばれる。
なお、各座標系において組み合わされる座標軸同士は、いずれも互いに直交している。
上記の各座標系において、図2に示すように、a軸を基準としたd軸およびdc軸の各軸の位相を、θdおよびθdcとそれぞれ表す。また、d軸に対するdc軸の偏差をΔθcと表す。
The dq-axis coordinate system defined by the d-axis and q-axis is a rotor coordinate system that represents the direction of magnetic flux excited in the rotor of an induction motor.
The dc-qc axis coordinate system defined by the dc axis and the qc axis is a coordinate system assumed by the controller 101 to be the d axis and q axis directions, and is also called the control axes.
The coordinate axes combined in each coordinate system are all orthogonal to each other.
In each of the above coordinate systems, the phases of the d-axis and dc-axis with respect to the a-axis are represented as θd and θdc, respectively, as shown in Fig. 2. The deviation of the dc-axis from the d-axis is represented as Δθc.

以下、図1に示す制御器101の構成について詳しく説明する。
電流指令演算部111は、ベクトル制御部112から出力されるインバータ周波数ω1、平滑用コンデンサ131の電圧検出値Ecfおよび指令発生器105から出力されるトルク指令Tm*に基づいて演算されたdc-qc軸座標系上の電流指令値Idc*およびIqc*を出力する。ここで、電流指令値Idc*およびIqc*の演算は、例えば、トルク指令Tm*、電圧検出値Ecfおよびインバータ周波数ω1に対して最適なd軸およびq軸の電流指令値を予め試験や解析から求めた値を参照テーブルや、関数式、近似式、設計式または理論式として用いて求めればよい。
The configuration of the controller 101 shown in FIG. 1 will be described in detail below.
Current command calculation unit 111 outputs current command values Idc* and Iqc* on a dc-qc axis coordinate system calculated based on inverter frequency ω1 output from vector control unit 112, voltage detection value Ecf of smoothing capacitor 131, and torque command Tm* output from command generator 105. Here, the current command values Idc* and Iqc* may be calculated, for example, by using values obtained in advance by testing or analysis that are optimal d-axis and q-axis current command values for the torque command Tm*, voltage detection value Ecf, and inverter frequency ω1 as a reference table, a functional formula, an approximate formula, a design formula, or a theoretical formula.

ベクトル制御部112は、dq座標変換部114が出力したdc-qc軸座標系上の電流検出値IdcおよびIqcと、電流指令演算部111が出力したdc-qc軸座標系上の電流指令値Idc*およびIqc*とを一致させるべく、トルク電流成分(q軸電流成分)と励磁電流成分(d軸電流成分)とに分離してそれぞれ電流制御を行う。この電流制御の結果と、誘導電動機103aの回転速度ωreとに基づいて、回転座標系であるdc-qc軸上の電圧指令Vdc*およびVqc*が演算され、出力される。 The vector control unit 112 separates the torque current component (q-axis current component) and the excitation current component (d-axis current component) and controls the currents separately to match the current detection values Idc and Iqc on the dc-qc axis coordinate system output by the dq coordinate conversion unit 114 with the current command values Idc* and Iqc* on the dc-qc axis coordinate system output by the current command calculation unit 111. Based on the result of this current control and the rotation speed ωre of the induction motor 103a, the voltage commands Vdc* and Vqc* on the dc-qc axis, which is the rotating coordinate system, are calculated and output.

電流検出部113は、相電流検出部121が検出した誘導電動機103aに流れる交流電流iuおよびiwから三相電流検出値Iu、IvおよびIwを演算し、dq座標変換部114に出力する。 The current detection unit 113 calculates three-phase current detection values Iu, Iv, and Iw from the AC currents iu and iw flowing through the induction motor 103a detected by the phase current detection unit 121, and outputs them to the dq coordinate transformation unit 114.

dq座標変換部114は、電流検出部113が出力した三相電流検出値Iu、IvおよびIwを、ベクトル制御部112が出力したベクトル制御のインバータ周波数ω1に基づいて位相演算部116が出力した制御位相θdcを用い、dc-qc軸座標系上の電流検出値IdcおよびIqcに変換して出力する。 The dq coordinate conversion unit 114 converts the three-phase current detection values Iu, Iv, and Iw output by the current detection unit 113 into current detection values Idc and Iqc on the dc-qc axis coordinate system using the control phase θdc output by the phase calculation unit 116 based on the vector control inverter frequency ω1 output by the vector control unit 112, and outputs the converted values.

速度演算部115は、回転速度検出部124が出力した誘導電動機103aの回転速度ωrmに基づいて、誘導電動機103aの回転速度の電気角周波数ωreを演算して出力する。 The speed calculation unit 115 calculates and outputs the electrical angular frequency ωre of the rotational speed of the induction motor 103a based on the rotational speed ωrm of the induction motor 103a output by the rotational speed detection unit 124.

位相演算部116は、ベクトル制御部112が出力したベクトル制御のインバータ周波数ω1に基づいて、制御位相θdcを演算して出力する。 The phase calculation unit 116 calculates and outputs the control phase θdc based on the vector control inverter frequency ω1 output by the vector control unit 112.

極座標変換部117は、ベクトル制御部112が出力したdc-qc軸上の電圧指令Vdc*およびVqc*に基づいて、電圧振幅指令V1*および電圧位相指令δに変換して出力する。 The polar coordinate conversion unit 117 converts the voltage commands Vdc* and Vqc* on the dc-qc axes output by the vector control unit 112 into a voltage amplitude command V1* and a voltage phase command δ and outputs them.

UVW座標変換部118は、極座標変換部117が出力した電圧振幅指令V1*、電圧位相指令δおよび位相演算部116が出力した制御位相θdcに基づいて、三相交流電圧指令Vu*、Vv*およびVw*に変換してPWM信号制御器119に出力する。 The UVW coordinate conversion unit 118 converts the voltage amplitude command V1* and voltage phase command δ output by the polar coordinate conversion unit 117 and the control phase θdc output by the phase calculation unit 116 into three-phase AC voltage commands Vu*, Vv*, and Vw* and outputs them to the PWM signal controller 119.

PWM信号制御器119は、任意のキャリア周波数fcと平滑用コンデンサ131の電圧検出値Ecfとに基づいて、三角波キャリアを生成し、その三角波キャリアと三相交流電圧指令Vu*、Vv*およびVw*とに基づく変調波との大小比較を行い、パルス幅変調を実施する。このパルス幅変調の演算結果にて生成されたゲート指令信号によって、電力変換器102のスイッチング素子をオン/オフ制御する。 The PWM signal controller 119 generates a triangular wave carrier based on an arbitrary carrier frequency fc and the voltage detection value Ecf of the smoothing capacitor 131, compares the magnitude of the triangular wave carrier with that of a modulated wave based on the three-phase AC voltage commands Vu*, Vv*, and Vw*, and performs pulse width modulation. The gate command signal generated as a result of this pulse width modulation controls the on/off of the switching elements of the power converter 102.

次に、実施例1の特徴部分であるベクトル制御部112について詳しく説明する。
図3は、実施例1に係るベクトル制御部112の構成例を表すブロック図である。
図3に示すベクトル制御部112は、電圧ベクトル演算部201およびインバータ周波数演算部202を備える。また、ベクトル制御部112は、dc-qc軸座標系上の電流指令値Idc*とIqc*、dc-qc軸座標系上の電流検出値IdcとIqcおよび誘導電動機103aの回転速度の電気角周波数ωreを入力として、dc-qc軸上の電圧指令Vdc*とVqc*およびベクトル制御のインバータ周波数ω1を出力する。
Next, the vector control unit 112, which is a characteristic part of the first embodiment, will be described in detail.
FIG. 3 is a block diagram illustrating an example of the configuration of the vector control unit 112 according to the first embodiment.
3 includes a voltage vector calculation unit 201 and an inverter frequency calculation unit 202. Moreover, vector control unit 112 receives as input current command values Idc* and Iqc* on the dc-qc axis coordinate system, current detection values Idc and Iqc on the dc-qc axis coordinate system, and an electrical angular frequency ωre of the rotation speed of induction motor 103a, and outputs voltage commands Vdc* and Vqc* on the dc-qc axes and an inverter frequency ω1 for vector control.

インバータ周波数演算部202は、dc-qc軸座標系上の電流指令値Idc*とIqc*および誘導電動機103aの回転速度の電気角周波数ωreに基づいて、ベクトル制御のインバータ周波数ω1を演算して出力する。 The inverter frequency calculation unit 202 calculates and outputs the vector control inverter frequency ω1 based on the current command values Idc* and Iqc* on the dc-qc axis coordinate system and the electrical angular frequency ωre of the rotational speed of the induction motor 103a.

インバータ周波数演算部202において、ベクトル制御のためのインバータ周波数ω1は、誘導電動機を制御対象とした場合、誘導電動機の回転速度の電気角周波数ωreに、dc-qc軸座標系上の電流指令値Idc*およびIqc*に基づいて算出したすべり周波数ωsを加算したものとする。 In the inverter frequency calculation unit 202, when an induction motor is the control target, the inverter frequency ω1 for vector control is calculated by adding the slip frequency ωs calculated based on the current command values Idc* and Iqc* on the dc-qc axis coordinate system to the electrical angular frequency ωre of the rotational speed of the induction motor.

なお、実施例1では、交流電動機103を、誘導電動機を例として説明したため、誘導電動機の回転速度の電気角周波数ωreにすべり周波数ωsを加算してインバータ周波数ω1とした。他に、例えば交流電動機103を永久磁石同期電動機とした場合は、すべり周波数ωsを演算せず、電気角周波数ωreをベクトル制御のインバータ周波数ω1とすればよい。 In the first embodiment, the AC motor 103 is described as an induction motor, so the inverter frequency ω1 is determined by adding the electrical angular frequency ωre of the rotational speed of the induction motor to the slip frequency ωs. Alternatively, if the AC motor 103 is a permanent magnet synchronous motor, the slip frequency ωs need not be calculated, and the electrical angular frequency ωre can be set as the inverter frequency ω1 for vector control.

図4は、実施例1に係る電圧ベクトル演算部201の構成例を表すブロック図である。
図4に示す電圧ベクトル演算部201は、d軸電流偏差演算部301、q軸電流偏差演算部302、q軸積分器303、dc軸電圧指令演算部401およびおよびqc軸電圧指令演算部402、を備える。
FIG. 4 is a block diagram illustrating an example of the configuration of the voltage vector calculation unit 201 according to the first embodiment.
The voltage vector calculation unit 201 shown in FIG. 4 includes a d-axis current deviation calculation unit 301 , a q-axis current deviation calculation unit 302 , a q-axis integrator 303 , a dc-axis voltage command calculation unit 401 , and a qc-axis voltage command calculation unit 402 .

また、電圧ベクトル演算部201は、dc-qc軸座標系上の電流指令値Idc*とIqc*、dc-qc軸座標系上の電流検出値IdcとIqcおよびベクトル制御のインバータ周波数ω1に基づいて、dc-qc軸上の電圧指令Vdc*およびVqc*を演算して出力する。 The voltage vector calculation unit 201 also calculates and outputs voltage commands Vdc* and Vqc* on the dc-qc axes based on the current command values Idc* and Iqc* on the dc-qc axis coordinate system, the current detection values Idc and Iqc on the dc-qc axis coordinate system, and the vector control inverter frequency ω1.

d軸電流偏差演算部301は、dc-qc軸座標系上の電流指令値Idc*からdc-qc軸座標系上の電流検出値Idcを減算し、dc軸電流偏差量ΔIdcとして出力する。 The d-axis current deviation calculation unit 301 subtracts the current detection value Idc on the dc-qc coordinate system from the current command value Idc* on the dc-qc coordinate system, and outputs the result as the dc-axis current deviation amount ΔIdc.

q軸電流偏差演算部302は、dc-qc軸座標系上の電流指令値Iqc*からdc-qc軸座標系上の電流検出値Iqcを減算し、qc軸電流偏差量ΔIqcとして出力する。 The q-axis current deviation calculation unit 302 subtracts the current detection value Iqc on the dc-qc coordinate system from the current command value Iqc* on the dc-qc coordinate system, and outputs the result as the qc-axis current deviation amount ΔIqc.

q軸積分器303は、q軸電流偏差演算部302が出力したqc軸電流偏差量ΔIqcを積分処理し、qc軸電流偏差積分値ΔIqc-iとして出力する。 The q-axis integrator 303 integrates the qc-axis current deviation amount ΔIqc output by the q-axis current deviation calculation unit 302, and outputs it as the qc-axis current deviation integral value ΔIqc-i.

dc軸電圧指令演算部401は、電流指令演算部111が出力したdc-qc軸座標系上の電流指令値Idc*、d軸電流偏差演算部301が出力したdc軸電流偏差量ΔIdc、q軸積分器303が出力したqc軸電流偏差積分値ΔIqc-iおよびインバータ周波数演算部202が出力したインバータ周波数ω1に基づいて、dc-qc軸上の電圧指令Vdc*を演算して出力する。 The dc-axis voltage command calculation unit 401 calculates and outputs the voltage command Vdc* on the dc-qc axes based on the current command value Idc* on the dc-qc axis coordinate system output by the current command calculation unit 111, the dc-axis current deviation amount ΔIdc output by the d-axis current deviation calculation unit 301, the qc-axis current deviation integral value ΔIqc-i output by the q-axis integrator 303, and the inverter frequency ω1 output by the inverter frequency calculation unit 202.

qc軸電圧指令演算部402は、電流指令演算部111が出力したdc-qc軸座標系上の電流指令値Idc*、q軸電流偏差演算部302が出力したqc軸電流偏差量ΔIqc、q軸積分器303が出力したqc軸電流偏差積分値ΔIqc-iおよびインバータ周波数演算部202が出力したインバータ周波数ω1に基づいて、dc-qc軸上の電圧指令Vqc*演算して出力する。 The qc-axis voltage command calculation unit 402 calculates and outputs a voltage command Vqc* on the dc-qc axes based on the current command value Idc* on the dc-qc axis coordinate system output by the current command calculation unit 111, the qc-axis current deviation amount ΔIqc output by the q-axis current deviation calculation unit 302, the qc-axis current deviation integral value ΔIqc-i output by the q-axis integrator 303, and the inverter frequency ω1 output by the inverter frequency calculation unit 202.

図5は、実施例1に係るdc軸電圧指令演算部401の構成例を表すブロック図である。
図5に示すdc軸電圧指令演算部401は、比例器501、502並びに503、加算器801、減算器802および乗算器901を備える。また、dc軸電圧指令演算部401は、dc-qc軸座標系上の電流指令値Idc*、dc軸電流偏差量ΔIdc、qc軸電流偏差積分値ΔIqc-iおよびインバータ周波数ω1に基づいて、dc-qc軸上の電圧指令Vdc*を演算して出力する。
FIG. 5 is a block diagram showing an example of the configuration of the dc axis voltage command calculation unit 401 according to the first embodiment.
5 includes proportional units 501, 502, and 503, an adder 801, a subtractor 802, and a multiplier 901. Furthermore, dc axis voltage command calculation unit 401 calculates and outputs a voltage command Vdc* on the dc-qc axes based on the current command value Idc* on the dc-qc axis coordinate system, the dc axis current deviation amount ΔIdc, the qc axis current deviation integral value ΔIqc-i, and the inverter frequency ω1.

dc軸電圧指令演算部401において、比例器501でdc-qc軸座標系上の電流指令値Idc*に比例ゲインKrを乗算し、比例器502でdc軸電流偏差量ΔIdcに比例ゲインKpdを乗算し、加算器801で両者を加算する。また、比例器503および乗算器901により、qc軸電流偏差積分値ΔIqc-iに比例ゲインKqdとインバータ周波数ω1を乗算する。その上で、これらを減算器802で減算したものを、dc-qc軸上の電圧指令Vdc*とする。例えば、以下の式(1)にて演算される。

Figure 0007629818000001
In dc-axis voltage command calculation unit 401, proportional unit 501 multiplies the current command value Idc* on the dc-qc axis coordinate system by proportional gain Kr, proportional unit 502 multiplies the dc-axis current deviation amount ΔIdc by proportional gain Kpd, and adder 801 adds the two together. Furthermore, proportional unit 503 and multiplier 901 multiply the qc-axis current deviation integral value ΔIqc-i by proportional gain Kqd and inverter frequency ω1. Then, subtraction of these values is performed by subtractor 802 to obtain voltage command Vdc* on the dc-qc axis. For example, it is calculated using the following formula (1).
Figure 0007629818000001

ここで、dc軸電圧指令演算部401の比例ゲインKr、KpdおよびKqdは、誘導電動機を制御対象とした場合、例えば、以下の式(2)にて演算されるものとする。

Figure 0007629818000002
ここで、式(2)において、R1*は、誘導電動機の一次抵抗の制御設定値、Lσ*は、誘導電動機の一次換算漏れインダクタンスの制御設定値、ωacr*は、電流制御の制御応答角周波数である。なお、dc軸電圧指令演算部401の比例ゲインKr、KpdおよびKqdは、定数でもよいし、電流指令値、電流検出値、速度およびベクトル演算周期などの関数式として演算したものを用いてもよい。 Here, when an induction motor is the control target, the proportional gains Kr, Kpd and Kqd of dc axis voltage command calculation section 401 are calculated, for example, by the following equation (2).
Figure 0007629818000002
In the formula (2), R1* is a control set value of the primary resistance of the induction motor, Lσ* is a control set value of the primary-equivalent leakage inductance of the induction motor, and ωacr* is a control response angular frequency of the current control. The proportional gains Kr, Kpd, and Kqd of the dc-axis voltage command calculation unit 401 may be constants, or may be calculated as functions of the current command value, the current detection value, the speed, the vector calculation period, etc.

