JPH04505996A - 多相の目標値と実際値との間の位相および振幅応答の補償方法およびこの方法を実施するための回路装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 多相の目標値と実際値との間の位相および振幅応答の補償方法およびこの方法を 実施するための回路装置本発明は多相の目標値と実際値との間の位相および振幅 応答の補償方法およびこの方法を実施するための回路装置に関する。

指令量Ｗがたとえば時間関数Ｗ　（ｔ　）　−Ｗ　ｓｉｎ　（αＬ）に従って、 目標値設定器、比較器、調節器および制御対象および測定変換器から成る公知の 制御ループに与えられると、制御量のなかに指令量Ｗに対して位相および振幅ず れが生ずる。

指令量Ｗの周波数の増大と共に目標値と実際値との間の位相および振幅応答は変 化する。多相の制御ループにおいても目標値と実際値との間に望ましくない位相 および振幅応答が生ずる。多相の制御ループはたとえば電圧中間回路付き周波数 変換装置を有する三相駆動に対する通常の電流調節の役割をする。この多相の制 御ループでは実際値の振幅および位相が遅れなしに検出または決定され得る。

位相および振幅応答は制御ループの伝達特性により決定される。この伝達特性が 知られていれば、制御ループの位相および振幅応答は指令チャネルのなかの補正 装置により補償され得る。それに対して、制御対象の伝達特性が擾乱量の関数で あれば、または知られていない制御量または測定可能でない制御量に関係してい れば、前記形式の指令チャネルのなかの補正装置により位相および振幅応答は不 十分にしか補償され得ない。

文献エーリッヒ・ニーダ−著「回転磁界機の回転数制御のための電力変換装置」 第■部「周波数変換装置Ｊ　１９７５年、第１０２〜１１１頁から、三相系から ２つの直交電流を有する二相系を形成する座標変換器が知られている。これらの 両直交を流から、回転する電流ベクトルが形成され得る。この電流ベクトルの大 きさおよび回転角度はに／Ｐ変換器（直角／極）により形成される。

さて本発明の課題は、多相の目標値と実際値との間の位相および振幅応答を補償 するための方法であって、位相および振幅応答が擾乱量に関係する伝達特性によ り発生されている方法およびこの本発明による方法を実施するための回路装置を 提供することにある。

この課題は、本発明によれば、請求の範囲１の特徴により解決される。

この方法により先ず、多相の目標値および実際値から形成された目標値および実 際値ベクトルの大きさおよび回転角度が決定され、その際に次いで大きさおよび 位相に対する制御偏差が別々にめられ得る。この大きさ差値またはこの角度差値 は目標値ベクトルの大きさ目標値または角度目標値を加えられる。大きさおよび 回転角度として存在するこうしてめられた補償目標値ベクトルは多相の補償目標 値に変換される。それにより、擾乱量に関係する制御対象の伝達特性により発生 される位相および振幅応答を補償し得る。こうして定常的に目標値と実際値との 間の位相および振幅応答なしに制御系が得られる。

有利な実施態様は従属請求の範囲２ないし４にあげられている。

本方法を実施するための本発明による回路装置であって、制御対象に多相の実際 値が操作要素から供給され、多相の実際値が比較器により多相の目標値と比較さ れ、その多相の制御偏差が調節器を介して操作要素に供給可能である回路装置で は、多相の目標値が目標補正値計算機に供給可能であり、その別の入力端には多 相の実際値が与えられ、またこの目標補正値計算機が比較器と導電的に接続され ている。

目標補正値計算機の有利な実施Ｂ樺は従属請求の範囲６ないし１０にあげられて いる。

この回路装置により、制御対象の伝達特性が擾乱量の関数であるとしても、定常 状態での多相の目標値と実際値との間の望ましくない位相および振幅応答を補償 することが可能である。

この回路装置の特に有利な実施Ｊｌｌ様は、目標値と実際値との間の望ましくな い位相および振幅応答が補償されるように、演真プログラムにより多相の測定さ れた実際値および入力された多相の目標値から多相の補償する目標値を計算する マ以下、多相の目標値と実際値との間の位相お吐び振幅応答を補償するための本 発明による方法を実施するための回路装置の１つの実施例を示す図面により本発 明を一層詳細に説明する。

