JPS589595A - 動作状態量演算装置 - Google Patents

動作状態量演算装置

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JPS589595A
JPS589595A JP57112448A JP11244882A JPS589595A JP S589595 A JPS589595 A JP S589595A JP 57112448 A JP57112448 A JP 57112448A JP 11244882 A JP11244882 A JP 11244882A JP S589595 A JPS589595 A JP S589595A
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voltage
circuit
proportional
measuring transducer
operating state
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JP57112448A
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レオンハルト・レング
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Siemens Schuckertwerke AG
Siemens Corp
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Siemens Schuckertwerke AG
Siemens Corp
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/34Testing dynamo-electric machines
    • G01R31/343Testing dynamo-electric machines in operation
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/06Rotor flux based control involving the use of rotor position or rotor speed sensors
    • H02P21/10Direct field-oriented control; Rotor flux feed-back control

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  • Control Of Eletrric Generators (AREA)
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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】 本発明は、周波数の低下に伴い減少する電圧に関係づけ
られている動作状態量を模擬する量を求めるための装置
、一層詳細には特許請求の範囲第1項および第3項の前
文に記載されている装置に関する。
高調波の重畳などによりひずんでいる交流電圧から演算
回路で演算を行なうためには(たとえば接続負荷への供
給電圧から制御装置内で負荷に対する制御量を形成する
ためには)、周波数の低い電圧に対しては減衰なしの通
過特性を有しかつ周波数の高い電圧に対しては減衰特性
を有する低域通過フィルタがしばしば用いられる。この
ような低域通過フィルタは伝達関数1/(1+5−T)
(ここにTは時定数、Sはラプラス演算子)を有し、一
般に積分回路の積分コンデンサに抵抗を並列接続した回
路として構成されている。このような回路では、望まし
くない高調波の減衰とならんで、変速関数(1−1−s
 −T )を有する伝達回路を必要とし、この伝達回路
により被減衰高調波が再び増幅される。
上記の演算回路に、演算の基礎をなす負荷電圧を直接に
与えることは一般に不可能である。なぜならば、負荷電
圧を供給する交流系統から演算回路を電気的に絶縁する