図6は、実施例1に係るqc軸電圧指令演算部402の構成例を表すブロック図である。
図6に示すqc軸電圧指令演算部402は、比例器504、505、506並びに507、加算器801および乗算器901を備える。また、qc軸電圧指令演算部402は、dc-qc軸座標系上の電流指令値Idc*、qc軸電流偏差量ΔIqc、qc軸電流偏差積分値ΔIqc-iおよびインバータ周波数ω1に基づいて、dc-qc軸上の電圧指令Vqc*を演算して出力する。
FIG. 6 is a block diagram illustrating an example of the configuration of the qc-axis voltage command calculation unit 402 according to the first embodiment.
6 includes proportional units 504, 505, 506, and 507, an adder 801, and a multiplier 901. The qc-axis voltage command calculation unit 402 calculates and outputs a voltage command Vqc* on the dc-qc axes based on the current command value Idc* on the dc-qc axis coordinate system, the qc-axis current deviation amount ΔIqc, the qc-axis current deviation integral value ΔIqc-i, and the inverter frequency ω1.

qc軸電圧指令演算部402において、比例器504でdc-qc軸座標系上の電流指令値Idc*に比例ゲインKdqを、続いて乗算器901でインバータ周波数ω1を乗算する。比例器50でqc軸電流偏差量ΔIqcに比例ゲインKpqを乗算し、比例器50でqc軸電流偏差積分値ΔIqc-iに比例ゲインKiqを乗算し、加算器801で両者を加算する。更に、これらを加算器801で加算した上で、比例器507でインバータ周波数ω1に比例ゲインKfを乗算したものと、加算器801で加算したものを、dc-qc軸上の電圧指令Vqc*とする。例えば、以下の式(3)にて演算される。

Figure 0007629818000003
In the qc-axis voltage command calculation unit 402, a proportional unit 504 multiplies a current command value Idc* on the dc-qc axis coordinate system by a proportional gain Kdq, and then a multiplier 901 multiplies the inverter frequency ω1. A proportional unit 506 multiplies a qc-axis current deviation amount ΔIqc by a proportional gain Kpq, a proportional unit 505 multiplies a qc-axis current deviation integral value ΔIqc-i by a proportional gain Kiq, and an adder 801 adds both of them. Furthermore, these are added by an adder 801, and the product of the inverter frequency ω1 multiplied by the proportional gain Kf by a proportional unit 507 and the product added by an adder 801 are set as a voltage command Vqc* on the dc-qc axis. For example, it is calculated by the following formula (3).
Figure 0007629818000003

ここで、qc軸電圧指令演算部402の比例ゲインKpq、Kiq、KdqおよびKfは、誘導電動機を制御対象とした場合、例えば、以下の式(4)にて演算されるものとする。

Figure 0007629818000004
ここで、式(4)において、R1*は、誘導電動機の一次抵抗の制御設定値、Lσ*は、誘導電動機の一次換算漏れインダクタンスの制御設定値、ωacr*は、電流制御の制御応答角周波数、M*は、誘導電動機の相互インダクタンスの制御設定値、L2*は、誘導電動機の二次自己インダクタンスの制御設定値、Φ2d*は、誘導電動機の二次磁束指令値である。 Here, the proportional gains Kpq, Kiq, Kdq and Kf of the qc-axis voltage command calculation unit 402 are calculated, for example, by the following equation (4) when an induction motor is the control target.
Figure 0007629818000004
Here, in equation (4), R1* is the control setting value of the primary resistance of the induction motor, Lσ* is the control setting value of the primary-equivalent leakage inductance of the induction motor, ωacr* is the control response angular frequency of current control, M* is the control setting value of the mutual inductance of the induction motor, L2* is the control setting value of the secondary self-inductance of the induction motor, and Φ2d* is the secondary magnetic flux command value of the induction motor.

なお、Φ2d*は、dc-qc軸座標系上の電流指令値Idc*に相互インダクタンスの制御設定値M*を乗算し、誘導電動機の二次時定数T2相当をフィルタ時定数とする一次遅れフィルタを通過させたものとする。 Note that Φ2d* is calculated by multiplying the current command value Idc* on the dc-qc axis coordinate system by the mutual inductance control setting value M*, and passing it through a first-order lag filter whose filter time constant is equivalent to the secondary time constant T2 of the induction motor.

また、qc軸電圧指令演算部402の比例ゲインKpq、Kiq、KdqおよびKfは、定数でもよいし、電流指令値、電流検出値、速度およびベクトル演算周期などの関数式として演算したものを用いてもよい。 The proportional gains Kpq, Kiq, Kdq, and Kf of the qc-axis voltage command calculation unit 402 may be constants, or may be calculated as functions of the current command value, current detection value, speed, and vector calculation period.

次に、本発明の特徴であるベクトル制御部112を用いて交流電動機を駆動制御した場合の安定化原理について、詳しく説明する。
まず、ベクトル制御部112によるdc-qc軸上の電圧指令Vdc*およびVqc*の演算において、dc軸の電流制御に積分器を用いない構成とすることで、インバータ出力電圧の飽和の有無によらず同一の制御方式を使用できるようになる。すなわち、インバータ装置の多パルス駆動から電圧利用率が最大となる同期1パルス駆動を含む全速度域で利用可能となるベクトル制御方式であり、電流制御の積分演算を停止させて電圧制御に切り換えるなどの処理が不要になる。そのため、直流電源電圧変動時の制御方式の切換え処理による制御応答の遅延や、電圧、電流、トルクのばたつきを防止することができる。
Next, the principle of stabilization when the AC motor is driven and controlled using the vector control unit 112, which is a feature of the present invention, will be described in detail.
First, by configuring the vector control unit 112 to calculate the voltage commands Vdc* and Vqc* on the dc-qc axes without using an integrator for current control on the dc axis, the same control method can be used regardless of whether the inverter output voltage is saturated. In other words, this is a vector control method that can be used in all speed ranges, including multi-pulse drive of the inverter device and synchronous one-pulse drive in which the voltage utilization rate is maximized, and it becomes unnecessary to stop integral calculation of current control and switch to voltage control. Therefore, it is possible to prevent delays in control response and fluctuations in voltage, current, and torque due to control method switching processing when the DC power supply voltage fluctuates.

また、ベクトル制御部112によるdc-qc軸上の電圧指令Vdc*およびVqc*の演算において、dc軸電流のフィードバック制御を比例制御、qc軸電流のフィードバック制御を比例および積分制御(以下、「比例・積分制御」と略す)にして、dc軸とqc軸とで非対称な制御構成としている。ここで、qc軸の電流制御の積分器出力を用いてdc軸の電圧指令Vdc*のdq軸干渉項の電圧を補償している。その結果、インバータ出力電圧が飽和した場合でも、qc軸の電流制御を介してdc軸の電圧指令Vdc*を制御することになるため、dc軸の電流制御に積分器を用いない構成でも、十分に誘導電動機のトルクを制御することができる。 In addition, in the calculation of the voltage commands Vdc* and Vqc* on the dc-qc axes by the vector control unit 112, the feedback control of the dc-axis current is proportional control, and the feedback control of the qc-axis current is proportional and integral control (hereinafter abbreviated as "proportional and integral control"), resulting in an asymmetrical control configuration between the dc and qc axes. Here, the integrator output of the qc-axis current control is used to compensate for the voltage of the dq-axis interference term of the dc-axis voltage command Vdc*. As a result, even if the inverter output voltage is saturated, the dc-axis voltage command Vdc* is controlled via the qc-axis current control, so that the torque of the induction motor can be sufficiently controlled even with a configuration that does not use an integrator for the dc-axis current control.

更に、ベクトル制御部112によるdc-qc軸上の電圧指令Vdc*およびVqc*の演算において、dc軸の電流制御に積分器を用いない構成とすることで、dc軸の電流制御として比例・積分によるフィードバック制御を行うよりも、高速・回生(電動機トルクが負)時の安定性が改善される。これについては、以下に詳しく説明する。 Furthermore, by configuring the vector control unit 112 to calculate the voltage commands Vdc* and Vqc* on the dc-qc axes without using an integrator for current control on the dc axis, stability during high speed regeneration (when the motor torque is negative) is improved compared to using proportional-integral feedback control for current control on the dc axis. This will be explained in more detail below.

式(5)に、誘導電動機を含むdc軸の電圧指令Vdc*演算に関係する伝達ループの一巡伝達関数Gvdを示す。

Figure 0007629818000005
ここで、式(5)において、Rσは、誘導電動機の二次抵抗を一次側に換算した一次換算抵抗値、Lσは、誘導電動機の一次換算漏れインダクタンス値、T2は、誘導電動機の二次時定数である。 Equation (5) shows the open-loop transfer function Gvd of the transfer loop related to the calculation of the voltage command Vdc* of the dc axis including the induction motor.
Figure 0007629818000005
Here, in equation (5), Rσ is a primary-converted resistance value obtained by converting the secondary resistance of the induction motor into the primary side, Lσ is a primary-converted leakage inductance value of the induction motor, and T2 is the secondary time constant of the induction motor.

このdc軸の電圧指令Vdc*の演算に関係する伝達関数は、すべり周波数が負となる回生時に、誘導電動機の二次磁束を安定化する制御ループとして機能する。dc軸電流のフィードバック制御を比例制御のみにすることで、電流制御の制御応答角周波数ωacr*が低い場合でも、この伝達ループの直流ゲインが1/(Rσ+Kpd)倍されて上がるため、dc軸電流のフィードバック制御を比例・積分制御の構成にするよりも高速・回生時の安定性が改善される。したがって、電気鉄道車両や風力発電システムなど電流制御の制御応答が高くない用途において、インバータ制御システムの安定化を図るのに有効な方式となる。 The transfer function related to the calculation of this dc-axis voltage command Vdc* functions as a control loop that stabilizes the secondary magnetic flux of the induction motor during regeneration when the slip frequency is negative. By making the feedback control of the dc-axis current only proportional control, even when the control response angular frequency ωacr* of the current control is low, the DC gain of this transfer loop is multiplied by 1/(Rσ+Kpd) and increases, improving stability during high speed regeneration compared to when the feedback control of the dc-axis current is configured as proportional and integral control. Therefore, this is an effective method for stabilizing the inverter control system in applications where the control response of current control is not high, such as electric railway vehicles and wind power generation systems.

以上説明したように、実施例1によれば、電流指令値Idc*、dc軸電流偏差量ΔIdc、qc軸電流偏差積分値ΔIqc-iおよびインバータ周波数ω1に基づいて、dc-qc軸上の電圧指令Vdc*を演算するdc軸電圧指令演算手段と、電流指令値Idc*、dc軸電流偏差量ΔIqc、qc軸電流偏差積分値ΔIqc-iおよびインバータ周波数ω1に基づいて、dc-qc軸上の電圧指令Vqc*演算するqc軸電圧指令演算手段とを用いることで、インバータ装置の直流電源電圧変動時の制御方式の切換え処理による制御応答の遅延や、電圧、電流、トルクのばたつきを防止し、交流電動機の駆動制御装置の制御安定性の向上が可能となる。 As described above, according to the first embodiment, by using a dc-axis voltage command calculation means that calculates the voltage command Vdc* on the dc-qc axis based on the current command value Idc*, the dc-axis current deviation amount ΔIdc, the qc-axis current deviation integral value ΔIqc-i, and the inverter frequency ω1, and a qc-axis voltage command calculation means that calculates the voltage command Vqc* on the dc-qc axis based on the current command value Idc*, the dc-axis current deviation amount ΔIqc, the qc-axis current deviation integral value ΔIqc-i, and the inverter frequency ω1, it is possible to prevent delays in control response due to the control method switching process when the DC power supply voltage of the inverter device fluctuates, and fluctuations in voltage, current, and torque, and improve the control stability of the drive control device for the AC motor.

本発明の実施例2では、実施例1のベクトル制御部112によるdc-qc軸上の電圧指令Vdc*およびVqc*の演算において、
・交流電動機の中・高速回転時は、dc軸電流のフィードバック制御を比例制御とし、qc軸の電流制御の積分器出力を用いてdc軸の電圧指令Vdc*のdq軸干渉項の電圧を補償する構成とする。
・交流電動機の停止・低速回転時は、dc軸およびqc軸ともに電流のフィードバック制御を比例・積分制御の構成とする。
In the second embodiment of the present invention, in the calculation of the voltage commands Vdc* and Vqc* on the dc and qc axes by the vector control unit 112 in the first embodiment,
When the AC motor is rotating at medium to high speeds, the feedback control of the dc-axis current is proportional control, and the integrator output of the qc-axis current control is used to compensate for the voltage of the dq-axis interference term of the dc-axis voltage command Vdc*.
When the AC motor is stopped or rotating at a low speed, the feedback control of the current on both the dc axis and the qc axis is configured as proportional-integral control.

これにより、特に低速域で、電流指令に高精度に追従することが可能となり、また、インバータ装置の出力電圧の飽和の有無に拘わらず、任意の交流電動機の回転速度に応じてdc軸電流のフィードバック制御の積分演算の停止または開始ができるようになる。よって、実施例1よりも、低速域での電流制御の精度向上や高応答化、高速域での制御安定性の向上が可能な交流電動機の駆動制御装置が実現できる。 This makes it possible to follow the current command with high accuracy, especially in the low-speed range, and also makes it possible to stop or start the integral calculation of the feedback control of the dc-axis current according to the rotation speed of any AC motor, regardless of whether the output voltage of the inverter device is saturated. Therefore, it is possible to realize a drive control device for an AC motor that can improve the accuracy and response of current control in the low-speed range and improve control stability in the high-speed range compared to Example 1.

図7は、本発明の実施例2に係る交流電動機の駆動制御装置の構成例を表すブロック図である。以下、図1に示す実施例1と比較して、構成の相違部分のみを説明する。
図7に示す実施例2に係る交流電動機の駆動制御装置は、実施例1のベクトル制御部112に替えて、ベクトル制御部112bを用いることで実現できる。
7 is a block diagram showing a configuration example of a drive control device for an AC motor according to a second embodiment of the present invention. Hereinafter, only the differences in configuration will be described in comparison with the first embodiment shown in FIG.
The drive control device for an AC motor according to the second embodiment shown in FIG. 7 can be realized by using a vector control unit 112b instead of the vector control unit 112 of the first embodiment.

図8は、実施例2のベクトル制御部112bの構成例を表すブロック図である。
図8に示すベクトル制御部112bは、第一の電圧ベクトル演算部201b、第二の電圧ベクトル演算部203b、dc軸電圧指令切換器601b、qc軸電圧指令切換器602bおよびインバータ周波数演算部202、を備える。
FIG. 8 is a block diagram illustrating an example of the configuration of a vector control unit 112b according to the second embodiment.
A vector control unit 112b shown in FIG. 8 includes a first voltage vector calculation unit 201b, a second voltage vector calculation unit 203b, a dc-axis voltage command switch 601b, a qc-axis voltage command switch 602b, and an inverter frequency calculation unit 202.

ベクトル制御部112bは、dc-qc軸座標系上の電流指令値Idc*とIqc*、dc-qc軸座標系上の電流検出値IdcとIqcおよび誘導電動機103aの回転速度の電気角周波数ωreを入力とする。 The vector control unit 112b receives as input the current command values Idc* and Iqc* on the dc-qc coordinate system, the current detection values Idc and Iqc on the dc-qc coordinate system, and the electrical angular frequency ωre of the rotational speed of the induction motor 103a.

インバータ周波数演算部202は、実施例1と同様に、電流指令値Idc*とIqc*および誘導電動機103aの回転速度の電気角周波数ωreに基づいて、ベクトル制御のインバータ周波数ω1を演算する。 The inverter frequency calculation unit 202 calculates the vector control inverter frequency ω1 based on the current command values Idc* and Iqc* and the electrical angular frequency ωre of the rotational speed of the induction motor 103a, as in the first embodiment.