第１図は本発明による方法を実施するための回路装置を存する多相の制御ループ を示す。

第２図は第１図による本発明による方法を実施するための回路装置のブロック回 路図である。

第３図ないし第６図は第２図による回路装！のブロック回路図の個々のブロック に対する回路例を示す。

第１図には、複数個の比較器４．６および８、複数個の調節器１０．１２および １４．１つの操作要素１６．１つの制御対象１８および１つの目標補正値計算機 ２０から成る多相の制御ループ２が示されている。この多相の制御ループ２の具 体的な実施例として、パルス幅変調器２４により駆動される電圧中間回路付き周 波数変換装置２２を育する三相駆動システムに対する通常の電流調節ループが設 けられている。調節器１０．１２および１４としては、それぞれ制御偏差ｉ工ま たはｔｓｘまたは１７．から操作量＋１１１Ｔまたは■、アまたはｉｖｙを発生 するたとえば比例特性または比例−積分特性を有する電流調節器が設けられてい る。制御対象１８としては、操作要素１６から多相の実際値１１Ｘ％Ｉ＄におよ びｌ？Ｘを供給される三相駆動システムが設けられている。制御対象の伝達特性 は駆動軸に作用する擾乱量Ｍ２の関数でもある。第２図ないし第６図でなお一層 詳細に説明される目標補正値計算機２０の第１の入力端に与えられる多相の目標 値ＩＲｖｓｌ１ｗおよびｉｔユは多相の実際値ｉ工、ｔｓｘおよびｔｙｘにより 補償された多相の目標値ｉ□０、ｉ、。およびｉ？Ｋｌｌ＋が発生される。この 補償された多相の目標値ｉ□１、ｔｓ＋ｎおよびＩ　Ｔｏｗは多相の実際値ｉ□ 、ｉ□および１？Ｉｌと正しい位相で比較される。

多相の目標値１□、ｉアおよびｉＴｗと多相の実１Ｉｌｉ値ｔａｍ、Ｌｘおよび ｉｔｓとの間に目標値１□、ｌｓｗおよびｌＴｗの周波数の増大の際に望ましく ない位相および振幅特性が生ずる。調節器１０．１２および１４および操作要素 １６を介して制御対象１８に与えられる多相の目標値１□、ｉｓｗおよびｔｔｉ ｉの周波数および振幅はその際に回転機の所望の回転数および回転モーメントの 関数である。目標補正値計算機により多相の目標値および実際値１１１ｗ、１， １、ｊＴｗおよび１１＋＋、ｉｓｇ、１ＴＩＩの間のこの望ましくない位相およ び振幅特性が補償され得る。

第２図には目標補正値計算機２０のブロック回路図が示されている。入力側には 目標値ベクトル計算機２６および実際値ベクトル計算機２８が、また出力側には 第２の目標値計算機３０が設けられている。目標値ベクトル計算機２６には多相 の、特に三相の目標値ｌ工、ＩＳｗおよび１７ｗが供給されている。この目標値 ベクトル計算１１２６は電気的に直列に接続されている座標変換器３２およびに ／Ｐ変換器３４を含んでいる。座標変換器３２は三相系を直交系に変換する。こ の座標変換器３２の回路の実施例は第３図に一層詳細に示されている。座標変換 器３２の出力端から２つの直交目標値ｉ、およびｉ４．、が得られ、これらはに ／Ｐ変換器３４によりｔ流値ベクトルげの大きさ目標値ｌｉ、ｌおよび回転する 角度目標値ε８に変換される。すなわち、Ｋ／Ｐ変換器３４により直角座標系が 極座標系に変換される。このに／Ｐ変換器３４の回路の実施例は第４図に一層詳 細に示されている。

実際値ベクトル計算機２８は目標値ベクトル計算機２６と全く同様に、すなわち 座標変換器３２およびに／Ｐ変換器３４により構成されている。これらの変換器 ３２および３４により多相の、特に三相の実際値１０．１３１＋およびｉＴ８が ２つの直交実際値１０およびｌ□介して実際値ベクトルｉ″の大きさ実ＷＡ値１ １エ　１および回転する角度実際値εＸに変換される。