必要があり、また演算回路に用いられる演算増幅器など
の回路要素はたいてい負荷電圧よりもはるかに低い電圧
レベルで作動するからである。従って交流系統と演算回
路との間に電気的絶縁および電圧低減のための測定変換
器を設ける必要がある。
本発明の対象である装置の特に重要な応用例は、回転磁
界機を良好な動特性で制御するため回転磁界機の磁束を
模擬する量を求める場合である。この場合、磁束は回転
磁界機の固定子への供給電圧U75’、ら、場合によっ
ては固定子電流Iにより生ずる抵抗性電圧降下r−I(
ここにrは固定子抵抗こにXは漏れインダクタンスのパ
ラメータ)を考慮に入れて、関係式 をベクトルとして取扱い、これらのベクトルの成分につ
いて上記の関係式による計算を行なうことにより、大き
さおよび方向を求められる。そのために各成分ごとに1
つの積分回路が用いられ、対応するベクトル成分の差U
−r−玉が積分回路に与えられる。積分回路の出力信号
に重畳点で、誘導性漏れ電圧を考慮に入れるため、積−
X・■が重畳され得る(特開昭55−23799号公報
)。
このようにして求められた磁束模擬量により回転磁界機
は、磁束に対して平行な固定子電流成分により磁束が所
定の(特に一定の)目標値に保たれるように制御され、
他方磁束に対して垂直な固定子電流成分によりトルクを
制御てれ得る(磁装置からr・■に比例する入力量とし
て与えられる。
正常運転中には固定子電流の大きさ■がわずかしか変化
しないので、上記の入力量のレベルは、回転磁界機端子
からの積分回路の電気的絶縁の役割をもする電流測定装
置の測定誤差を常にはるかに越えている。電流測定装置
の比例係数に適合する変換比を有し回転磁界機端子から
の電気的絶縁の役割をもする測定変換器により固定子電
圧Uが検出されるので、積分回路でu’−r・■′を積
分し、さらに場合によっては同じく電流測定装置から取
出された量x m I’を考慮に入れることにより、実
際の磁束F= J(U−r −I ) dt−x−Iの
各成分に比例する模擬量1′が形成される。磁束五が常
に比較的高い目標値に保たれる制御の際には固定子電圧
は周波数の低下に伴い減少するので、回転速度が正常運
転範囲の下限周波数に近接すると、たとえば測定変換器
のオフセット電圧および測定誤差により入力量U′およ
び模擬量W′にもはや正常な制御を不可能とするような
変換誤差が生ずるに至るほど固定子電圧レベルが減少す
る場合があり得る。
本発明の目的は、冒頭に記載した種類の装置であって、
周波数が低い場合にも測定変換器の変換誤差の影響をわ
ずかに保ち得る装置を提供することである。
この目的は本発明によれば、特許請求の範囲第1項およ
び第3項に記載の装置により達成される。
本発明によれば、測定変換器の前に、伝達関数に/(1
−4−s −k/ωN)を有する比例・−次遅れ回路、
すなわちωN/ k以下の周波数の電圧に対しては比例
ゲインkを有し、それよりも高い周波数の電圧に対して
は一20dB/decの減衰特性を有する回路が接続さ
れている。この比例・−次遅れ回路を用いれば、負荷電
圧レベルが非常に小さい場合にも測定変換器の入力端に
変換誤差にくらべて十分に大きい信号を与えることがで
きる。測定路を設ければ、−次遅れ回路により生じた電
圧ひずみ(ゲインおよび位相の周波数依存性に起因する
ひずみ)を補償することができる。この−次進み回路は
、固有の回路であってもよいし、特に後段の回路部分が
いずれにせよ積分回路を含んでいる場合には、後段の回
路部分に他の形態で含まれていてもよい。
本発明による装置では、負荷電圧と測定変換器の出力信
号との間の比例定数がそのつどの周波数に応じて変更さ
れるが、この変更は切換スイッチなどにより不連続的に
行なわれるのではなく、比例・−次遅れ回路のゲインの
周波数依存性により連続的に行なわれる。
以下、図面により本発明を一層詳細に説明する。
第1図には本発明の代表的な応用例として回転磁界機1
の運転に用いられる磁束演算装置が示されている工回転
磁界機1はその端子U、V、Wを介して、三相交流系統
に接続された周波数変換装の電気弁に対する制御信号を
制御装置3から受け”Cイア)。回転磁界機の磁界オリ
エンテーション運転のため制御装置3は、回転磁界機に