第一の電圧ベクトル演算部201bは、電流指令値Idc*とIqc*、電流検出値IdcとIqcおよびインバータ周波数ω1に基づいて、dc-qc軸上の第一の電圧指令Vdc1*およびVqc1*を演算する、 The first voltage vector calculation unit 201b calculates the first voltage commands Vdc1* and Vqc1* on the dc-qc axes based on the current command values Idc* and Iqc*, the current detection values Idc and Iqc, and the inverter frequency ω1.

第二の電圧ベクトル演算部203bは、第一の電圧ベクトル演算部201bと同様の入力に基づいて、dc-qc軸上の第二の電圧指令Vdc2*およびVqc2*を演算する。 The second voltage vector calculation unit 203b calculates second voltage commands Vdc2* and Vqc2* on the dc-qc axes based on the same input as the first voltage vector calculation unit 201b.

dc軸電圧指令切換器601bは、インバータ周波数ω1に基づいて、第一の電圧ベクトル演算部201bが出力した第一の電圧指令Vdc1*と、第二の電圧ベクトル演算部203bが出力した第二の電圧指令Vdc2*とを切り換えて、dc-qc軸上の電圧指令Vdc*として出力する。 The dc-axis voltage command switch 601b switches between the first voltage command Vdc1* output by the first voltage vector calculation unit 201b and the second voltage command Vdc2* output by the second voltage vector calculation unit 203b based on the inverter frequency ω1, and outputs it as the voltage command Vdc* on the dc-qc axes.

ここで、dc軸電圧指令切換器601bは、例えば、インバータ周波数ω1が交流電動機の最大回転速度の1/3(閾値)以下であれば、第二の電圧ベクトル演算部203bが出力した第二の電圧指令Vdc2*をdc-qc軸上の電圧指令Vdc*として出力し、インバータ周波数ω1が交流電動機の最大回転速度の1/3(閾値)より大きければ、第一の電圧ベクトル演算部201bが出力した第一の電圧指令Vdc1*をdc-qc軸上の電圧指令Vdc*として出力すればよい。 Here, the dc-axis voltage command switch 601b outputs the second voltage command Vdc2* output by the second voltage vector calculation unit 203b as the voltage command Vdc* on the dc-qc axes if the inverter frequency ω1 is, for example, 1/3 (threshold) or less of the maximum rotation speed of the AC motor, and outputs the first voltage command Vdc1* output by the first voltage vector calculation unit 201b as the voltage command Vdc* on the dc-qc axes if the inverter frequency ω1 is greater than 1/3 (threshold) of the maximum rotation speed of the AC motor.

qc軸電圧指令切換器602bは、インバータ周波数ω1に基づいて、第一の電圧ベクトル演算部201bが出力した第一の電圧指令Vqc1*と、第二の電圧ベクトル演算部203bが出力した第二の電圧指令Vqc2*を切り換えて、dc-qc軸上の電圧指令Vqc*として出力する。 The qc-axis voltage command switch 602b switches between the first voltage command Vqc1* output by the first voltage vector calculation unit 201b and the second voltage command Vqc2* output by the second voltage vector calculation unit 203b based on the inverter frequency ω1, and outputs it as the voltage command Vqc* on the dc-qc axes.

ここで、qc軸電圧指令切換器602bは、例えば、インバータ周波数ω1が交流電動機の最大回転速度の1/3(閾値)以下であれば、第二の電圧ベクトル演算部203bが出力した第二の電圧指令Vqc2*をdc-qc軸上の電圧指令Vqc*として出力し、インバータ周波数ω1が交流電動機の最大回転速度の1/3(閾値)より大きければ、第一の電圧ベクトル演算部201bが出力した第一の電圧指令Vqc1*をdc-qc軸上の電圧指令Vqc*として出力すればよい。 Here, the qc-axis voltage command switch 602b outputs the second voltage command Vqc2* output by the second voltage vector calculation unit 203b as the voltage command Vqc* on the dc-qc axes if the inverter frequency ω1 is, for example, 1/3 (threshold) or less of the maximum rotation speed of the AC motor, and outputs the first voltage command Vqc1* output by the first voltage vector calculation unit 201b as the voltage command Vqc* on the dc-qc axes if the inverter frequency ω1 is greater than 1/3 (threshold) of the maximum rotation speed of the AC motor.

なお、dc-qc軸上の電圧指令の切り換えるインバータ周波数ω1の閾値は、任意の値を設定してよい。
また、dc-qc軸上の電圧指令Vdc*およびVqc*として電圧演算結果が出力されない方の電圧ベクトル演算部は、電流偏差量の積分演算を停止し、dc-qc軸上の電圧指令Vdc*およびVqc*として電圧演算結果が出力されて演算を開始する際には、もう一方の同じ軸の積分器の出力を積分演算の初期値として設定するとよい。
The threshold value of the inverter frequency ω1 at which the voltage commands on the dc and qc axes are switched may be set to any value.
In addition, the voltage vector calculation unit that does not output the voltage calculation results as the voltage commands Vdc* and Vqc* on the dc-qc axes should stop the integral calculation of the current deviation amount, and when the voltage calculation results are output as the voltage commands Vdc* and Vqc* on the dc-qc axes and calculation is started, the output of the other integrator on the same axis should be set as the initial value of the integral calculation.

次に、実施例2の特徴部分であるベクトル制御部112bについて詳しく説明する。
図9は、実施例2の第一の電圧ベクトル演算部201bの構成例を表すブロック図である。
図9に示す第一の電圧ベクトル演算部201bは、d軸電流偏差演算部301、q軸電流偏差演算部302、q軸積分器303、第一のdc軸電圧指令演算部401bおよび第一のqc軸電圧指令演算部402b、を備える。
Next, the vector control unit 112b, which is a characteristic feature of the second embodiment, will be described in detail.
FIG. 9 is a block diagram illustrating an example of the configuration of a first voltage vector calculation unit 201b according to the second embodiment.
The first voltage vector calculation unit 201b shown in FIG. 9 includes a d-axis current deviation calculation unit 301, a q-axis current deviation calculation unit 302, a q-axis integrator 303, a first dc-axis voltage command calculation unit 401b, and a first qc-axis voltage command calculation unit 402b.

第一の電圧ベクトル演算部201bは、dc-qc軸座標系上の電流指令値Idc*とIqc*、dc-qc軸座標系上の電流検出値IdcとIqcおよびベクトル制御のインバータ周波数ω1に基づいて、dc-qc軸上の第一の電圧指令Vdc1*およびVqc1*を演算して出力する。
ここで、実施例2の第一の電圧ベクトル演算部201bは、図4に示す実施例1の電圧ベクトル演算部201と同じ構成である。
The first voltage vector calculation unit 201b calculates and outputs first voltage commands Vdc1* and Vqc1* on the dc-qc axes based on the current command values Idc* and Iqc* on the dc-qc axis coordinate system, the current detection values Idc and Iqc on the dc-qc axis coordinate system, and the vector control inverter frequency ω1.
Here, the first voltage vector calculation unit 201b of the second embodiment has the same configuration as the voltage vector calculation unit 201 of the first embodiment shown in FIG.

図10は、実施例2の第二の電圧ベクトル演算部203bの構成例を表すブロック図である。
図10に示す第二の電圧ベクトル演算部203bは、d軸電流偏差演算部304b、q軸電流偏差演算部305b、d軸積分器306b、q軸積分器307b、第二のdc軸電圧指令演算部403bおよび第二のqc軸電圧指令演算部404b、を備える。
FIG. 10 is a block diagram illustrating an example of the configuration of the second voltage vector calculation unit 203b according to the second embodiment.
The second voltage vector calculation unit 203b shown in FIG. 10 includes a d-axis current deviation calculation unit 304b, a q-axis current deviation calculation unit 305b, a d-axis integrator 306b, a q-axis integrator 307b, a second dc-axis voltage command calculation unit 403b, and a second qc-axis voltage command calculation unit 404b.

第二の電圧ベクトル演算部203bは、dc-qc軸座標系上の電流指令値Idc*とIqc*、dc-qc軸座標系上の電流検出値IdcとIqcおよびベクトル制御のインバータ周波数ω1に基づいて、dc-qc軸上の第二の電圧指令Vdc2*およびVqc2*を演算して出力する。 The second voltage vector calculation unit 203b calculates and outputs second voltage commands Vdc2* and Vqc2* on the dc-qc axes based on the current command values Idc* and Iqc* on the dc-qc axis coordinate system, the current detection values Idc and Iqc on the dc-qc axis coordinate system, and the vector control inverter frequency ω1.

d軸電流偏差演算部304bは、dc-qc軸座標系上の電流指令値Idc*からdc-qc軸座標系上の電流検出値Idcを減算し、dc軸電流偏差量ΔIdcとして出力する。 The d-axis current deviation calculation unit 304b subtracts the current detection value Idc on the dc-qc coordinate system from the current command value Idc* on the dc-qc coordinate system, and outputs the result as the dc-axis current deviation amount ΔIdc.

q軸電流偏差演算部305bは、dc-qc軸座標系上の電流指令値Iqc*からdc-qc軸座標系上の電流検出値Iqcを減算し、qc軸電流偏差量ΔIqcとして出力する。 The q-axis current deviation calculation unit 305b subtracts the current detection value Iqc on the dc-qc coordinate system from the current command value Iqc* on the dc-qc coordinate system, and outputs the result as the qc-axis current deviation amount ΔIqc.

d軸積分器306bは、d軸電流偏差演算部304bが出力したdc軸電流偏差量ΔIdcを積分処理し、dc軸電流偏差積分値ΔIdc-iとして出力する。 The d-axis integrator 306b integrates the dc-axis current deviation amount ΔIdc output by the d-axis current deviation calculation unit 304b, and outputs it as the dc-axis current deviation integral value ΔIdc-i.

q軸積分器307bは、q軸電流偏差演算部305bが出力したqc軸電流偏差量ΔIqcを積分処理し、qc軸電流偏差積分値ΔIqc-iとして出力する。 The q-axis integrator 307b integrates the qc-axis current deviation amount ΔIqc output by the q-axis current deviation calculation unit 305b, and outputs it as the qc-axis current deviation integral value ΔIqc-i.

第二のdc軸電圧指令演算部403bは、d軸電流偏差演算部304bが出力したdc軸電流偏差量ΔIdc、d軸積分器306bが出力したdc軸電流偏差積分値ΔIdc-i、q軸積分器307bが出力したqc軸電流偏差積分値ΔIqc-iおよびベクトル制御のインバータ周波数ω1に基づいて、dc-qc軸上の第二の電圧指令Vdc2*を演算して出力する。 The second dc-axis voltage command calculation unit 403b calculates and outputs a second voltage command Vdc2* on the dc-qc axis based on the dc-axis current deviation amount ΔIdc output by the d-axis current deviation calculation unit 304b, the dc-axis current deviation integral value ΔIdc-i output by the d-axis integrator 306b, the qc-axis current deviation integral value ΔIqc-i output by the q-axis integrator 307b, and the vector control inverter frequency ω1.

第二のqc軸電圧指令演算部404bは、q軸電流偏差演算部305bが出力したqc軸電流偏差量ΔIqc、q軸積分器307bが出力したqc軸電流偏差積分値ΔIqc-i、d軸積分器306bが出力したdc軸電流偏差積分値ΔIdc-iおよびベクトル制御のインバータ周波数ω1に基づいて、dc-qc軸上の第二の電圧指令Vqc2*を演算して出力する。 The second qc-axis voltage command calculation unit 404b calculates and outputs a second voltage command Vqc2* on the dc-qc axis based on the qc-axis current deviation amount ΔIqc output by the q-axis current deviation calculation unit 305b, the qc-axis current deviation integral value ΔIqc-i output by the q-axis integrator 307b, the dc-axis current deviation integral value ΔIdc-i output by the d-axis integrator 306b, and the vector control inverter frequency ω1.

図11は、実施例2の第二のdc軸電圧指令演算部403bの構成例を表すブロック図である。
図11に示す第二のdc軸電圧指令演算部403bは、比例器701bと702bと703b、加算器801、減算器802および乗算器901を備える。
FIG. 11 is a block diagram showing an example of the configuration of the second dc axis voltage command calculation unit 403b according to the second embodiment.
The second dc axis voltage command calculation section 403b shown in FIG. 11 includes proportional units 701b, 702b and 703b, an adder 801, a subtractor 802 and a multiplier 901.

第二のdc軸電圧指令演算部403bにおいて、比例器701bでdc軸電流偏差量ΔIdcに比例ゲインKpd2を乗算し、比例器702bでdc軸電流偏差積分値ΔIdc-iに比例ゲインKid2を乗算し、両者を加算器801で加算する。また、比例器703bでqc軸電流偏差積分値ΔIqc-iに比例ゲインKqd2を乗算し、更に乗算器901でインバータ周波数ω1を乗算する。これらを減算器802で加減算したものを、dc-qc軸上の第二の電圧指令Vdc2*とする。例えば、以下の式(6)にて演算される。

Figure 0007629818000006
In second dc-axis voltage command calculation section 403b, proportional unit 701b multiplies the dc-axis current deviation amount ΔIdc by proportional gain Kpd2, proportional unit 702b multiplies the dc-axis current deviation integral value ΔIdc-i by proportional gain Kid2, and these are added together by adder 801. Furthermore, proportional unit 703b multiplies the qc-axis current deviation integral value ΔIqc-i by proportional gain Kqd2, and further multiplies it by inverter frequency ω1 by multiplier 901. The result obtained by adding and subtracting these values by subtractor 802 is set as second voltage command Vdc2* on the dc-qc axes. For example, it is calculated by the following equation (6).
Figure 0007629818000006

ここで、第二のdc軸電圧指令演算部403bの比例ゲインKpd2、Kid2およびKqd2は、誘導電動機を制御対象とした場合、例えば、以下の式(7)にて演算されるものとする。

Figure 0007629818000007
ここで、式(7)において、R1*は、誘導電動機の一次抵抗の制御設定値、Lσ*は、誘導電動機の一次換算漏れインダクタンスの制御設定値、ωacr*は、電流制御の制御応答角周波数である。 Here, when an induction motor is the control target, the proportional gains Kpd2, Kid2 and Kqd2 of the second dc axis voltage command calculation section 403b are calculated, for example, by the following equation (7).
Figure 0007629818000007
Here, in equation (7), R1* is the control setting value of the primary resistance of the induction motor, Lσ* is the control setting value of the primary-equivalent leakage inductance of the induction motor, and ωacr* is the control response angular frequency of the current control.

なお、第二のdc軸電圧指令演算部403bの比例ゲインKpd2、Kid2およびKqd2は、定数でもよいし、電流指令値、電流検出値、速度およびベクトル演算周期などの関数式として演算したものを用いてもよい。 The proportional gains Kpd2, Kid2, and Kqd2 of the second dc-axis voltage command calculation unit 403b may be constants, or may be calculated as functions of the current command value, current detection value, speed, and vector calculation period.

また、第二のdc軸電圧指令演算部403bの比例ゲインKpd2、Kid2およびKqd2の演算において、電流制御の制御応答角周波数ωacr*は、第一の電圧ベクトル演算部201bの比例ゲインKpdおよびKqdの演算における電流制御の制御応答角周波数ωacr*と異なる設定値を用いてもよい。 In addition, in the calculation of the proportional gains Kpd2, Kid2, and Kqd2 of the second dc-axis voltage command calculation unit 403b, the control response angular frequency ωacr* of the current control may be set to a value different from the control response angular frequency ωacr* of the current control in the calculation of the proportional gains Kpd and Kqd of the first voltage vector calculation unit 201b.

図12は、実施例2の第二のqc軸電圧指令演算部404bの構成例を表すブロック図である。
図12に示す第二のqc軸電圧指令演算部404bは、比例器704bと705bと706bと507b、加算器801および乗算器901を備える。
FIG. 12 is a block diagram showing an example of the configuration of the second qc-axis voltage command calculation unit 404b according to the second embodiment.
The second qc-axis voltage command calculation unit 404b shown in FIG. 12 includes proportional units 704b, 705b, 706b, and 507b, an adder 801, and a multiplier 901.

