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発明の名称 インバータの制御装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平8−266064
公開日 平成8年(1996)10月11日
出願番号 特願平7−64099
出願日 平成7年(1995)3月23日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】吉田 研二 (外2名)
発明者 由良 元澄 / 亀山 智寿
要約 目的
出力電圧指令に対して安定でかつ応答遅れ時間の少ない電圧フィードバック制御を実現できるインバータの制御装置を提供する。

構成
出力電圧指令値を出力電圧検出値の検出遅れ時間分だけ遅延する単位遅延手段と、前記単位遅延手段の出力と出力電圧検出値の誤差を増幅し電圧補償値を出力するトランスバーサルフィルタと、前記電圧補償値と前記出力電圧指令値を加算する加算器と、加算器の出力である補正した出力電圧指令値を入力とするPWM信号発生回路を備える。
特許請求の範囲
【請求項1】 直流電圧を交流に変換して出力するインバータをフィードバック制御するインバータ制御装置において、インバータの出力電圧の制御指令値である出力電圧指令値を出力する指令値出力手段と、前記出力電圧指令値を単位遅延する単位遅延手段と、前記インバータの出力電圧を検出する電圧検出手段と、前記単位遅延された出力電圧指令値から前記検出された出力電圧値を減算し、誤差電圧値を算出する減算器と、前記誤差電圧値を、各段ごとにフィードバック制御のループ特性に応じた係数を乗じて、補正し電圧補償値を算出するトランスバーサルフィルタと、前記出力電圧指令値と前記電圧補償値を加算して補償出力電圧指令値を算出する加算器と、前記補償出力電圧指令値に基づき、インバータの出力電圧を制御するPWM信号を発生するPWM信号発生回路と、を備えたことを特徴とするインバータの制御装置。
【請求項2】 前記トランスバーサルフィルタは、前記出力電圧指令値の周波数に応じて各段の係数が変更されることを特徴とする請求項1記載のインバータ制御装置。
【請求項3】 前記トランスバーサルフィルタは、前記出力電圧指令値の周波数に応じて使用する段数が変更されることを特徴とする請求項2記載のインバータ制御装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電動機の駆動装置等に利用されるインバータの制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般的なインバータの制御装置では、インバータを構成するスイッチング素子のデッドタイムの存在によって、インバータの出力電圧は入力された出力電圧指令値に対して非線形になる。そのためインバータの出力電圧と出力電圧指令値との電圧誤差を出力電流をもとにして近似できることを利用し、出力電圧が所望の値になるよう補正している。しかしながらこの方法では、電圧誤差を出力電流をもとに近似しているため精度よく電圧誤差を補正することができない。電圧誤差の補正を精度よく行なうために、本出願人は先に出願された特願平6−28250号にインバータの電圧のフィードバックを行なう方法を提案している。
【0003】この電圧フィードバックのシステムの一例を図6に示す。出力電圧指令値eu*、ev*、ew*から電圧検出器10により検出したインバータ9の出力電圧検出値eu 、ev 、ew を減算器2a,2b,2cにより減算し誤差電圧値を算出する。この誤差電圧値を誤差増幅器12a,12b,12cによって増幅し、電圧補償値を出力する。前記出力電圧指令値に電圧補償値を加算器7a,7b,7cによって加算し、補正された電圧指令をPWM信号発生回路に出力することにより電圧誤差の補正を行なっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】図6に示した電圧フィードバックシステムに図7(a)に示すステップ信号を出力電圧指令として入力した場合の応答を考える。電圧検出器10により検出した出力電圧検出値は、出力電圧指令に対して同一次元であり時間遅れ要素があるため、誤差増幅器12a,12b,12cに一般的なpi演算増幅器を用いた場合に、pゲインを大きくすると図7(b)の様に過渡応答時に発振してしまう。また、pゲインの変わりにiゲインを大きくすると応答の遅れ分だけ図7(c)の様にオーバーシュートする。発振およびオーバーシュート量を小さくするためにはpi演算増幅器のゲインを小さく設定しなければならない。しかし、設定ゲインが小さいと図7(d)の様に指令に対する応答の遅れ時間が大きくなり指令に対して発生する誤差が大きくなる。以上のように誤差増幅器12a,12b,12cにpi演算増幅器を用いた場合に安定でかつ遅れ時間の少ない応答をさせることが難しい。