より誘起される起電力の積分から生じ固定子電圧yおよ
び固定子電流1から固定子電流により固定子抵抗rに生
ずる電圧降下および漏れインダクタンスXに生ずる漏れ
電圧を考慮に入れて検出され得る磁束の大きさおよび方
向に関する情報を必要とする。公知の仕方で固定子電流
および固定子電圧は相電流および相電圧から1つの合成
した電流ベクトルまたは電圧ベクトルにまとめられ得る
ので、磁束に対してベクトル関係式 %式%( が成立する。これらのベクトルは空間的に固定した直角
座標系での成分(添字αおよびβを付した成分)で表わ
すのが有利であり、両成分に対しては v =((U −r−I  )dt−x−I     
(21α        α       α    
        αWβ=J(Uβ−r・■β)旧−x
 ・I 、y    (3)固定子巻線の相UおよびV
から取出された電圧はそれぞれ比例・−次遅れ回路4,
4′および測定変換器5,5′を介して1つの座標変換
回路6に与えられ、そこで固定子電圧ベクトル見に対応
する電圧゛ベクトルVの直角座標成分もおよびg>が形
成される。各成分は重畳点7または7′に与えられてい
る。
相Uおよび■の電流はそれぞれ変流器8,81を介して
取出されて1つの座標変換回路9に与えられ、そこで固
定子電流ベクトル■に比例する電流ベクトルどの直角座
標成分I/、およびルが形成される。各成分は第1の比
例回路10または10′を介して重畳点7または7′に
負極性で与えられている。これらの重畳点の出力量はそ
れぞれ第2の比例回路11.11’を介して積分回路1
2.12’の入力端に与えられている。各積分回路の出
力量はそれぞれ重畳点13.13’で、座標変換回路6
から取出された電圧ベクトル見′のそれぞれの成分に重
畳されている。さらに、破線で記入されている導線14
 、14’および第3の比例回路15,15’を介して
、座標変換回路9から取出された電流ベクトルμのそれ
ぞれの成分をも重畳点13 、13’に与えるように構
成することもできる。これらの重畳点13 、13’か
らの出力信号は導線16.16’を経て制御装置3に与
えられている。
第1図に示されている装置は比例・−次遅れ回路4,4
′と座標変換回路6から重畳点13.13’へ通ずる導
線13a、13a’とを無視し、かつ比例回路11 、
11’を定数に=1に設定すれば、前記特開昭55−2
3799号公報に記載されている装置に相当する。なお
、この公報に記載の装置では積分回路に対して特に零点
調節器が設けられているが、第1図の積分回路12 、
12’に対しても同様な零点調節器を付加することは有
利である。
座標変換回路6,9は相電圧および相電流の測定値から
電圧および電流ベクトルの直角座標成分。
換回路は、一般に演算増幅器を含んでいるため、相電圧
にくらべて低い電圧レベルで動作し、従って測定変換器
の出力側に配置されるのが有利である。測定変換器は後
段の回路部分を固定子電圧から電気的に絶縁し、かつ固
定子電圧を後段の回路部分の動作電圧レベルに低減する
のに用いられている。測定変換器5の変換比ばtで示さ
れている。
直角座標成分の形成は、少なくとも原理的には、相電圧
から直接に行なうことも可能であり、この場合には座標
変換回路6は測定変換器または比例・−次遅れ回路の入
力側に配置される。先ず比例・−次遅れ回路4,4′が
設けられていないと仮定すれば、変換された電圧ベクト
ルU′は ひ=U・U メ■―■−−−― となる。変流器8,8′においても入力信号と出力信号
との間に比例関係があり、かつ比例回路10゜い z Q/おける比例係数として固定子抵抗rのパラメー
タが設定されているものとする。比例係数rま挽回路9
における変換比を適当に選定することによっても、すな
わち固有の比例回路なしでも行なうことができる。
引き続き要素4,13aまたは4’ 、13 a’が設
けられておらずかつ1(==lに設定されているという
仮定のもとに、重畳点7、比例回路11および積分回路
12から成る比例・積分回路20の出力信号から重畳点
13で、比例係数として回転磁界機漏れインダクタンス
Xのパラメータが設定されている比例回路15の出力信