第二のqc軸電圧指令演算部404bにおいて、比例器704bでqc軸電流偏差量ΔIqcに比例ゲインKpq2を乗算し、比例器705bでqc軸電流偏差積分値ΔIqc-iに比例ゲインKiq2を乗算し、加算器801で両者を加算する。また、比例器706bでdc軸電流偏差積分値ΔIdc-iに比例ゲインKdq2を乗算し、更に乗算器901でインバータ周波数ω1を乗算する。これらを加算器801で加算し、更に比例器507bでインバータ周波数ω1に比例ゲインKf2を乗算したものと、加算器801で加算したものをdc-qc軸上の第二の電圧指令Vqc2*とする。例えば、以下の式(8)にて演算される。

Figure 0007629818000008
In the second qc-axis voltage command calculation unit 404b, a proportional unit 704b multiplies the qc-axis current deviation amount ΔIqc by a proportional gain Kpq2, a proportional unit 705b multiplies the qc-axis current deviation integral value ΔIqc-i by a proportional gain Kiq2, and an adder 801 adds the two together. A proportional unit 706b multiplies the dc-axis current deviation integral value ΔIdc-i by a proportional gain Kdq2, and a multiplier 901 multiplies the same by the inverter frequency ω1. These are added together by an adder 801, and the product of the inverter frequency ω1 multiplied by the proportional gain Kf2 by a proportional unit 507b and the product of the product added together by the adder 801 are used as a second voltage command Vqc2* on the dc-qc axes. For example, this is calculated using the following formula (8).
Figure 0007629818000008

ここで、第二のqc軸電圧指令演算部404bの比例ゲインKpq2、Kiq2、Kdq2およびKf2は、誘導電動機を制御対象とした場合、例えば、以下の式(9)にて演算されるものとする。

Figure 0007629818000009
ここで、式(9)において、R1*は、誘導電動機の一次抵抗の制御設定値、Lσ*は、誘導電動機の一次換算漏れインダクタンスの制御設定値、ωacr*は、電流制御の制御応答角周波数、M*は、誘導電動機の相互インダクタンスの制御設定値、L2*は、誘導電動機の二次自己インダクタンスの制御設定値、Φ2d*は、誘導電動機の二次磁束指令値である。 Here, the proportional gains Kpq2, Kiq2, Kdq2 and Kf2 of the second qc-axis voltage command calculation unit 404b are calculated, for example, by the following equation (9) when an induction motor is the controlled object.
Figure 0007629818000009
Here, in equation (9), R1* is the control setting value of the primary resistance of the induction motor, Lσ* is the control setting value of the primary-equivalent leakage inductance of the induction motor, ωacr* is the control response angular frequency of current control, M* is the control setting value of the mutual inductance of the induction motor, L2* is the control setting value of the secondary self-inductance of the induction motor, and Φ2d* is the secondary magnetic flux command value of the induction motor.

なお、Φ2d*は、dc-qc軸座標系上の電流指令値Idc*に相互インダクタンスの制御設定値M*を乗算し、誘導電動機の二次時定数T2相当をフィルタ時定数とする一次遅れフィルタを通過させたものとする。 Note that Φ2d* is calculated by multiplying the current command value Idc* on the dc-qc axis coordinate system by the mutual inductance control setting value M*, and passing it through a first-order lag filter whose filter time constant is equivalent to the secondary time constant T2 of the induction motor.

また、qc軸電圧指令演算部402の比例ゲインKpq2、Kiq2、Kdq2およびKf2は、定数でもよいし、電流指令値、電流検出値、速度およびベクトル演算周期などの関数式として演算したものを用いてもよい。 The proportional gains Kpq2, Kiq2, Kdq2, and Kf2 of the qc-axis voltage command calculation unit 402 may be constants, or may be calculated as functions of the current command value, current detection value, speed, and vector calculation period.

更に、第二のqc軸電圧指令演算部404bの比例ゲインKpq2、Kiq2およびKdq2の演算において、電流制御の制御応答角周波数ωacr*は、第一の電圧ベクトル演算部201bの比例ゲインKpqおよびKiqの演算における電流制御の制御応答角周波数ωacr*と異なる設定値を用いてもよい。 Furthermore, in the calculation of the proportional gains Kpq2, Kiq2, and Kdq2 of the second qc-axis voltage command calculation unit 404b, the control response angular frequency ωacr* of the current control may be set to a value different from the control response angular frequency ωacr* of the current control in the calculation of the proportional gains Kpq and Kiq of the first voltage vector calculation unit 201b.

したがって、実施例2では、ベクトル制御のインバータ周波数ω1に基づいて、
・交流電動機の中・高速回転時は、dc軸電流のフィードバック制御を比例制御とし、qc軸の電流制御の積分器出力を用いてdc軸の電圧指令Vdc*のdq軸干渉項の電圧を補償する構成とする。
これにより、直流電源電圧変動時の制御方式の切換え処理による制御応答の遅延や、電圧、電流、トルクのばたつきを防止し、かつ高速・回生(電動機トルクが負)時の制御安定性が向上する。
Therefore, in the second embodiment, based on the inverter frequency ω1 of the vector control,
When the AC motor is rotating at medium to high speeds, the feedback control of the dc-axis current is proportional control, and the integrator output of the qc-axis current control is used to compensate for the voltage of the dq-axis interference term of the dc-axis voltage command Vdc*.
This prevents delays in control response due to the control method switching process when the DC power supply voltage fluctuates, as well as fluctuations in voltage, current, and torque, and improves control stability during high speed regeneration (when the motor torque is negative).

・交流電動機の停止・低速回転時は、dc軸およびqc軸ともに電流のフィードバック制御を比例・積分制御の構成とし、互いに電流制御の積分器出力を用いてdq軸干渉項の電圧を保証する構成とする。
これにより、モータ定数と制御設定値との誤差を補償し、電流制御の高精度化や高応答化を図ることができる。
When the AC motor is stopped or rotating at a low speed, the feedback control of current for both the dc axis and the qc axis is configured as proportional/integral control, and the voltage of the dq axis interference term is guaranteed using the integrator output of the current control for each axis.
This makes it possible to compensate for the error between the motor constant and the control set value, thereby achieving high accuracy and high response of current control.

本発明の実施例3では、実施例2のベクトル制御部112bによるdc-qc軸上の電圧指令Vdc*およびVqc*の演算において、インバータ装置の変調率に基づいて、第一の電圧ベクトル演算部201bが出力した第一の電圧指令Vdc1*とVqc1*および第二の電圧ベクトル演算部203bが出力した第二の電圧指令Vdc2*とVqc2*を切り換えて、dc-qc軸上の電圧指令Vdc*およびVqc*として出力する。 In the third embodiment of the present invention, in the calculation of the voltage commands Vdc* and Vqc* on the dc-qc axes by the vector control unit 112b of the second embodiment, the first voltage commands Vdc1* and Vqc1* output by the first voltage vector calculation unit 201b and the second voltage commands Vdc2* and Vqc2* output by the second voltage vector calculation unit 203b are switched based on the modulation rate of the inverter device, and are output as the voltage commands Vdc* and Vqc* on the dc-qc axes.

これにより、インバータ装置が出力可能な最大電圧までの裕度に応じて最適な電圧ベクトルの演算方式を選択できるため、実施例1よりも低変調率での電流制御の精度向上や高応答化、高変調率およびインバータ出力電圧が飽和状態での制御安定性の向上が可能な交流電動機の駆動制御装置が実現できる。 This allows the optimum voltage vector calculation method to be selected according to the tolerance up to the maximum voltage that the inverter device can output, making it possible to realize an AC motor drive control device that can improve the accuracy and response of current control at low modulation rates and improve control stability at high modulation rates and when the inverter output voltage is saturated compared to Example 1.

図13は、本発明の実施例3に係る交流電動機の駆動制御装置の構成例を表すブロック図である。以下、図1に示す実施例1と比較して、構成の相違部分のみを説明する。
図13に示す実施例3に係る交流電動機の駆動制御装置は、実施例1のベクトル制御部112に替えて、ベクトル制御部112cを用いることで実現できる。
13 is a block diagram showing a configuration example of a drive control device for an AC motor according to a third embodiment of the present invention. Hereinafter, only differences in configuration will be described in comparison with the first embodiment shown in FIG.
The drive control device for an AC motor according to the third embodiment shown in FIG. 13 can be realized by using a vector control unit 112c instead of the vector control unit 112 of the first embodiment.

図14は、実施例3のベクトル制御部112cの構成例を表すブロック図である。
図14に示すベクトル制御部112cは、第一の電圧ベクトル演算部201b、第二の電圧ベクトル演算部203b、dc軸電圧指令切換器601c、qc軸電圧指令切換器602c、インバータ周波数演算部202および変調率演算部603c、を備える。
FIG. 14 is a block diagram illustrating an example of the configuration of a vector control unit 112c according to the third embodiment.
A vector control unit 112c shown in FIG. 14 includes a first voltage vector calculation unit 201b, a second voltage vector calculation unit 203b, a dc axis voltage command switch 601c, a qc axis voltage command switch 602c, an inverter frequency calculation unit 202, and a modulation factor calculation unit 603c.

ベクトル制御部112cは、dc-qc軸座標系上の電流指令値Idc*とIqc*、dc-qc軸座標系上の電流検出値IdcとIqc、誘導電動機103aの回転速度の電気角周波数ωre、平滑用コンデンサ131の電圧検出値Ecfおよび極座標変換部117から出力される電圧振幅指令V1*を入力とする。 The vector control unit 112c receives as input the current command values Idc* and Iqc* on the dc-qc coordinate system, the current detection values Idc and Iqc on the dc-qc coordinate system, the electrical angular frequency ωre of the rotational speed of the induction motor 103a, the voltage detection value Ecf of the smoothing capacitor 131, and the voltage amplitude command V1* output from the polar coordinate conversion unit 117.

インバータ周波数演算部202は、実施例1(図3)および実施例2(図8)と同様に、電流指令値Idc*とIqc*および誘導電動機103aの回転速度の電気角周波数ωreに基づいて、ベクトル制御のインバータ周波数ω1を演算する。
第一の電圧ベクトル演算部201bは、実施例2(図8)と同様に、電流指令値Idc*とIqc*、電流検出値IdcとIqcおよびインバータ周波数ω1に基づいて、dc-qc軸上の第一の電圧指令Vdc1*およびVqc1*を演算する。
Similar to the first embodiment (FIG. 3) and the second embodiment (FIG. 8), the inverter frequency calculation unit 202 calculates the inverter frequency ω1 for vector control based on the current command values Idc* and Iqc* and the electrical angular frequency ωre of the rotational speed of the induction motor 103a.
Similar to the second embodiment (FIG. 8), the first voltage vector calculation unit 201b calculates first voltage commands Vdc1* and Vqc1* on the dc-qc axes based on the current command values Idc* and Iqc*, the current detection values Idc and Iqc, and the inverter frequency ω1.

第二の電圧ベクトル演算部203bは、実施例2(図8)と同様に、第一の電圧ベクトル演算部201bと同様の入力に基づいて、dc-qc軸上の第二の電圧指令Vdc2*およびVqc2*を演算する。 The second voltage vector calculation unit 203b calculates second voltage commands Vdc2* and Vqc2* on the dc-qc axes based on the same input as the first voltage vector calculation unit 201b, as in the second embodiment (Figure 8).

すなわち、実施例3のベクトル制御部112cは、dc軸電圧指令切換器601c、qc軸電圧指令切換器602cおよび変調率演算部603c以外の構成は、図8に示す実施例2のベクトル制御部112bと同じである。 That is, the vector control unit 112c of the third embodiment has the same configuration as the vector control unit 112b of the second embodiment shown in FIG. 8, except for the dc-axis voltage command switch 601c, the qc-axis voltage command switch 602c, and the modulation factor calculation unit 603c.

次に、実施例3の特徴部分である、dc軸電圧指令切換器601c、qc軸電圧指令切換器602cおよび変調率演算部603cについて、詳しく説明する。
変調率演算部603cは、平滑用コンデンサ131の電圧検出値Ecfおよび極座標変換部117から出力される電圧振幅指令V1*に基づいて、インバータ装置の変調率指令値Vc*を演算して出力する。
Next, the dc-axis voltage command switch 601c, the qc-axis voltage command switch 602c, and the modulation factor calculator 603c, which are characteristic parts of the third embodiment, will be described in detail.
The modulation factor calculation unit 603c calculates and outputs a modulation factor command value Vc* for the inverter device based on the voltage detection value Ecf of the smoothing capacitor 131 and the voltage amplitude command V1* output from the polar coordinate conversion unit 117.

dc軸電圧指令切換器601cは、変調率演算部603cが出力した変調率指令値Vc*に基づいて、第一の電圧ベクトル演算部201bが出力した第一の電圧指令Vdc1*と、第二の電圧ベクトル演算部203bが出力した第二の電圧指令Vdc2*とを切り換えて、dc-qc軸上の電圧指令Vdc*として出力する。 The dc-axis voltage command switch 601c switches between the first voltage command Vdc1* output by the first voltage vector calculation unit 201b and the second voltage command Vdc2* output by the second voltage vector calculation unit 203b based on the modulation rate command value Vc* output by the modulation rate calculation unit 603c, and outputs it as the voltage command Vdc* on the dc-qc axes.

ここで、dc軸電圧指令切換器601cは、例えば、変調率指令値Vc*が0.7(閾値)以下であれば、第二の電圧ベクトル演算部203bが出力した第二の電圧指令Vdc2*をdc-qc軸上の電圧指令Vdc*として出力し、変調率指令値Vc*が0.7(閾値)より大きければ、第一の電圧ベクトル演算部201bが出力した第一の電圧指令Vdc1*をdc-qc軸上の電圧指令Vdc*として出力すればよい。なお、dc-qc軸上の電圧指令の切り換える変調率指令値Vc*の閾値は任意の値を設定してよい。 Here, the dc-axis voltage command switch 601c outputs the second voltage command Vdc2* output by the second voltage vector calculation unit 203b as the voltage command Vdc* on the dc-qc axes if the modulation factor command value Vc* is equal to or less than 0.7 (threshold value), and outputs the first voltage command Vdc1* output by the first voltage vector calculation unit 201b as the voltage command Vdc* on the dc-qc axes if the modulation factor command value Vc* is greater than 0.7 (threshold value). Note that the threshold value of the modulation factor command value Vc* for switching the voltage command on the dc-qc axes may be set to any value.

qc軸電圧指令切換器602cは、変調率演算部603cが出力した変調率指令値Vc*に基づいて、第一の電圧ベクトル演算部201bが出力した第一の電圧指令Vqc1*と、第二の電圧ベクトル演算部203bが出力した第二の電圧指令Vqc2*とを切り換えて、dc-qc軸上の電圧指令Vqc*として出力する。 The qc-axis voltage command switch 602c switches between the first voltage command Vqc1* output by the first voltage vector calculation unit 201b and the second voltage command Vqc2* output by the second voltage vector calculation unit 203b based on the modulation rate command value Vc* output by the modulation rate calculation unit 603c, and outputs it as the voltage command Vqc* on the dc-qc axes.

ここで、qc軸電圧指令切換器602cは、例えば、変調率指令値Vc*が0.7(閾値)以下であれば、第二の電圧ベクトル演算部203bが出力した第二の電圧指令Vqc2*をdc-qc軸上の電圧指令Vqc*として出力し、変調率指令値Vc*が0.7(閾値)より大きければ、第一の電圧ベクトル演算部201bが出力した第一の電圧指令Vqc1*をdc-qc軸上の電圧指令Vqc*として出力すればよい。
なお、dc-qc軸上の電圧指令を切り換える変調率指令値Vc*の閾値は、任意の値を設定してよい。
Here, for example, if the modulation factor command value Vc* is 0.7 (threshold value) or less, the qc-axis voltage command switch 602c outputs the second voltage command Vqc2* output by the second voltage vector calculation unit 203b as the voltage command Vqc* on the dc-qc axes, and if the modulation factor command value Vc* is greater than 0.7 (threshold value), the qc-axis voltage command switch 602c outputs the first voltage command Vqc1* output by the first voltage vector calculation unit 201b as the voltage command Vqc* on the dc-qc axes.
The threshold value of the modulation factor command value Vc* for switching the voltage commands on the dc and qc axes may be set to any value.

また、dc-qc軸上の電圧指令Vdc*およびVqc*として電圧演算結果が出力されない方の電圧ベクトル演算部は、電流偏差量の積分演算を停止し、dc-qc軸上の電圧指令Vdc*およびVqc*として電圧演算結果が出力されて演算を開始する際には、もう一方の同じ軸の積分器の出力を積分演算の初期値として設定するとよい。 The voltage vector calculation unit that does not output the voltage calculation results as the voltage commands Vdc* and Vqc* on the dc-qc axes should stop the integral calculation of the current deviation amount, and when the voltage calculation results are output as the voltage commands Vdc* and Vqc* on the dc-qc axes and calculation is started, the output of the other integrator on the same axis should be set as the initial value of the integral calculation.