目標値ベクトルｉ′の大きさ目標値１ｉ、ｌおよび回転する角度目標値ε１なら びに実際値へクトルＩＸの大きさ実際値１１．１および回転する角度実ＷＡ値ε 、をめる過程は、第３図および第４図で一層詳細に説明されるようにハードウェ アにより行われてもよいし、またはソフトウェアにより行われてもよい、ソフト ウェアによりめる際には、目標補正値計算機２０の各ブロック２６．２８．３０ および３６は近似的にソフトウェアにより実現されており、その際に入力側およ び出力側の座標変換は好ましくはハードウェアにより実現される。なぜならば、 少なくとも多相の実際値ｉ、、、ｉ□および（ＴＭはアナログ値であるからであ る。

目標値ベクトル計算機２６および実際値ベクトル計算機２日の出力端は入力側で 補償回路３６と接続されており、その際に大きさ目標値１１ｏ　１および大きさ 実際値１１．１は第１の差形成要素３８と、また角度目標値ε１および角度実際 値ε工は第２の差形成要素４０と接続されている。第１の差形成要素３８の出力 端に大きさ差値１１ユ　１−ｌｉ、ｌが生し、この大きさ差値から調節器４２に より大きさ操作値ｌＬ＊ｙｌが形成され、この大きさ操作値は補償回路３６の出 力端に生ずる。第２の差形成要素４０の出力端には角度差値εｗ　ｅｘが生し、 この角度差値から別の調節器４４により角度操作値εＩＩＸＦが発生され、この 角度操作値は補償回路３６の別の出力端に生ずる。調節器４２としては比例−積 分動作の調節器が設けられており、また調節器４４としては積分動作の調節器が 設けられている。実際値へクトルげが大きさおよび位相に関して目標値ベクトル ｉ′から大きく偏差すればするほど、補償回路３６の両出力端における大きさ操 作値１１□ｙ　１および角度操作値εｗｘｙは大きい。

目標値ベクトル計算機２６の出力および補償回路３６の出力は２つの加算器４６ および４日により大きさおよび位相に関して加算される。加算器４６の出力端に は補償された大きさ目標値ｌｉＫ、ｌが、また加算器４８の出力端には補償され た角度目標値ε、０が生ずる。大きさおよび位相により表されるこの補償された 目標値ベクトルｉＷは第２の目標値計算８１３０により三相の補償された目標値 １１に０、＋　ｓＫｗおよび１７□に変換される。

第２の目標値計算機３０は電気的に直列に接続されているＰ／に変換器５０（極 ／直角）および座標変換器５２を含んでいる。入力側に目標値計算機３０は極／ 直角座標変換器５０を有し、それにより大きさ値］Ｉ０１および角度値ε１ｗか ら２つの直交目標値ＩＡＫｗ　および１よ、が発生される。これらの直交目標値 １１５およびｉＩｗｗは座標変換器５２により三相の補償された目標値ｉ□ユ、 １３１およびｌＴ工に変換される。第５図および第６図にはＰ／に変換器５０お よび座標変換器５２の回路の実施例が示されている。この第２の目標値計算機３ ０もソフトウェアにより実現され得る。その際に相応のプログラムがサブプログ ラムとして目標補正値計算機２０のなかに記憶されている。後続の調節がディジ タルまたはアナログに行われるならば、Ｐ／に変換器５０のみがソフトウェアに この目標補正値計算機２０により、擾乱ＩＭ、および目標値１１−１ｊａおよび ｉｌ、の周波数に関係する制御対象１日の伝達特性により惹起される多相の目標 値および実際値ｌａ、、、ｌｆｆｗ、ｉ　ｒｗＨよびＩＲＩＩ、１５．ｌおよび １，８の間の望ましくない位相および振幅特性が補償されることが達成される。