号を差引けば、重畳点13の出力信号として、(変換比
Hに応じて)回転子磁束Tのα成分すなわち前記(2)
式の−に比例する量 v/’a−””N’ J (U−r ” P、)dt 
x ” P。
が形成されることは理解されよう。この量は回転子磁束
のα成分の模擬量として導線16を経て制御装置3に与
えられる。同様のことが、重畳点13′から導線16′
を経て制御袋@3に与えられる回転子磁束のβ成分の模
擬量についても成り立つ。
これらの磁束成分により制御装置3は固定子電圧を、特
定の磁束目標値が守られるように制御する。その結果、
回転磁界機の回転速度従ってまた周波数の低下に伴い誘
導起電力の振幅が減少しても磁束が特定の目標値に保た
れるように固定子電圧の制御が行なわれる。それ故一般
的に言えば、模擬量1′を決定するだめの装置として、
測定変換器5、電流検出装置21としての変流器8を後
置された比例回路10、および第一の比例・積分回路2
0を含ませることができ、この装置は電流11周波数の
低下とともに低下する電圧Uを供給される負荷に属し、
電圧u1電流11パラメータRから式J(u+R−i 
) dtにより決定される負荷の動作量を模擬する。負
荷として回転磁界機が設けられている場合には、Uは固
定子電圧ベクトルUのα成分、1は固定子電流グクトル
のα成分、rに対しては負の固定子抵抗−R1模擬量V
′としては漏れ電圧x−■を無視して形成される固定子
磁束Vのα成分が代入される。
したがってこの装置は次のものを含んでいる。
a)入力側に電圧Uを与えられて電圧Uに対応づけられ
かつ電圧Uから電気的に絶縁された入力量U′を形成す
るための測定変換器5b)電流■を検出して積r・■に
比例する入力量r・■′を形成するための電流測定装置
21C)両人力量を重畳した量(T)−r・I’)に対
する第1の積分回路20 こ、のような装置では、周波数が低下すると、測定変換
器5の入力レベル(負荷として回転磁界機が用いられて
いる場合には実効相電圧)が低下して、測定変換器5の
変換誤差が電圧Uのレベルより太きぐなる。この変換誤
差はたとえばオフセット電圧により生ずる直流分あるい
は測定の不正確さにより生ずるばらつきであり、測定変
換器の入力電圧をU。、変換比を61絶対変換誤差をΔ
Uとすれば、出力電圧U′は U=U  に関係する。変換比iは、たとえば負荷電圧
Uが定格周波数においてその最大実効値380■(ピー
ク電圧で表わせば537V)に達するときに後段の回路
部分の演算増幅器がその最大出力電圧10■に達するよ
うに選定される。すなわち、この例では変換比りは0.
0186に選定される0所望の演算精度を得るため、変
換器出力電圧U′に対の条件を満足していなければなら
ない。
周波数が低くて、Uが上記条件を満足しない場合には、
1′を求める際に望ましくない誤差が生じ得る。それに
対して、負荷電圧Uが測定変換器のとなる。この場合、
最大許容相対変換誤差は、変たとき始めて下回る。した
がって許容負荷電圧の範囲は によって与えられる。従って、装置を下限周波数ωm1
0に対応する下限負荷電圧Umloまで正常に作動させ
るためには、絶対変換誤差ΔUと変換器とに応じて、k
を よりも大きな値に選定すればよい。他方、変換器出力電
圧U’=に*ii*Uは前記限界レベルたとえば10v
を超過してはならないので、係数には低い周波数におい
てのみ電圧Uにかけられなければならない。
本発明による装置では、前記のa)〜C)に加えて、d
)測定変換器5の前に、伝達関数に/(1+s・k/ω
N)(ここにSはラプラス演算子、ωNは負荷の所与の
基準周波数、kは比例係数)を有する比例・−次遅れ回
路4が接続されており、比例係数には低い周波数におい
てもの条件を満足するように選定されており、e)比例
・積分回路20が出力量 ’!−*J(LJ’−kereI’ )dtを形成する
ように構成されており、 f)測定変換器5から与えられる入力量U′と第1の積
分回路20の出力量とに対する重畳点13から模擬量P
が取出されている。
本発明によれば、測定変換器の入力電圧レベルが周波数
に関係して変更され、測定変換器入力電圧と負荷電圧と
の比は高い周波数では小さく、低い周波数では太きい。