したがって、実施例3では、変調率指令値Vc*に基づいて、
・変調率指令値Vc*が大きい時は、dc軸電流のフィードバック制御を比例制御とし、qc軸の電流制御の積分器出力を用いてdc軸の電圧指令Vdc*のdq軸干渉項の電圧を補償する構成とする。
これにより、直流電源電圧変動時の制御方式の切換え処理による制御応答の遅延や、電圧、電流、トルクのばたつきを防止し、かつ高速・回生(電動機トルクが負)時の制御安定性が向上する。
Therefore, in the third embodiment, based on the modulation rate command value Vc*,
When the modulation factor command value Vc* is large, the feedback control of the dc-axis current is proportional control, and the integrator output of the qc-axis current control is used to compensate for the voltage of the dq-axis interference term of the dc-axis voltage command Vdc*.
This prevents delays in control response due to the control method switching process when the DC power supply voltage fluctuates, as well as fluctuations in voltage, current, and torque, and improves control stability during high speed regeneration (negative motor torque).

・変調率指令値Vc*が小さい時は、dc軸およびqc軸ともに電流のフィードバック制御を比例・積分制御の構成とし、互いに電流制御の積分器出力を用いてdq軸干渉項の電圧を保証する構成とする。
これにより、モータ定数と制御設定値の誤差を補償し、電流制御の高精度化や高応答化を図ることができる。
When the modulation factor command value Vc* is small, the feedback control of the current for both the dc axis and the qc axis is configured as proportional-integral control, and the voltage of the dq axis interference term is guaranteed by using the integrator output of the current control for both.
This makes it possible to compensate for errors between the motor constants and the control set values, thereby achieving high precision and high responsiveness in current control.

本発明の実施例4では、実施例2のベクトル制御部112bによるdc-qc軸上の電圧指令Vdc*およびVqc*の演算において、交流電動機の電気角周波数の1周期の間にインバータ装置が出力するPWM制御の出力電圧パルス数Npwmに基づいて、第一の電圧ベクトル演算部201bが出力した第一の電圧指令Vdc1*およびVqc1*と第二の電圧ベクトル演算部203bが出力した第二の電圧指令Vdc2*およびVqc2*とを切り換えて、dc-qc軸上の電圧指令Vdc*およびVqc*として出力する。 In the fourth embodiment of the present invention, in the calculation of the voltage commands Vdc* and Vqc* on the dc-qc axes by the vector control unit 112b of the second embodiment, the first voltage commands Vdc1* and Vqc1* output by the first voltage vector calculation unit 201b and the second voltage commands Vdc2* and Vqc2* output by the second voltage vector calculation unit 203b are switched based on the number of PWM controlled output voltage pulses Npwm output by the inverter device during one period of the electrical angular frequency of the AC motor, and are output as the voltage commands Vdc* and Vqc* on the dc-qc axes.

これにより、インバータ装置が出力するPWM制御のパルス数に応じて最適な電圧ベクトルの演算方式を選択できるため、実施例1よりも電流制御の精度向上や高応答化および制御安定性の向上が可能な交流電動機の駆動制御装置が実現できる。 This allows the optimum voltage vector calculation method to be selected according to the number of PWM control pulses output by the inverter device, realizing an AC motor drive control device that can improve current control accuracy, response, and control stability compared to Example 1.

図15は、本発明の実施例4に係る交流電動機の駆動制御装置の構成例を表すブロック図である。図1に示す実施例1と比較して、構成の相違部分のみを説明する。
図15に示す実施例4に係る交流電動機の駆動制御装置は、図1に示す実施例1のベクトル制御部112に替えて、ベクトル制御部112dを用いることで実現できる。
15 is a block diagram showing a configuration example of a drive control device for an AC motor according to a fourth embodiment of the present invention. In comparison with the first embodiment shown in FIG. 1, only differences in the configuration will be described.
The drive control device for an AC motor according to the fourth embodiment shown in FIG. 15 can be realized by using a vector control unit 112d instead of the vector control unit 112 of the first embodiment shown in FIG.

図16は、実施例4のベクトル制御部112dの構成例を表すブロック図である。
図16に示すベクトル制御部112dは、第一の電圧ベクトル演算部201b、第二の電圧ベクトル演算部203b、dc軸電圧指令切換器601d、qc軸電圧指令切換器602d、インバータ周波数演算部202およびパルス数演算部604d、を備える。
ベクトル制御部112dは、図14に示す実施例3のベクトル制御部112cと同様に、dc-qc軸座標系上の電流指令値Idc*とIqc*、dc-qc軸座標系上の電流検出値IdcとIqc、誘導電動機103aの回転速度の電気角周波数ωre、平滑用コンデンサ131の電圧検出値Ecfおよび極座標変換部117から出力される電圧振幅指令V1*を入力とする。
FIG. 16 is a block diagram illustrating an example of the configuration of a vector control unit 112d according to the fourth embodiment.
A vector control unit 112d shown in FIG. 16 includes a first voltage vector calculation unit 201b, a second voltage vector calculation unit 203b, a dc axis voltage command switch 601d, a qc axis voltage command switch 602d, an inverter frequency calculation unit 202, and a pulse number calculation unit 604d.
Like the vector control unit 112c of the third embodiment shown in FIG. 14, the vector control unit 112d receives as input the current command values Idc* and Iqc* on the dc-qc axis coordinate system, the current detection values Idc and Iqc on the dc-qc axis coordinate system, the electrical angular frequency ωre of the rotational speed of the induction motor 103a, the voltage detection value Ecf of the smoothing capacitor 131, and the voltage amplitude command V1* output from the polar coordinate conversion unit 117.

インバータ周波数演算部202は、実施例1(図3)、実施例2(図8)および実施例3(図14)と同様に、電流指令値Idc*とIqc*および誘導電動機103aの回転速度の電気角周波数ωreに基づいて、ベクトル制御のインバータ周波数ω1を演算する。 The inverter frequency calculation unit 202 calculates the vector control inverter frequency ω1 based on the current command values Idc* and Iqc* and the electrical angular frequency ωre of the rotational speed of the induction motor 103a, as in the first embodiment (FIG. 3), the second embodiment (FIG. 8), and the third embodiment (FIG. 14).

第一の電圧ベクトル演算部201bは、実施例2(図8)および実施例3(図14)と同様に、電流指令値Idc*とIqc*、電流検出値IdcとIqcおよびインバータ周波数ω1に基づいて、dc-qc軸上の第一の電圧指令Vdc1*およびVqc1*を演算する。 The first voltage vector calculation unit 201b calculates the first voltage commands Vdc1* and Vqc1* on the dc-qc axes based on the current command values Idc* and Iqc*, the current detection values Idc and Iqc, and the inverter frequency ω1, similar to the second embodiment (FIG. 8) and the third embodiment (FIG. 14).

第二の電圧ベクトル演算部203bは、実施例2(図8)および実施例3(図14)と同様に、第一の電圧ベクトル演算部201bと同様の入力に基づいて、dc-qc軸上の第二の電圧指令Vdc2*およびVqc2*を演算する。 The second voltage vector calculation unit 203b calculates second voltage commands Vdc2* and Vqc2* on the dc-qc axes based on the same input as the first voltage vector calculation unit 201b, similar to the second embodiment (FIG. 8) and the third embodiment (FIG. 14).

すなわち、実施例4のベクトル制御部112dは、dc軸電圧指令切換器601d、qc軸電圧指令切換器602dおよびパルス数演算部604d以外の構成は、図8に示す実施例2のベクトル制御部112bと同じで、また、図14に示す実施例3のベクトル制御部112cの変調率演算部603cに替えて、パルス数演算部604dを用いたものである。 That is, the vector control unit 112d of the fourth embodiment has the same configuration as the vector control unit 112b of the second embodiment shown in FIG. 8, except for the dc-axis voltage command switch 601d, the qc-axis voltage command switch 602d, and the pulse number calculation unit 604d, and uses the pulse number calculation unit 604d instead of the modulation rate calculation unit 603c of the vector control unit 112c of the third embodiment shown in FIG. 14.

次に、本発明の実施例4の特徴部分である、dc軸電圧指令切換器601d、qc軸電圧指令切換器602dおよびパルス数演算部604dについて、詳しく説明する。
パルス数演算部604dは、平滑用コンデンサ131の電圧検出値Ecf、極座標変換部117から出力される電圧振幅指令V1*および誘導電動機103aの回転速度の電気角周波数ωreに基づいて、交流電動機の電気角周波数の1周期の間にインバータ装置が出力するPWM制御の出力電圧パルス数Npwmを演算して出力する。なお、誘導電動機103aの回転速度の電気角周波数ωreに替えて、インバータ周波数演算部202から出力されるベクトル制御のインバータ周波数ω1を用いてもよい。
Next, the dc-axis voltage command switch 601d, the qc-axis voltage command switch 602d, and the pulse number calculation unit 604d, which are characteristic parts of the fourth embodiment of the present invention, will be described in detail.
The pulse number calculation unit 604d calculates and outputs the number of PWM controlled output voltage pulses Npwm output by the inverter device during one period of the electrical angular frequency of the AC motor, based on the voltage detection value Ecf of the smoothing capacitor 131, the voltage amplitude command V1* output from the polar coordinate conversion unit 117, and the electrical angular frequency ωre of the rotation speed of the induction motor 103a. Note that the inverter frequency ω1 of the vector control output from the inverter frequency calculation unit 202 may be used instead of the electrical angular frequency ωre of the rotation speed of the induction motor 103a.

ここで、パルス数Npwmの演算は、例えば、電圧検出値Ecf、電圧振幅指令V1*から算出される変調率指令値および誘導電動機103aの回転速度の電気角周波数ωre(またはベクトル制御のインバータ周波数ω1)から、予め設定してあるPWM制御モードに応じたパルス数を参照テーブルとして用いればよい。 Here, the number of pulses Npwm can be calculated, for example, by using a reference table of the number of pulses corresponding to a pre-set PWM control mode based on the voltage detection value Ecf, the modulation factor command value calculated from the voltage amplitude command V1*, and the electrical angular frequency ωre of the rotational speed of the induction motor 103a (or the inverter frequency ω1 for vector control).

dc軸電圧指令切換器601dは、パルス数演算部604dが出力したパルス数Npwmに基づいて、第一の電圧ベクトル演算部201bが出力した第一の電圧指令Vdc1*と、第二の電圧ベクトル演算部203bが出力した第二の電圧指令Vdc2*とを切り換えて、dc-qc軸上の電圧指令Vdc*として出力する。 The dc-axis voltage command switch 601d switches between the first voltage command Vdc1* output by the first voltage vector calculation unit 201b and the second voltage command Vdc2* output by the second voltage vector calculation unit 203b based on the pulse number Npwm output by the pulse number calculation unit 604d, and outputs it as the voltage command Vdc* on the dc-qc axes.

ここで、dc軸電圧指令切換器601dは、例えば、パルス数Npwmが9(閾値)より大きければ、第二の電圧ベクトル演算部203bが出力した第二の電圧指令Vdc2*をdc-qc軸上の電圧指令Vdc*として出力し、パルス数Npwmが9(閾値)以下であれば、第一の電圧ベクトル演算部201bが出力した第一の電圧指令Vdc1*をdc-qc軸上の電圧指令Vdc*として出力すればよい。 Here, if the pulse number Npwm is greater than 9 (threshold), the dc-axis voltage command switch 601d outputs the second voltage command Vdc2* output by the second voltage vector calculation unit 203b as the voltage command Vdc* on the dc-qc axes, and if the pulse number Npwm is equal to or less than 9 (threshold), the dc-axis voltage command switch 601d outputs the first voltage command Vdc1* output by the first voltage vector calculation unit 201b as the voltage command Vdc* on the dc-qc axes.

qc軸電圧指令切換器602dは、パルス数演算部604dが出力したパルス数Npwmに基づいて、第一の電圧ベクトル演算部201bが出力した第一の電圧指令Vqc1*と、第二の電圧ベクトル演算部203bが出力した第二の電圧指令Vqc2*とを切り換えて、dc-qc軸上の電圧指令Vqc*として出力する。 The qc-axis voltage command switch 602d switches between the first voltage command Vqc1* output by the first voltage vector calculation unit 201b and the second voltage command Vqc2* output by the second voltage vector calculation unit 203b based on the pulse number Npwm output by the pulse number calculation unit 604d, and outputs it as the voltage command Vqc* on the dc-qc axes.

ここで、qc軸電圧指令切換器602dは、例えば、パルス数Npwmが9(閾値)より大きければ、第二の電圧ベクトル演算部203bが出力した第二の電圧指令Vqc2*をdc-qc軸上の電圧指令Vqc*として出力し、パルス数Npwmが9(閾値)以下であれば、第一の電圧ベクトル演算部201bが出力した第一の電圧指令Vqc1*をdc-qc軸上の電圧指令Vqc*として出力すればよい。
なお、dc-qc軸上の電圧指令の切り換えるパルス数Npwmの閾値は、任意の値を設定してよい。
Here, for example, if the pulse number Npwm is greater than 9 (threshold value), the qc-axis voltage command switch 602d outputs the second voltage command Vqc2* output by the second voltage vector calculation unit 203b as the voltage command Vqc* on the dc-qc axes, and if the pulse number Npwm is equal to or less than 9 (threshold value), the qc-axis voltage command switch 602d outputs the first voltage command Vqc1* output by the first voltage vector calculation unit 201b as the voltage command Vqc* on the dc-qc axes.
The threshold value of the number of pulses Npwm at which the voltage commands on the dc and qc axes are switched may be set to any value.

また、dc-qc軸上の電圧指令Vdc*およびVqc*として電圧演算結果が出力されない方の電圧ベクトル演算部は、電流偏差量の積分演算を停止し、dc-qc軸上の電圧指令Vdc*およびVqc*として電圧演算結果が出力されて演算を開始する際には、もう一方の同じ軸の積分器の出力を積分演算の初期値として設定するとよい。 The voltage vector calculation unit that does not output the voltage calculation results as the voltage commands Vdc* and Vqc* on the dc-qc axes should stop the integral calculation of the current deviation amount, and when the voltage calculation results are output as the voltage commands Vdc* and Vqc* on the dc-qc axes and calculation is started, the output of the other integrator on the same axis should be set as the initial value of the integral calculation.

したがって、実施例4では、パルス数Npwmに基づいて、
・パルス数Npwmが小さい時は、電流フィードバック制御系が不安定に陥りやすくなるため、dc軸電流のフィードバック制御を比例制御とし、qc軸の電流制御の積分器出力を用いてdc軸の電圧指令Vdc*のdq軸干渉項の電圧を補償する構成とする。
これにより、直流電源電圧変動時の制御方式の切換え処理による制御応答の遅延や、電圧、電流、トルクのばたつきを防止し、かつ高速・回生(電動機トルクが負)時の制御安定性が向上する。
Therefore, in the fourth embodiment, based on the number of pulses Npwm,
When the pulse number Npwm is small, the current feedback control system is prone to becoming unstable, so the feedback control of the dc-axis current is made proportional control, and the integrator output of the qc-axis current control is used to compensate for the voltage of the dq-axis interference term of the dc-axis voltage command Vdc*.
This prevents delays in control response due to the control method switching process when the DC power supply voltage fluctuates, as well as fluctuations in voltage, current, and torque, and improves control stability during high speed regeneration (negative motor torque).

・パルス数Npwmが大きい時は、dc軸およびqc軸ともに電流のフィードバック制御を比例・積分制御の構成とし、互いに電流制御の積分器出力を用いてdq軸干渉項の電圧を保証する構成とする。
これにより、モータ定数と制御設定値の誤差を補償し、実施例1よりも交流電動機の駆動制御装置の安定性、また電流制御の高精度化や高応答化を図ることができる。
When the pulse number Npwm is large, the feedback control of the current for both the dc axis and the qc axis is configured as proportional-integral control, and the voltage of the dq axis interference term is guaranteed by using the integrator output of the current control for both.
This makes it possible to compensate for errors between the motor constants and the control set values, and to achieve a more stable drive control device for the AC motor and higher accuracy and response of current control than in the first embodiment.

本発明の実施例5では、実施例2のベクトル制御部112bによるdc-qc軸上の電圧指令Vdc*およびVqc*の演算において、PWM制御によるゲート指令信号の出力電圧更新周期Tp(以下、「PWM電圧更新周期Tp」という)に基づいて、第一の電圧ベクトル演算部201bが出力した第一の電圧指令Vdc1*および、Vqc1*と、第二の電圧ベクトル演算部203bが出力した第二の電圧指令Vdc2*およびVqc2*とを切り換えて、dc-qc軸上の電圧指令Vdc*、Vqc*として出力する。 In the fifth embodiment of the present invention, in the calculation of the voltage commands Vdc* and Vqc* on the dc-qc axes by the vector control unit 112b of the second embodiment, the first voltage commands Vdc1* and Vqc1* output by the first voltage vector calculation unit 201b and the second voltage commands Vdc2* and Vqc2* output by the second voltage vector calculation unit 203b are switched based on the output voltage update period Tp of the gate command signal by PWM control (hereinafter referred to as the "PWM voltage update period Tp"), and are output as the voltage commands Vdc* and Vqc* on the dc-qc axes.