第３図には第２図の目標補正値計算機２０の座標変換器３２の回路の実施例が示 されている。この座標変換器３２は三相系、たとえば三相の目標値ｉａｖｓｉｓ ｗおよびｉｒｗｌたは三相の実際値ｉ　＋ｌＸ％　ｌ　ｓｘｓ　ｌ　ｔｘを直交 系、たとえば直交目標値１、および望８または直交実際値１１および！２．に変 換する。文献「回転磁界機の回転数制御のための変換装置」第■部「周波数変換 装置」第１０２〜１１１真、特に第１０５および１０６頁から、どのようにして 三相系の２つの相電流から２つの直交電流を有する二相系だ形成されるかが明ら かにされている。その際に二相系の軸は、軸αが電流１１の方向と合致するよう におかれている。ここに示されている座標変換器３２では三相の目標値または実 際値１１ｗ、ｌｓｗｓｌＴｗまたはｉ工、ｉｌ、、ｉＴ８が計算（ソフトウェア による）または演Ｘ（ハードウェアによる）のために使用される。下記の式によ り、直交する目標値または実際値１，１１１．１，４Ｊたは１゜、ｉｐｇが計算 され、または第３図に示されている回路により演算される０個々の演算増幅器５ ４．５６．５８および６０の抵抗により両式の係数が決定され、その際に目標値 または実際値ｆｄｗ、太いに対しては両演夏増幅器５４および５６のみが使用さ れる。インバータとして接続されている演算増幅器６２または６４は演算増幅器 ５４および５６または５８および６０の位相反転を元に戻す０両出力端に直交す る目標値または実際値１１、ｉｐ謙たは１゜、ｉｐつが得られる。

第４図にはに／Ｐ変換器３４が回路実施例として示されている。その際に、角度 １またはε、から目標値または実際値ベクトル１ｗまたはｉ″をめる回路の部分 は米国特許第４４４９１１７号明細書から公知である。この回路実施例【よ、゛ ソフトウェアによっても行われ得る両式 ％式％ のハードウェアによる変換である。

第５図には、極座標１１□１、ε８．を直角座標１１１、ｊＰＫｗに変換するＰ ／に変換器５０が回路実施例として示されている。この変換は式％式％ により行われる。これらの式はハードウェアによって変換されており、その際に マイクロコンピュータを目標補正値計算機２０として使用する際には各変換器３ ２．３４．５０および５２は計算プログラムのプログラム部分により置換され得 る。

第６図には座標変換器５２が回路実施例として示されている。この変換器５２は 直交系ｊ、（Ｋｗ、ｉ、−を三相系１０、ｊ　ｓｘｗおよび１７．１に変換する 。その際に三相系ｉ＊ｘｗ、ｌ、−および！？−は下式により計算され得る。こ の回路実施例は３つの式の）＼−ドウエアによる変換のみを行い、その際に演算 増幅器６６．６８．７０．７２および抵抗のみが係数形成のために使用される。