また、出力電圧指令の任意の周波数で適切な応答ができたとしても、周波数が変わると発振したり、または出力電圧指令に対する応答の遅れ時間が大きくなり出力電圧指令の広い周波数領域において安定でかつ遅れ時間の少ない応答をさせることが難しいという問題がある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するために、本発明にかかるインバータ制御装置は、直流電圧を交流に変換して出力するインバータをフィードバック制御するインバータ制御装置であって、インバータの出力電圧の制御指示値である出力電圧指令値を出力する指令値出力手段と、前記出力電圧指令値を単位遅延する単位遅延手段と、前記インバータの出力電圧を検出する電圧検出手段と、前記単位遅延された出力電圧指令値から前記検出された出力電圧値を減算し、誤差電圧値を算出する減算器と、前記誤差電圧値を、各段ごとにフィードバック制御のループ特性に応じた係数を乗じて、補正し電圧補償値を算出するトランスバーサルフィルタと、前記出力電圧指令値と前記電圧補償値を加算して補償出力電圧指令値を算出する加算器と、前記補償出力電圧指令値に基づき、インバータの出力電圧を制御するPWM信号を発生するPWM信号発生回路とを備えている。さらに、前記トランスバーサルフィルタは、前記出力電圧指令値の周波数に応じて各段の係数が変更されるものとすることもできる。さらに、前記トランスバーサルフィルタは、前記出力電圧指令値の周波数に応じて使用する段数が変更されるものとすることもできる。
【0006】
【作用】本発明に係るインバータ制御装置においては、トランスバーサルフィルタが出力電圧指令値と出力電圧検出値の誤差を正確に、かつ安定性を損なうことなく増幅し、出力電圧指令を補正する電圧補償値を出力する。このため、出力電圧指令に対する応答が安定でかつ遅れ時間の少ない電圧フィードバック制御ができる。さらに出力電圧指令値の周波数に応じて係数が変更可能な乗算器を備えたトランスバーサルフィルタまたは、出力電圧指令値の周波数に応じて次数が変更可能なトランスバーサルフィルタを用いており、周波数に応じた適切なゲイン調整ができるので、広い周波数領域においても出力電圧指令に対する応答が安定でかつ遅れ時間の少ない電圧フィードバック制御ができる。
【0007】
【実施例】図1は本発明に係るインバータの制御装置の一実施例のシステム構成図である。図1に係るインバータの制御装置の一実施例においては、インバータの出力電圧を電圧検出器10によって出力電圧検出値eu 、ev 、ew 、として検出する。指令値出力手段13より出力された出力電圧指令eu*、ev*、ew*を出力電圧検出値の検出遅れ時間だけ単位遅延手段1a,1b,1cによって遅延し保持する。これらの単位遅延手段1a,1b,1cは同一の構成を有するものであり、特に必要ない限り以後の説明においては添符号a,b,cを省略し、単に単位遅延器1と記す。同様に他の構成についても必要ない限り添符号を省略する。電圧検出手器10によって検出した出力電圧検出値は、出力電圧指令値が前記単位遅延手段によって単位遅延しているため単位遅延器1の出力に対して遅れ要素はない。減算器2が単位遅延器1の出力から出力電圧検出値を減算し誤差電圧値を算出する。減算器2によって算出した誤差電圧値はトランスバーサルフィルタ3によって増幅され出力電圧補償値として出力する。ここでトランスバーサルフィルタについて説明する。トランスバーサルフィルタ3aはn次の単位遅延手段4a−1、4a−2、・・・4a−nを持ち、それぞれの次数の単位遅延手段の出力を係数倍する複数の乗算器5a−1、5b−2、・・・5a−nを備えている。乗算器5はそれぞれの次数に応じた係数を設定することができる。他の相のトランスバーサルフィルタ3b,3cも同様の構成を有している。乗算器5の係数の設定は、例えば、トランスバーサルフィルタ3内の乗算器5の係数は次数が大きくなるに従って指数関数的に小さくなる値を例えば図3のように設定しておく。トランスバーサルフィルタ3に入力する誤差電圧値は乗算器5で増幅し、単位遅延器4で保持されている過去の誤差電圧値もそれぞれの乗算器5に設定してある係数に従って増幅する。これらの複数の乗算器5の出力を加算器6で加算した結果は、過去n次分の誤差分を考慮し出力電圧指令値に対して補正する電圧値であり、これは、出力電圧指令eu*、ev*、ew*と出力電圧検出値eu 、ev 、ew との誤差電圧をトランスバーサルフィルタの次数に対応する時間分だけ、高精度化して検出した結果である。そこでこの加算器の出力を電圧補償値として出力し、出力電圧指令とこの電圧補償値を加算器7で加算し、補正した出力電圧指令をPWM信号発生回路に出力する。本発明の電圧フィードバックシステムにステップ信号図2の(a)を出力電圧指令として入力した場合の応答を図2の(b)に示す。ステップ信号の出力電圧指令に対して応答遅れ時間が小さくかつオーバーシュートの小さい安定した応答である。
【0008】さらに、図1で出力電圧指令の周波数ω* に応じてトランスバーサルフィルタ3の乗算器5の係数を可変する。周波数ω* の値によって線形的に可変させてもよいし、また出力電圧指令の周波数ω* に応じてトランスバーサルフィルタ3の乗算器5の係数を0に設定することで、使用する次数を選択することも可能である。乗算器5の係数を周波数ω* の値によって可変させる例を図4に、また周波数ω* に応じて乗算器5の係数を0に設定することで、使用する次数を選択する例を図5に示す。
【0009】
【発明の効果】以上説明したように、本発明においては、誤差増幅器としてトランスバーサルフィルタを用いることで、出力電圧指令に対して安定な応答遅れ時間の少ない電圧フィードバック制御が実現できる。さらに、出力電圧指令の周波数に応じてトランスバーサルフィルタ内の乗算器の係数及びトランスバーサルフィルタの次数を可変することで、広い周波数領域に対しても安定な応答遅れ時間の少ない電圧フィードバック制御が実現できる。




 

 


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