これにより、インバータ装置が出力するPWM制御のゲート指令信号の出力電圧更新周期Tp(PWM電圧更新周期Tp)に応じて、最適な電圧ベクトルの演算方式を選択できるため、実施例1よりも電流制御の精度向上や高応答化、および制御安定性の向上が可能な交流電動機の制御装置が実現できる。 This allows the optimum voltage vector calculation method to be selected according to the output voltage update period Tp (PWM voltage update period Tp) of the PWM control gate command signal output by the inverter device, thereby realizing an AC motor control device that can improve current control accuracy, improve responsiveness, and improve control stability compared to Example 1.

図17は、本発明の実施例5に係る交流電動機の駆動制御装置の構成例を表すブロック図である。以下、図1に示す実施例1と比較して、構成の相違部分のみを説明する。
図17に示す実施例5に係る交流電動機の駆動制御装置は、実施例1のベクトル制御部112とPWM信号制御器119に替えて、ベクトル制御部112eとPWM信号制御器119eを用いることで実現できる。
Fifth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG 17, which is a block diagram showing an example of the configuration of a drive control device for an AC motor according to a fifth embodiment of the present invention.
The drive control device for an AC motor according to the fifth embodiment shown in FIG. 17 can be realized by using a vector control unit 112e and a PWM signal controller 119e instead of the vector control unit 112 and the PWM signal controller 119 of the first embodiment.

実施例5のPWM信号制御器119eは、平滑用コンデンサ131の電圧検出値Ecfと、三相交流電圧指令Vu*、Vv*およびVw*とに基づくパルス幅変調の演算結果より生成されたゲート指令信号を出力すると共に、そのゲート指令信号のPWM電圧更新周期Tpも出力する。 The PWM signal controller 119e of the fifth embodiment outputs a gate command signal generated from the calculation result of pulse width modulation based on the voltage detection value Ecf of the smoothing capacitor 131 and the three-phase AC voltage commands Vu*, Vv*, and Vw*, and also outputs the PWM voltage update period Tp of the gate command signal.

図18は、実施例5のベクトル制御部112eの構成例を表すブロック図である。
図18に示すベクトル制御部112eは、第一の電圧ベクトル演算部201b、第二の電圧ベクトル演算部203b、dc軸電圧指令切換器601e、qc軸電圧指令切換器602eおよびインバータ周波数演算部202、を備える。
FIG. 18 is a block diagram illustrating a configuration example of a vector control unit 112e according to the fifth embodiment.
A vector control unit 112e shown in FIG. 18 includes a first voltage vector calculation unit 201b, a second voltage vector calculation unit 203b, a dc-axis voltage command switch 601e, a qc-axis voltage command switch 602e, and an inverter frequency calculation unit 202.

ベクトル制御部112eは、dc-qc軸座標系上の電流指令値Idc*とIqc*、dc-qc軸座標系上の電流検出値IdcとIqc、誘導電動機103aの回転速度の電気角周波数ωreおよびPWM信号制御器119eから出力されるPWM電圧更新周期Tpを入力とする。 The vector control unit 112e receives as input the current command values Idc* and Iqc* on the dc-qc coordinate system, the current detection values Idc and Iqc on the dc-qc coordinate system, the electrical angular frequency ωre of the rotational speed of the induction motor 103a, and the PWM voltage update period Tp output from the PWM signal controller 119e.

インバータ周波数演算部202は、実施例1から実施例4と同様に、電流指令値Idc*とIqc*および誘導電動機103aの回転速度の電気角周波数ωreに基づいて、ベクトル制御のインバータ周波数ω1を演算する。 The inverter frequency calculation unit 202 calculates the vector control inverter frequency ω1 based on the current command values Idc* and Iqc* and the electrical angular frequency ωre of the rotational speed of the induction motor 103a, as in the first to fourth embodiments.

第一の電圧ベクトル演算部201bは、実施例2から実施例4と同様に、電流指令値Idc*とIqc*、電流検出値IdcとIqcおよびインバータ周波数ω1に基づいて、dc-qc軸上の第一の電圧指令Vdc1*およびVqc1*を演算する。 The first voltage vector calculation unit 201b calculates the first voltage commands Vdc1* and Vqc1* on the dc-qc axes based on the current command values Idc* and Iqc*, the current detection values Idc and Iqc, and the inverter frequency ω1, in the same manner as in the second to fourth embodiments.

第二の電圧ベクトル演算部203bは、実施例2から実施例4と同様に、第一の電圧ベクトル演算部201bと同様の入力に基づいて、dc-qc軸上の第二の電圧指令Vdc2*およびVqc2*を演算する。 The second voltage vector calculation unit 203b calculates second voltage commands Vdc2* and Vqc2* on the dc-qc axes based on the same input as the first voltage vector calculation unit 201b, as in the second to fourth embodiments.

すなわち、実施例5のベクトル制御部112eは、dc軸電圧指令切換器601eおよびqc軸電圧指令切換器602e以外の構成は、図8に示す実施例2のベクトル制御部112bと同じである。 That is, the vector control unit 112e of the fifth embodiment has the same configuration as the vector control unit 112b of the second embodiment shown in FIG. 8, except for the dc-axis voltage command switch 601e and the qc-axis voltage command switch 602e.

次に、実施例5の特徴部分である、dc軸電圧指令切換器601eおよびqc軸電圧指令切換器602eについて、詳しく説明する。
dc軸電圧指令切換器601eは、PWM信号制御器119eが出力したPWM電圧更新周期Tpに基づいて、第一の電圧ベクトル演算部201bが出力した第一の電圧指令Vdc1*と、第二の電圧ベクトル演算部203bが出力した第二の電圧指令Vdc2*とを切り換えて、dc-qc軸上の電圧指令Vdc*として出力する。
Next, the dc-axis voltage command switch 601e and the qc-axis voltage command switch 602e, which are characteristic of the fifth embodiment, will be described in detail.
The dc axis voltage command switch 601e switches between the first voltage command Vdc1* output by the first voltage vector calculation unit 201b and the second voltage command Vdc2* output by the second voltage vector calculation unit 203b based on the PWM voltage update period Tp output by the PWM signal controller 119e, and outputs it as the voltage command Vdc* on the dc-qc axes.

ここで、dc軸電圧指令切換器601eは、例えば、PWM電圧更新周期Tpが任意の閾値より短ければ、第二の電圧ベクトル演算部203bが出力した第二の電圧指令Vdc2*をdc-qc軸上の電圧指令Vdc*として出力し、PWM電圧更新周期Tpが任意の閾値より長ければ、第一の電圧ベクトル演算部201bが出力した第一の電圧指令Vdc1*をdc-qc軸上の電圧指令Vdc*として出力すればよい。 Here, the dc-axis voltage command switch 601e, for example, outputs the second voltage command Vdc2* output by the second voltage vector calculation unit 203b as the voltage command Vdc* on the dc-qc axes if the PWM voltage update period Tp is shorter than an arbitrary threshold value, and outputs the first voltage command Vdc1* output by the first voltage vector calculation unit 201b as the voltage command Vdc* on the dc-qc axes if the PWM voltage update period Tp is longer than an arbitrary threshold value.

また、qc軸電圧指令切換器602eは、PWM信号制御器119eが出力したPWM電圧更新周期Tpに基づいて、第一の電圧ベクトル演算部201bが出力した第一の電圧指令Vqc1*と、第二の電圧ベクトル演算部203bが出力した第二の電圧指令Vqc2*とを切り換えて、dc-qc軸上の電圧指令Vqc*として出力する。 The qc-axis voltage command switch 602e switches between the first voltage command Vqc1* output by the first voltage vector calculation unit 201b and the second voltage command Vqc2* output by the second voltage vector calculation unit 203b based on the PWM voltage update period Tp output by the PWM signal controller 119e, and outputs it as the voltage command Vqc* on the dc-qc axes.

ここで、qc軸電圧指令切換器602eは、例えば、PWM電圧更新周期Tpが任意の閾値より短ければ、第二の電圧ベクトル演算部203bが出力した第二の電圧指令Vqc2*をdc-qc軸上の電圧指令Vqc*として出力し、PWM電圧更新周期Tpが任意の閾値より長ければ、第一の電圧ベクトル演算部201bが出力した第一の電圧指令Vqc1*をdc-qc軸上の電圧指令Vqc*として出力すればよい。 Here, the qc-axis voltage command switch 602e outputs, for example, the second voltage command Vqc2* output by the second voltage vector calculation unit 203b as the voltage command Vqc* on the dc-qc axes if the PWM voltage update period Tp is shorter than an arbitrary threshold value, and outputs the first voltage command Vqc1* output by the first voltage vector calculation unit 201b as the voltage command Vqc* on the dc-qc axes if the PWM voltage update period Tp is longer than an arbitrary threshold value.

また、dc-qc軸上の電圧指令Vdc*およびVqc*として電圧演算結果が出力されない方の電圧ベクトル演算部は、電流偏差量の積分演算を停止し、dc-qc軸上の電圧指令Vdc*およびVqc*として電圧演算結果が出力されて演算を開始する際には、もう一方の同じ軸の積分器の出力を積分演算の初期値として設定するとよい。 The voltage vector calculation unit that does not output the voltage calculation results as the voltage commands Vdc* and Vqc* on the dc-qc axes should stop the integral calculation of the current deviation amount, and when the voltage calculation results are output as the voltage commands Vdc* and Vqc* on the dc-qc axes and calculation is started, the output of the other integrator on the same axis should be set as the initial value of the integral calculation.

したがって、実施例5では、PWM制御によるゲート指令信号のPWM電圧更新周期Tpに基づいてベクトル電圧の演算方式を切り換える。これにより、PWM電圧更新周期Tpが交流電動機の電気角周波数の1周期に対して十分短くない場合に、高速域で制御が不安定になることを回避でき、実施例1よりも制御安定性の向上が可能な交流電動機の駆動制御装置が実現できる。 Therefore, in the fifth embodiment, the method of calculating the vector voltage is switched based on the PWM voltage update period Tp of the gate command signal by PWM control. This makes it possible to avoid control instability in the high-speed range when the PWM voltage update period Tp is not sufficiently short compared to one period of the electrical angular frequency of the AC motor, and realizes a drive control device for an AC motor that can improve control stability compared to the first embodiment.

実施例6では、実施例2のベクトル制御部112bによるdc-qc軸上の電圧指令Vdc*およびVqc*の演算において、第一の電圧ベクトル演算部201bのq軸積分器303と、第二の電圧ベクトル演算部203bのq軸積分器307bを共通化する。これにより、実施例2よりも簡便な構成で低速域での電流制御の精度向上や高応答化、高速域での制御安定性の向上が可能な交流電動機の駆動制御装置が実現できる。 In the sixth embodiment, in the calculation of the voltage commands Vdc* and Vqc* on the dc-qc axes by the vector control unit 112b in the second embodiment, the q-axis integrator 303 of the first voltage vector calculation unit 201b and the q-axis integrator 307b of the second voltage vector calculation unit 203b are shared. This makes it possible to realize a drive control device for an AC motor that has a simpler configuration than the second embodiment and is capable of improving the accuracy and responsiveness of current control in the low speed range and improving control stability in the high speed range.

図19は、本発明の実施例6に係る流電動機の駆動制御装置の構成例を表すブロック図である。以下、図7に示す実施例2と比較して、構成の相違部分のみを説明する。
図19に示す実施例6に係る交流電動機の駆動制御装置は、実施例2のベクトル制御部112bに替えて、ベクトル制御部112fを用いることで実現できる。
19 is a block diagram showing an example of the configuration of a drive control device for a current motor according to a sixth embodiment of the present invention. Hereinafter, only the differences in the configuration will be described in comparison with the second embodiment shown in FIG.
The drive control device for an AC motor according to the sixth embodiment shown in FIG. 19 can be realized by using a vector control unit 112f instead of the vector control unit 112b of the second embodiment.

図20は、実施例6のベクトル制御部112fの構成例を表すブロック図である。
図20に示すベクトル制御部112fは、電圧ベクトル演算部201fおよびインバータ周波数演算部202を備える。
FIG. 20 is a block diagram illustrating a configuration example of a vector control unit 112f according to the sixth embodiment.
A vector control unit 112 f shown in FIG. 20 includes a voltage vector calculation unit 201 f and an inverter frequency calculation unit 202 .

ベクトル制御部112fは、dc-qc軸座標系上の電流指令値Idc*とIqc*、dc-qc軸座標系上の電流検出値IdcとIqcおよび誘導電動機103aの回転速度の電気角周波数ωreを入力とし、dc-qc軸上の電圧指令Vdc*およびVqc*を演算して出力する。 The vector control unit 112f receives as input the current command values Idc* and Iqc* on the dc-qc axis coordinate system, the current detection values Idc and Iqc on the dc-qc axis coordinate system, and the electrical angular frequency ωre of the rotational speed of the induction motor 103a, and calculates and outputs the voltage commands Vdc* and Vqc* on the dc-qc axes.

インバータ周波数演算部202は、実施例1から実施例5と同様に、電流指令値Idc*とIqc*および誘導電動機103aの回転速度の電気角周波数ωreに基づいて、ベクトル制御のインバータ周波数ω1を演算する。 The inverter frequency calculation unit 202 calculates the vector control inverter frequency ω1 based on the current command values Idc* and Iqc* and the electrical angular frequency ωre of the rotational speed of the induction motor 103a, as in the first to fifth embodiments.

次に、実施例6の特徴部分であるベクトル制御部112fについて詳しく説明する。
図21は、実施例6の電圧ベクトル演算部201fの構成例を表すブロック図である。
図20に示す電圧ベクトル演算部201fは、d軸電流偏差演算部304f、q軸電流偏差演算部305f、d軸積分器306f、q軸積分器307f、dc軸電圧指令演算部405fおよびqc軸電圧指令演算部406f、を備える。
Next, the vector control unit 112f, which is a characteristic feature of the sixth embodiment, will be described in detail.
FIG. 21 is a block diagram illustrating a configuration example of a voltage vector calculation unit 201f according to the sixth embodiment.
A voltage vector calculation unit 201f shown in FIG. 20 includes a d-axis current deviation calculation unit 304f, a q-axis current deviation calculation unit 305f, a d-axis integrator 306f, a q-axis integrator 307f, a dc-axis voltage command calculation unit 405f, and a qc-axis voltage command calculation unit 406f.

d軸電流偏差演算部304fは、dc-qc軸座標系上の電流指令値Idc*からdc-qc軸座標系上の電流検出値Idcを減算し、dc軸電流偏差量ΔIdcとして出力する。 The d-axis current deviation calculation unit 304f subtracts the current detection value Idc on the dc-qc coordinate system from the current command value Idc* on the dc-qc coordinate system, and outputs the result as the dc-axis current deviation amount ΔIdc.

q軸電流偏差演算部305fは、dc-qc軸座標系上の電流指令値Iqc*からdc-qc軸座標系上の電流検出値Iqcを減算し、qc軸電流偏差量ΔIqcとして出力する。 The q-axis current deviation calculation unit 305f subtracts the current detection value Iqc on the dc-qc coordinate system from the current command value Iqc* on the dc-qc coordinate system, and outputs the result as the qc-axis current deviation amount ΔIqc.

d軸積分器306fは、d軸電流偏差演算部304fが出力したdc軸電流偏差量ΔIdcを積分処理し、dc軸電流偏差積分値ΔIdc-iとして出力する。 The d-axis integrator 306f integrates the dc-axis current deviation amount ΔIdc output by the d-axis current deviation calculation unit 304f, and outputs it as the dc-axis current deviation integral value ΔIdc-i.

q軸積分器307fは、q軸電流偏差演算部305fが出力したqc軸電流偏差量ΔIqcを積分処理し、qc軸電流偏差積分値ΔIqc-iとして出力する。 The q-axis integrator 307f integrates the qc-axis current deviation amount ΔIqc output by the q-axis current deviation calculation unit 305f, and outputs it as the qc-axis current deviation integral value ΔIqc-i.

dc軸電圧指令演算部405fは、電流指令演算部111が出力したdc-qc軸座標系上の電流指令値Idc*、d軸電流偏差演算部304fが出力したdc軸電流偏差量ΔIdc、d軸積分器306fが出力したdc軸電流偏差積分値ΔIdc-i、q軸積分器307fが出力したqc軸電流偏差積分値ΔIqc-iおよびインバータ周波数演算部202が出力したインバータ周波数ω1に基づいて、dc-qc軸上の電圧指令Vdc*を演算して出力する。 The dc-axis voltage command calculation unit 405f calculates and outputs a voltage command Vdc* on the dc-qc axes based on the current command value Idc* on the dc-qc axis coordinate system output by the current command calculation unit 111, the dc-axis current deviation amount ΔIdc output by the d-axis current deviation calculation unit 304f, the dc-axis current deviation integral value ΔIdc-i output by the d-axis integrator 306f, the qc-axis current deviation integral value ΔIqc-i output by the q-axis integrator 307f, and the inverter frequency ω1 output by the inverter frequency calculation unit 202.

qc軸電圧指令演算部406fは、電流指令演算部111が出力したdc-qc軸座標系上の電流指令値Idc*、q軸電流偏差演算部305fが出力したqc軸電流偏差量ΔIqc、q軸積分器307fが出力したqc軸電流偏差積分値ΔIqc-i、d軸積分器306fが出力したdc軸電流偏差積分値ΔIdc-iおよびインバータ周波数演算部202が出力したインバータ周波数ω1に基づいて、dc-qc軸上の電圧指令Vqc*を演算して出力する。 The qc-axis voltage command calculation unit 406f calculates and outputs a voltage command Vqc* on the dc-qc axis based on the current command value Idc* on the dc-qc axis coordinate system output by the current command calculation unit 111, the qc-axis current deviation amount ΔIqc output by the q-axis current deviation calculation unit 305f, the qc-axis current deviation integral value ΔIqc-i output by the q-axis integrator 307f, the dc-axis current deviation integral value ΔIdc-i output by the d-axis integrator 306f, and the inverter frequency ω1 output by the inverter frequency calculation unit 202.