第１図 ＦＩ６３ 第４図 国際調査報告 国際調査報告 １）ｇ　１１９００３４５ Ｓ＾　２８！１４１

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．多相の目標値（ｉＫｗ、ｉＳｗ、ｉＴｗ）と実際値（ｉＫｘ、ｉＳｘ、ｉＴ ｘ）との間の位相および振幅応答を補償するための方法において、下記の過程： ａ）多相の目標値（ｉＫｗ、ｉＳｗ、ｉＴｗ）から形成される目標値ベクトル（ ｉｗ）の大きさ目標値（｜ｉｗ｜）および回転する角度目標値（εｗ）を求める 、ｂ）多相の実際値（ｉＫｘ、ｉＳｘ、ｉＴｘ）から形成される実際値ベクトル （ｉｘ）の大きさ実際値（｜ｉｘ｜）および回転する角度実際値（εｘ）を求め る、ｃ）大きさ目標値（｜ｉｗ｜）を大きさ実際値（｜ｉｘ｜）と比較し、その 大きさ差値（｜ｉｗ｜−｜ｉｘ｜）から大きさ操作値（｜ｉｗｘｙ｜）を発生し 、この大きさ操作値に大きさ目標値（｜ｉｗ｜）を加算して補償する大きさ目標 値（｜ｉＫｗ｜）を発生する、 ｄ）回転する角度目標値（εｗ）を回転する角度実際値（εｘ）と比較し、その 角度差値（εｗ−εｘ）から角度操作値（ｅｗｘｙ）を発生し、この角度操作値 に角度目標値（εｗ）を加算して補償する角度目標値（εＫｗ）を発生する、ｅ ）補償する大きさ目標値（｜ｉＫｗ｜）および補償する回転する角度目標値（ε ｋｗ）から形成される補償する目標値ベクトル（ｉｋｗ）の多相の補償する目標 値（ｉＫｘｗ、ｉｓＫｗ、ｉＴＫｗ）を求める、を含んでいることを特徴とする 多相の目標値と実際値との間の位相および振幅応答の補償方法。
2. ２．目標値ベクトル（ｉｗ）が直交目標値（ｉαｗ、ｉβｗ）への多相目標値（ ｉＫｗ、ｉＳｗ、ｉＴｗ）の変換により求められ、その際に目標値ベクトル（ｉ ｗ）の大きさ目標値（｜ｉｗ｜）および回転する角度目標値（εｗ）が直交目標 値（ｉαｗ、ｉβｗ）から下式 ▲数式、化学式、表等があります▼ により求められることを特徴とする請求の範囲１記載の方法。
3. ３．実際値ベクトル（ｉｘ）が直交実際値（ｉαｗ、ｉβｘ）への多相実際値（ ｉＫｘ、ｉＳｘ、ｉＴｘ）の変換により求められ、その際に実際値ベクトル（ｉ ｘ）の大きさ実際値（｜ｉｘ｜）および回転する角度実際値（εｘ）が直交実際 値（ｉαｘ、ｉβｘ）から下式 ▲数式、化学式、表等があります▼ により求められることを特徴とする請求の範囲１記載の方法。
4. ４．多相の補償された目標値（ｉＫｘｗ、ｉＳｘｗ、ｉＴｘｗ）が下式▲数式、 化学式、表等があります▼ により求められ、その際に直交する補償された目標値（ｉαｘｗ、ｉβｘｗ）が 下式▲数式、化学式、表等があります▼ により計算されることを特徴とする請求の範囲１記載の方法。
5. ５．制御対象（１８）を有し、この制御対象に多相の実際値（ｉｍｘ、ｉｓｘ、 ｉＴｘ）が操作要素（１６）から供給され、また多相の実際値が多相の目標値（ ｉｍｗ、ｉＳｗ、ｉＴｗ）と比較され、その多相の制御偏差（ｉＫｘ、ｉＳｘ、 ｉＴｘ）が調節器（１０、１２、１４）を介して操作要素（１６）に供給される 回路装置において、多相の目標値（ｉＫｗ、ｉＳｗ、ｉＴｗ）が目標補正値計算 機（２０）に供給可能であり、その別の入力端に多相の実際値（ｉＫｘ、ｉＳｘ 、ｉＴｘ）が与えられ、またこの目標補正値計算機（２０）が比較器（４、６、 ８）と導電的に接続されていることを特徴とする請求の範囲１による方法を実施 するための回路装置。
6. ６．目標補正値計算機（２０）が入力側に目標値ベクトル計算機（２６）および 実際値ベクトル計算機（２８）を有し、これらがそれぞれ出力側で補償回路（３ ６）と接続されており、その出力端および目標値ベクトル計算機（２６）の出力 端が加算器（４６、４８）を介して入力側で第２の目標値計算機（３０）と接続 されていることを特徴とする請求の範囲５記載の回路装置。
7. ７．目標値ベクトル計算機（２６）が座標変換器（３２）およびＫ／Ｐ変換器（ ３４）を含んでいることを特徴とする請求の範囲６記載の回路装置。
8. ８．実際値ベクトル計算機（２８）が座標変換器（３２）およびＫ／Ｐ変換器（ ３４）を含んでいることを特徴とする請求の範囲６記載の回路装置。
9. ９．第２の目標値計算機（３０）がＰ／Ｋ変換器（５０）および座標変換器（５ ２）を含んでいることを特徴とする請求の範囲６記載の回路装置。
10. １０．補償回路（３６）が入力側に２つの差形成要素（３８、４０）を有し、そ の際に一方の差形成要素の後にＰＩ調節器（４２）が、また他方の差形成要素の 後にＩ調節器（４４）が接続されており、それらの出力端が補償回路（３６）の 出力端と接続されていることを特徴とする請求の範囲６記載の回路装置。