図22は、実施例6のdc軸電圧指令演算部405fの構成例を表すブロック図である。
図22に示すdc軸電圧指令演算部405fは、比例器501f、502f、503fおよび702f、dc軸電圧指令切換器601f、加算器801、減算器802および乗算器901、を備える。
FIG. 22 is a block diagram showing an example of the configuration of a dc axis voltage command calculation unit 405f according to the sixth embodiment.
22 includes proportional units 501f, 502f, 503f and 702f, a dc axis voltage command switch 601f, an adder 801, a subtractor 802 and a multiplier 901. The dc axis voltage command calculation unit 405f shown in FIG.

dc軸電圧指令演算部405fは、dc軸電圧指令切換器601fから出力されるΔVdc-r*に、比例器502fでdc軸電流偏差量ΔIdcに比例ゲインKpdを乗算したものを加算器801で加算し、これから、比例器503fでqc軸電流偏差積分値ΔIqc-iに比例ゲインKqdを乗算し更に乗算器901でインバータ周波数ω1を乗算したものを減算器802で減算したものを、dc-qc軸上の電圧指令Vdc*として出力する。例えば、以下の式(10)にて演算される。

Figure 0007629818000010
In dc axis voltage command calculation section 405f, ΔVdc-r* output from dc axis voltage command switch 601f is multiplied by proportional gain Kpd by proportional unit 502f, and the result is added by adder 801, from which qc axis current deviation integral value ΔIqc-i is multiplied by proportional gain Kqd by proportional unit 503f, which is further multiplied by inverter frequency ω1 by multiplier 901, and the result is subtracted by subtractor 802 to output as voltage command Vdc* on the dc-qc axes. For example, it is calculated using the following equation (10).
Figure 0007629818000010

ここで、dc軸電圧指令演算部405fの比例ゲインKr、Kpd、KidおよびKqdは、誘導電動機を制御対象とした場合、例えば、以下の式(11)にて演算されるものとする。

Figure 0007629818000011
ここで、式(11)において、R1*は、誘導電動機の一次抵抗の制御設定値、Lσ*は、誘導電動機の一次換算漏れインダクタンスの制御設定値、ωacr*は、電流制御の制御応答角周波数である。 Here, the proportional gains Kr, Kpd, Kid and Kqd of dc axis voltage command calculation section 405f are calculated, for example, by the following equation (11) when an induction motor is the control target.
Figure 0007629818000011
Here, in equation (11), R1* is the control setting value of the primary resistance of the induction motor, Lσ* is the control setting value of the primary-equivalent leakage inductance of the induction motor, and ωacr* is the control response angular frequency of the current control.

なお、dc軸電圧指令演算部405fの比例ゲインKr、Kpd、KidおよびKqdは、定数でもよいし、電流指令値、電流検出値、速度およびベクトル演算周期などの関数式として演算したものを用いてもよい。 The proportional gains Kr, Kpd, Kid, and Kqd of the dc-axis voltage command calculation unit 405f may be constants, or may be calculated as functions of the current command value, current detection value, speed, and vector calculation period.

また、dc軸電圧指令演算部405fの比例ゲインKpd、KidおよびKqdの演算において、電流制御の制御応答角周波数ωacr*は、それぞれに異なる制御応答角周波数の設定値を用いてもよい。 In addition, in the calculation of the proportional gains Kpd, Kid, and Kqd of the dc-axis voltage command calculation unit 405f, the control response angular frequency ωacr* of the current control may use different control response angular frequency setting values.

dc軸電圧指令切換器601fは、インバータ周波数ω1に基づいて、比例器501fでdc-qc軸座標系上の電流指令値Idc*に比例ゲインKrを乗算したものと、比例器702fでdc軸電流偏差積分値ΔIdc-iに比例ゲインKidを乗算したものとを切り換えて、dc軸電流による一次抵抗の電圧降下分を補償する電圧指令ΔVdc-r*として出力する。 The dc-axis voltage command switch 601f switches between the current command value Idc* on the dc-qc axis coordinate system multiplied by the proportional gain Kr in the proportional converter 501f and the dc-axis current deviation integral value ΔIdc-i multiplied by the proportional gain Kid in the proportional converter 702f based on the inverter frequency ω1, and outputs it as a voltage command ΔVdc-r* that compensates for the voltage drop in the primary resistance due to the dc-axis current.

ここで、dc軸電圧指令切換器601fは、例えば、インバータ周波数ω1が交流電動機の最大回転速度の1/3(閾値)以下であれば、dc軸電流偏差積分値ΔIdc-iに比例ゲインKidを乗算した値を、補償電圧指令ΔVdc-r*として出力する。また、インバータ周波数ω1が交流電動機の最大回転速度の1/3(閾値)より大きければ、dc-qc軸座標系上の電流指令値Idc*に比例ゲインKrを乗算した値を、補償電圧指令ΔVdc-r*として出力する。なお、dc-qc軸上の補償電圧指令を切り換えるインバータ周波数ω1の閾値は、任意の値を設定してよい。 Here, if the inverter frequency ω1 is, for example, equal to or less than 1/3 (threshold) of the maximum rotation speed of the AC motor, the dc-axis voltage command switch 601f outputs the value obtained by multiplying the dc-axis current deviation integral value ΔIdc-i by the proportional gain Kid as the compensation voltage command ΔVdc-r*. If the inverter frequency ω1 is greater than 1/3 (threshold) of the maximum rotation speed of the AC motor, the switch 601f outputs the value obtained by multiplying the current command value Idc* on the dc-qc axis coordinate system by the proportional gain Kr as the compensation voltage command ΔVdc-r*. Note that the threshold value of the inverter frequency ω1 for switching the compensation voltage command on the dc-qc axis may be set to any value.

図23は、実施例6のqc軸電圧指令演算部406fの構成例を表すブロック図である。
図23に示すqc軸電圧指令演算部406fは、比例器504f、505f、506f、507および706f、qc軸電圧指令切換器602f、加算器801および乗算器901、を備える。
FIG. 23 is a block diagram showing an example of the configuration of a qc-axis voltage command calculation unit 406f according to the sixth embodiment.
The qc-axis voltage command calculation unit 406f shown in FIG. 23 includes proportional units 504f, 505f, 506f, 507, and 706f, a qc-axis voltage command switch 602f, an adder 801, and a multiplier 901.

qc軸電圧指令演算部406fは、qc軸電圧指令切換器602fから出力されるΔVqc-d*に、比例器506fでqc軸電流偏差量ΔIqcに比例ゲインKpqを乗算したものと比例器505fでqc軸電流偏差積分値ΔIqc-iに比例ゲインKiqを乗算したものとを加算器801で加算したものを加算器801で加算し、更に、比例器507でインバータ周波数ω1に比例ゲインKfを乗算したものを加算器801で加算したものを、dc-qc軸上の電圧指令Vqc*として出力する。例えば、以下の式(12)にて演算される。

Figure 0007629818000012
The qc-axis voltage command calculation unit 406f adds, in an adder 801, the product of multiplying the qc-axis current deviation amount ΔIqc by a proportional gain Kpq in a proportional unit 506f and the product of multiplying the qc-axis current deviation integral value ΔIqc-i by a proportional gain Kiq in a proportional unit 505f, to ΔVqc-d* output from the qc-axis voltage command switch 602f, and further adds, in an adder 801, the product of multiplying the inverter frequency ω1 by a proportional gain Kf in a proportional unit 507, and outputs the result as a voltage command Vqc* on the dc-qc axes. For example, it is calculated by the following equation (12).
Figure 0007629818000012

ここで、qc軸電圧指令演算部406fの比例ゲインKpq、Kiq、Kdq、Kdq2およびKfは、誘導電動機を制御対象とした場合、例えば、以下の式(13)にて演算されるものとする。

Figure 0007629818000013
ここで、式(13)において、R1*は、誘導電動機の一次抵抗の制御設定値、Lσ*は、誘導電動機の一次換算漏れインダクタンスの制御設定値、ωacr*は、電流制御の制御応答角周波数、M*は、誘導電動機の相互インダクタンスの制御設定値、L2*は、誘導電動機の二次自己インダクタンスの制御設定値、Φ2d*は、誘導電動機の二次磁束指令値である。 Here, the proportional gains Kpq, Kiq, Kdq, Kdq2 and Kf of the qc-axis voltage command calculation unit 406f are calculated, for example, by the following equation (13) when an induction motor is the control target.
Figure 0007629818000013
Here, in equation (13), R1* is the control setting value of the primary resistance of the induction motor, Lσ* is the control setting value of the primary-equivalent leakage inductance of the induction motor, ωacr* is the control response angular frequency of current control, M* is the control setting value of the mutual inductance of the induction motor, L2* is the control setting value of the secondary self-inductance of the induction motor, and Φ2d* is the secondary magnetic flux command value of the induction motor.

なお、Φ2d*は、dc-qc軸座標系上の電流指令値Idc*に相互インダクタンスの制御設定値M*を乗算し、誘導電動機の二次時定数T2相当をフィルタ時定数とする一次遅れフィルタを通過させたものとする。 Note that Φ2d* is calculated by multiplying the current command value Idc* on the dc-qc axis coordinate system by the mutual inductance control setting value M*, and passing it through a first-order lag filter whose filter time constant is equivalent to the secondary time constant T2 of the induction motor.

また、qc軸電圧指令演算部406fの比例ゲインKpq、Kiq、Kdq、Kdq2およびKfは、定数でもよいし、電流指令値、電流検出値、速度およびベクトル演算周期などの関数式として演算したものを用いてもよい。 The proportional gains Kpq, Kiq, Kdq, Kdq2, and Kf of the qc-axis voltage command calculation unit 406f may be constants, or may be calculated as functions of the current command value, current detection value, speed, and vector calculation period.

更に、qc軸電圧指令演算部406fの比例ゲインKpq、KiqおよびKdq2の演算において、電流制御の制御応答角周波数ωacr*は、それぞれに異なる制御応答角周波数の設定値を用いてもよい。 Furthermore, in the calculation of the proportional gains Kpq, Kiq, and Kdq2 of the qc-axis voltage command calculation unit 406f, the control response angular frequency ωacr* of the current control may use different control response angular frequency setting values.

qc軸電圧指令切換器602fは、比例器504fでdc-qc軸座標系上の電流指令値Idc*に比例ゲインKdqを乗算し更に乗算器901でインバータ周波数ω1を乗算したものと、比例器706fでdc軸電流偏差積分値ΔIdc-iに比例ゲインKdq2を乗算し更に乗算器901でインバータ周波数ω1を乗算したものとを、インバータ周波数ω1に基づいて切り換えて、dq干渉項の電圧を補償する電圧指令ΔVqc-d*として出力する。 The qc-axis voltage command switch 602f switches between the current command value Idc* on the dc-qc axis coordinate system multiplied by the proportional gain Kdq in the proportional unit 504f and then multiplied by the inverter frequency ω1 in the multiplier 901, and the dc-axis current deviation integral value ΔIdc-i multiplied by the proportional gain Kdq2 in the proportional unit 706f and then multiplied by the inverter frequency ω1 in the multiplier 901, based on the inverter frequency ω1, and outputs it as a voltage command ΔVqc-d* that compensates for the voltage of the dq interference term.

ここで、qc軸電圧指令切換器602fは、例えば、インバータ周波数ω1が交流電動機の最大回転速度の1/3(閾値)以下であれば、dc軸電流偏差積分値ΔIdc-iに比例ゲインKdq2とインバータ周波数ω1とを乗算した値を、補償電圧指令ΔVqc-d*として出力する。また、インバータ周波数ω1が交流電動機の最大回転速度の1/3(閾値)より大きければ、dc-qc軸座標系上の電流指令値Idc*に比例ゲインKdqとインバータ周波数ω1とを乗算した値を、補償電圧指令ΔVqc-d*として出力する。なお、dc-qc軸上の補償電圧指令を切り換えるインバータ周波数ω1の閾値は、任意の値を設定してよい。 Here, the qc-axis voltage command switch 602f outputs the value obtained by multiplying the dc-axis current deviation integral value ΔIdc-i by the proportional gain Kdq2 and the inverter frequency ω1 as the compensation voltage command ΔVqc-d* if the inverter frequency ω1 is, for example, equal to or less than 1/3 (threshold) of the maximum rotation speed of the AC motor. Also, if the inverter frequency ω1 is greater than 1/3 (threshold) of the maximum rotation speed of the AC motor, the switch 602f outputs the value obtained by multiplying the current command value Idc* on the dc-qc axis coordinate system by the proportional gain Kdq and the inverter frequency ω1 as the compensation voltage command ΔVqc-d*. Note that the threshold value of the inverter frequency ω1 for switching the compensation voltage command on the dc-qc axis may be set to any value.

ただし、dc-qc軸上の電圧指令Vdc*およびVqc*の演算において、d軸積分器306fから出力されるdc軸電流偏差積分値ΔIdc-iが反映されない場合、dc軸電流偏差量の積分演算を停止しておく必要がある。 However, if the dc-axis current deviation integral value ΔIdc-i output from the d-axis integrator 306f is not reflected in the calculation of the voltage commands Vdc* and Vqc* on the dc-qc axes, the integral calculation of the dc-axis current deviation amount must be stopped.

したがって、実施例6では、実施例2のベクトル制御部112bによるdc-qc軸上の電圧指令Vdc*およびVqc*の演算において、qc軸の電流制御の積分器出力を用いてdc軸の電圧指令Vdc*のdq軸干渉項の電圧を補償する構成およびインバータ周波数ω1に応じてdc-qc軸座標系上の電流指令値Idc*に基づく補償電圧指令演算とdc軸電流偏差積分値ΔIdc-iに基づく補償電圧指令演算とを切り換える構成とする。これにより、実施例2よりも簡便な構成で、低速域での電流制御の精度向上や高応答化、高速域での制御安定性の向上が可能な交流電動機の駆動制御装置が実現できる。 Therefore, in the sixth embodiment, in the calculation of the voltage commands Vdc* and Vqc* on the dc-qc axes by the vector control unit 112b of the second embodiment, the integrator output of the current control on the qc axis is used to compensate for the voltage of the dq-axis interference term of the voltage command Vdc* on the dc axis, and the compensation voltage command calculation based on the current command value Idc* on the dc-qc axis coordinate system and the compensation voltage command calculation based on the dc-axis current deviation integral value ΔIdc-i are switched according to the inverter frequency ω1. This makes it possible to realize a drive control device for an AC motor that has a simpler configuration than the second embodiment, and that is capable of improving the accuracy and responsiveness of current control in the low speed range and improving control stability in the high speed range.

本発明の実施例7は、実施例1から6のいずれかの交流電動機の駆動制御装置を鉄道車両に適用したものである。
図24は、本発明の実施例7として、実施例1から6のいずれかを用いた交流電動機の駆動制御装置を搭載する鉄道車両の一部の概略構成を表す図である。
A seventh embodiment of the present invention is an embodiment in which the drive control device for an AC motor according to any one of the first to sixth embodiments is applied to a railway vehicle.
FIG. 24 is a diagram showing a schematic configuration of a part of a railway vehicle equipped with a drive control device for an AC motor using any one of the first to sixth embodiments, as a seventh embodiment of the present invention.

図24に示す鉄道車両は、交流電動機103aおよび103bが搭載された台車、並びに、交流電動機103cおよび103dが搭載された台車を有すると共に、制御器101、電力変換器102、指令発生器105および相電流検出部121を含む交流電動機の駆動制御装置を搭載している。 The railway vehicle shown in FIG. 24 has a bogie on which AC motors 103a and 103b are mounted, and a bogie on which AC motors 103c and 103d are mounted, and is equipped with an AC motor drive control device including a controller 101, a power converter 102, a command generator 105, and a phase current detection unit 121.

実施例7に係る鉄道車両は、運転士によりマスター・コントローラを介して入力された運転指令に基づき指令発生器105が発生したトルク指令値Tm*に応じて、架線から集電装置を介して供給された電力を、電力変換器102で交流電力に変換して交流電動機103に供給することで、交流電動機103を駆動する。交流電動機103は、鉄道車両の車軸と連結されており、交流電動機103により鉄道車両の走行が制御される。 The railway vehicle according to the seventh embodiment drives the AC motor 103 by converting power supplied from the overhead line via a current collector into AC power by a power converter 102 and supplying it to the AC motor 103 in accordance with a torque command value Tm* generated by a command generator 105 based on an operation command input by a driver via a master controller. The AC motor 103 is connected to the axle of the railway vehicle, and the running of the railway vehicle is controlled by the AC motor 103.

実施例7に係る鉄道車両では、交流電動機の駆動制御装置として実施例1から6のいずれかを適用することで、制御安定性および制御応答の向上を図ることができる。 In the railway vehicle according to the seventh embodiment, by applying any one of the first to sixth embodiments as a drive control device for an AC motor, it is possible to improve control stability and control response.

以上、本発明の各実施例について説明したが、交流電動機であれば、他の電動機であっても同様に適用することが可能である。例えば、永久磁石同期電動機、巻線型同期電動機およびリラクタンストルクによる同期機も同様である。また、発電機の制御に対しても同様に適用可能である。更に、本発明は、上述した各実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。 Although the above describes each embodiment of the present invention, the present invention can be applied to other AC motors as well. For example, the same applies to permanent magnet synchronous motors, wound-rotor synchronous motors, and synchronous machines using reluctance torque. The present invention can also be applied to the control of generators. Furthermore, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible without departing from the spirit of the present invention.

101 制御器、102 電力変換器、103 交流電動機、105 指令発生器、
111 電流指令演算部、112 ベクトル制御部、113 電流検出部、
114 dq座標変換部、115 速度演算部、116 位相演算部、
117 極座標変換部、118 UVW座標変換部、119 PWM信号制御器、
121 相電流検出部、123 入力端子、124 回転速度検出部、
131 平滑用コンデンサ、132 主回路部、133 ゲート・ドライバ、
134 直流抵抗器、201 電圧ベクトル演算部、
201b 第一の電圧ベクトル演算部、202 インバータ周波数演算部、
203b 第二の電圧ベクトル演算部、301,304b d軸電流偏差演算部、
302,305b q軸電流編差演算部、303,307b q軸積分器、
306b d軸積分器、401 dc軸電圧指令演算部、
401b 第一のdc軸電圧指令演算部、402 qc軸電圧指令演算部、
402b 第一のqc軸電圧指令演算部、403b 第二のdc軸電圧指令演算部、
404b 第二のqc軸電圧指令演算部、405f dc軸電圧指令演算部、
406f qc軸電圧指令演算部、
501,502,503,504,505,506,507 比例器、
601b dc軸電圧指令切換器、602b qc軸電圧指令切換器、
603c 変調率演算部、604d パルス数演算部、
701b,702b,703b,704b,705b,706b 比例器、
801 加算器、802 減算器、901 乗算器
101 Controller, 102 Power converter, 103 AC motor, 105 Command generator,
111 Current command calculation unit, 112 Vector control unit, 113 Current detection unit,
114 dq coordinate conversion unit, 115 velocity calculation unit, 116 phase calculation unit,
117 polar coordinate conversion unit, 118 UVW coordinate conversion unit, 119 PWM signal controller,
121 Phase current detection unit, 123 Input terminal, 124 Rotational speed detection unit,
131 smoothing capacitor, 132 main circuit section, 133 gate driver,
134 DC resistor, 201 voltage vector calculation unit,
201b first voltage vector calculation unit, 202 inverter frequency calculation unit,
203b second voltage vector calculation unit, 301, 304b d-axis current deviation calculation unit,
302, 305b q-axis current difference calculation unit, 303, 307b q-axis integrator,
306b d-axis integrator, 401 dc-axis voltage command calculation unit,
401b first dc-axis voltage command calculation unit, 402 qc-axis voltage command calculation unit,
402b: a first qc-axis voltage command calculation unit; 403b: a second dc-axis voltage command calculation unit;
404b: second qc-axis voltage command calculation unit; 405f: dc-axis voltage command calculation unit;
406f qc-axis voltage command calculation unit,
501, 502, 503, 504, 505, 506, 507 proportional device,
601b dc-axis voltage command switch, 602b qc-axis voltage command switch,
603c modulation rate calculation unit, 604d pulse number calculation unit,
701b, 702b, 703b, 704b, 705b, 706b proportional device,
801 adder, 802 subtractor, 901 multiplier

Claims (7)

電圧指令に基づくベクトル制御を用いて電力変換器により駆動される交流電動機の駆動制御装置であって、
前記交流電動機の直交する2つの回転座標軸であるd軸およびq軸それぞれの電流指令値を生成する電流指令演算部と、
前記交流電動機に流れる電流を検出して前記d軸および前記q軸それぞれの電流検出値に変換する電流検出手段と、
前記d軸および前記q軸それぞれの電流指令値、前記d軸および前記q軸それぞれの電流検出値および前記交流電動機の回転速度に基づいて、前記d軸および前記q軸それぞれの前記電圧指令を演算する電圧指令演算部と
を備え、
前記電圧指令演算部は、
前記d軸の前記電圧指令を、前記d軸の電流指令値の比例演算結果に対して前記d軸の電流指令値と前記d軸の電流検出値とのd軸電流偏差の比例演算のみに基づくd軸電流フィードバック制御により当該演算の結果を加算し、当該加算した値から前記q軸の電流指令値と前記q軸の電流検出値とのq軸電流偏差の比例積分演算結果に前記回転速度を乗算した値を減算して算出し、
前記q軸の前記電圧指令を、前記q軸電流偏差の比例演算および前記q軸電流偏差の比例積分演算に基づくq軸電流フィードバック制御により双方の前記演算の結果を加算し、当該加算した値に対して、前記d軸の電流指令値の比例演算結果に前記回転速度を乗算した値および前記回転速度の比例演算結果の値をそれぞれ加算して算出する
ことを特徴とする交流電動機の駆動制御装置。
A drive control device for an AC motor that is driven by a power converter using vector control based on a voltage command,
a current command calculation unit that generates current command values for each of a d-axis and a q-axis, which are two orthogonal rotation coordinate axes of the AC motor;
current detection means for detecting a current flowing through the AC motor and converting the detected current into a current detection value for each of the d-axis and the q-axis;
a voltage command calculation unit that calculates the voltage commands for the d-axis and the q-axis based on current command values for the d-axis and the q-axis, current detection values for the d-axis and the q-axis, and a rotation speed of the AC motor,
The voltage command calculation unit is
the d-axis voltage command is calculated by adding a result of a proportional calculation of the d-axis current command value to a result of the proportional calculation of the d-axis current deviation between the d-axis current command value and the d-axis current detection value by d-axis current feedback control based only on the proportional calculation of the d-axis current deviation between the d-axis current command value and the d-axis current detection value, and subtracting from the added value a value obtained by multiplying a result of a proportional integral calculation of a q-axis current deviation between the q-axis current command value and the q-axis current detection value by the rotation speed;
a voltage command for the q-axis that is calculated by adding together the results of both calculations using q-axis current feedback control based on a proportional calculation of the q-axis current deviation and a proportional integral calculation of the q-axis current deviation, and then adding to the sum a value obtained by multiplying the proportional calculation result of the d-axis current command value by the rotational speed and a value obtained by the proportional calculation result of the rotational speed, respectively.
請求項1に記載の交流電動機の駆動制御装置であって、
前記電圧指令演算部を第1の電圧指令演算部とし、当該第1の電圧指令演算部とは異なる第2の電圧指令演算部を更に備え、
前記第2の電圧指令演算部は、
前記d軸の第2の電圧指令を、前記d軸電流偏差の比例演算および前記d軸電流偏差の比例積分演算に基づくd軸電流フィードバック制御により双方の前記演算の結果を加算し、当該加算した値から前記q軸電流偏差の比例積分演算結果に前記回転速度を乗算した値を減算して算出し、
前記q軸の第2の電圧指令を、前記q軸電流偏差の比例演算および前記q軸電流偏差の比例積分演算に基づくq軸電流フィードバック制御により双方の前記演算の結果を加算し、当該加算した値に対して、前記d軸電流偏差の比例積分演算結果に前記回転速度を乗算した値および前記回転速度の比例演算結果の値をそれぞれ加算して算出し、
前記第1の電圧指令演算部と前記第2の電圧指令演算部とを、前記交流電動機の回転速度、前記電力変換器の変調率、前記電力変換器が出力するPWM制御のパルス数および前記電力変換器に出力するゲート指令信号電圧更新周期の少なくともいずれか一つに応じて切り換えて使用する
ことを特徴とする交流電動機の駆動制御装置。
2. The drive control device for an AC motor according to claim 1,
The voltage command calculation unit is a first voltage command calculation unit, and a second voltage command calculation unit different from the first voltage command calculation unit is further provided,
The second voltage command calculation unit includes:
calculating the second voltage command of the d-axis by adding up the results of both a proportional calculation of the d-axis current deviation and a proportional integral calculation of the d-axis current deviation through d-axis current feedback control based on the proportional integral calculation of the d-axis current deviation, and subtracting from the sum a value obtained by multiplying the proportional integral calculation result of the q-axis current deviation by the rotation speed;
calculating the second voltage command of the q-axis by adding up the results of both proportional and integral calculations of the q-axis current deviation through q-axis current feedback control based on the proportional and integral calculation of the q-axis current deviation, and adding a value obtained by multiplying the proportional and integral calculation result of the d-axis current deviation by the rotation speed and a value obtained by the proportional calculation result of the rotation speed to the sum;
a first voltage command calculation unit and a second voltage command calculation unit that are switched for use in accordance with at least one of a rotation speed of the AC motor, a modulation factor of the power converter, a number of PWM control pulses output by the power converter, and a gate command signal voltage update period output to the power converter.
請求項1または2に記載の交流電動機の駆動制御装置であって、
前記d軸および前記q軸それぞれの前記電圧指令に基づいて、前記電力変換器を多パルス駆動から1パルス駆動にわたって運転する
ことを特徴とする交流電動機の駆動制御装置。
3. The drive control device for an AC motor according to claim 1,
13. A drive control device for an AC motor, comprising: a power converter that drives the power converter in a range from multi-pulse drive to one-pulse drive based on the voltage commands for the d-axis and the q-axis, respectively.
請求項1から3のいずれか1項に記載の交流電動機の駆動制御装置を搭載する鉄道車両。 A railway vehicle equipped with a drive control device for an AC motor according to any one of claims 1 to 3. 電力変換器により駆動される交流電動機を電圧指令に基づいてベクトル制御する交流電動機の駆動制御方法であって、
前記交流電動機の直交する2つの回転座標軸であるd軸およびq軸それぞれの電流指令値を生成し、
前記交流電動機に流れる電流を前記d軸および前記q軸それぞれの電流検出値に変換し、
前記電圧指令を前記d軸および前記q軸それぞれの電圧指令に分けて生成する方法として、
前記d軸の前記電圧指令を、前記d軸の電流指令値の比例演算結果に対して前記d軸の電流指令値と前記d軸の電流検出値とのd軸電流偏差の比例演算のみに基づくd軸電流フィードバック制御により当該演算の結果を加算し、当該加算した値から前記q軸の電流指令値と前記q軸の電流検出値とのq軸電流偏差の比例積分演算結果に前記交流電動機の回転速度を乗算した値を減算して算出し、
前記q軸の前記電圧指令を、前記q軸電流偏差の比例演算および前記q軸電流偏差の比例積分演算に基づくq軸電流フィードバック制御により双方の前記演算の結果を加算し、当該加算した値に対して、前記d軸の電流指令値の比例演算結果に前記回転速度を乗算した値および前記回転速度の比例演算結果の値をそれぞれ加算して算出する
ことを特徴とする交流電動機の駆動制御方法。
A drive control method for an AC motor, which performs vector control on an AC motor driven by a power converter based on a voltage command, comprising:
generating current command values for each of a d-axis and a q-axis, which are two orthogonal rotation coordinate axes of the AC motor;
A current flowing through the AC motor is converted into a current detection value of each of the d-axis and the q-axis.
As a method of generating the voltage command separately for the d-axis and the q-axis,
the d-axis voltage command is calculated by adding a result of a proportional calculation of the d-axis current command value to a result of the proportional calculation of the d-axis current deviation between the d-axis current command value and the d-axis current detection value by d-axis current feedback control based only on the proportional calculation of the d-axis current deviation between the d-axis current command value and the d-axis current detection value, and subtracting from the added value a value obtained by multiplying a result of a proportional integral calculation of a q-axis current deviation between the q-axis current command value and the q-axis current detection value by a rotation speed of the AC motor ;
a voltage command for the q-axis being calculated by adding together the results of both proportional and integral calculations of the q-axis current deviation through q-axis current feedback control, and then adding to the sum a value obtained by multiplying the proportional calculation result of the d-axis current command value by the rotational speed and a value obtained by the proportional calculation result of the rotational speed, respectively.
請求項5に記載の交流電動機の駆動制御方法であって、
前記d軸および前記q軸それぞれの電圧指令に分けて生成する方法を第1の方法とし、当該第1の方法とは別に、
前記d軸の前記電圧指令を、前記d軸電流偏差の比例演算および前記d軸電流偏差の比例積分演算に基づくd軸電流フィードバック制御により双方の前記演算の結果を加算し、当該加算した値から前記q軸電流偏差の比例積分演算結果に前記回転速度を乗算した値を減算して算出し、
前記q軸の前記電圧指令を、前記q軸電流偏差の比例演算および前記q軸電流偏差の比例積分演算に基づくq軸電流フィードバック制御により双方の前記演算の結果を加算し、当該加算した値に対して、前記d軸電流偏差の比例積分演算結果に前記回転速度を乗算した値および前記回転速度の比例演算結果の値をそれぞれ加算して算出する
方法を第2の方法とし、
前記第1の方法と前記第2の方法とを、前記交流電動機の回転速度、前記電力変換器の変調率、前記電力変換器が出力するPWM制御のパルス数および前記電力変換器に出力するゲート指令信号電圧更新周期の少なくともいずれか一つに応じて切り換えて実行する
ことを特徴とする交流電動機の駆動制御方法。
6. A method for controlling an AC motor according to claim 5, comprising the steps of:
A method of generating voltage commands separately for the d-axis and the q-axis is defined as a first method, and a method of generating voltage commands separately for the d-axis and the q-axis is defined as a second method.
calculating the d-axis voltage command by adding together the results of both proportional and integral calculations of the d-axis current deviation through d-axis current feedback control based on the proportional and integral calculation of the d-axis current deviation, and subtracting from the sum a value obtained by multiplying the proportional and integral calculation result of the q-axis current deviation by the rotation speed;
a second method for calculating the voltage command of the q-axis by adding the results of both calculations by q-axis current feedback control based on a proportional calculation of the q-axis current deviation and a proportional integral calculation of the q-axis current deviation, and adding a value obtained by multiplying the proportional integral calculation result of the d-axis current deviation by the rotation speed and a value of the proportional calculation result of the rotation speed to the sum,
A drive control method for an AC motor, characterized in that the first method and the second method are switched and executed depending on at least one of a rotation speed of the AC motor, a modulation factor of the power converter, a number of PWM control pulses output by the power converter, and an update period of a gate command signal voltage output to the power converter.
請求項5または6に記載の交流電動機の駆動制御方法であって、
前記電力変換器を多パルス駆動から1パルス駆動にわたって運転する
ことを特徴とする交流電動機の駆動制御方法。
7. A method for controlling an AC motor according to claim 5, further comprising the steps of:
A drive control method for an AC motor, comprising the steps of: operating the power converter in a range from multi-pulse drive to one-pulse drive.
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