従って、測定変換器の出力電圧レベルが後段の回路部分
の許容電圧レベルを超過することはない。この周波数依
存性に伴う電圧波形ひずみは測定変換器の後で適当な回
路により補償される。さらに、この周波数に関係する比
例定数の変更は比例回路の切換により行なわれるのでは
ないので、1つの範囲から他の範囲への不連続的移行は
回避されている。仁の比例定数の変更は、好ましくは受
動回路要素から成る比例・−次遅れ回路により測定変換
器の入力側で簡単に行なわれ得る。このような比例・−
次遅れ回路はゲイン特性とならんで位相特性にも周波数
依存性を有するが、それによる電圧ひずみは測定変換器
の後に比例・−次進み回路を設けることにより補償され
得る。
比例・積分回路20の出力信号に重畳点13で比例・積
分回路20の入力信号が加算されるので、全体とじての
伝達関数は ひ+ωN/ksl/5o(U’−kersI’)=とな
り、比例・−次遅れ回路40周波数依存性がの実施例で
は回転磁界機の磁束、を比例的に模擬する量が得られる
ことは明らかである。
回転磁界機の磁束は漏れ電圧xeIにも関係するめで、
電流測定装置21の出力量に比例回路15で比例係数X
をかけた信号が重畳点13に負極性で与えられている。
比例回路10および15のうち一方は、変流器8または
座標変換回路9の相応の設計により省略され得るので、
電流測定装置の出力量に対する比例回路は1つですます
ことができる。
前記のように、比例・−次遅れ回路4は適当な受動回路
、たとえば並列抵抗を有するコンデンサ、により測定変
換器の入力側で実現可能であり、その例が第2図に示さ
れている。出力電圧U′は入力電圧かや電気的に絶縁さ
れており、また出力電圧ひのレベルは、0.01mAの
入力電流工・ で定 n 格周波数(50Hz)における後段回路の最大駆動のた
めの所望の電圧レベルIOVを生ずるフォラの変換比は
1oV/i・380■〒0.0186である。フォトカ
プラの入力電圧の低下に伴い、測定誤差の影響が増大し
、フォトカプラ入力電圧が約53.7V(定格電圧の1
0%)まで低下すると、相対変換誤差が最大許容限度に
到達する。これは、本発明による比例・−次遅れ回路を
用いない場合には、周波数が約5Hzまで低下したとき
であるOしかし、抵抗R□ないしR4およびキャパシタ
ンスCから成る比例・−次遅れ回路をフォトカプラの入
力側に設けることにより、約5Hz以下の周波数におけ
る負荷電圧が係数1(倍に高められ、相対変換誤差が最
大許容限度に到達する周波数はl/kに低められる。た
とえばに=10の受動膨比例・−次遅れ回路(R,=1
.6MΩ、R2−47kQSR3−66にふR4=56
にΩ、C=1μF)を用いれば、相対変換誤差が最大許
容限度に到達する周波数は実効負荷電圧3.8■に対応
する0、5Hziで低められる。
測定変換器として用いられるこのフォトカブラ(ハ) から後段の回路部分に与えられる入力電圧U′を−が第
2図には、第1図中の比例・積分回路20と異なって測
定変換器の出力電圧U′に対する積分回路を有する必要
がない演算回路31と組み合わせて示されている。この
場合、測定変換器31の前に接続されている比例・−次
遅れ回路32の周波数依存性に起因する電圧ひずみの補
償は第1図に示されている簡単な仕方では可能でない。
この場合には、周波数の低下に伴い減少する測定電圧U
に関係づけられている動作状態量を低い周波数において
も模擬し得るように、測定変換器31の前に、伝達関数
に/(1+S−に/ωN)を有する比例・−次遅れ回路
32が接続されており、その比例係数には低い周波数に
おいても比例係数kをかけられた電圧を絶対変換誤差と
最大許容相対変換誤差との比よりも大きくするように選
定されており、また測定変換器31の後に、伝達関数1
/k・(1+s−に/ωN)有する一次進み回路33が
接続されている。
第2図でこの一次進み回路33は測定変換器30碗 は汎用可能な本発明による装置の接続図である。
方では直接に、他方では比例・微分回路34を経て重畳
点35に与えることにより構成されている。
比例・微分回路34(伝達関数S・1(/ωN)および
重畳点35は一次進み回路として作用し、単一の構成要
素によって置換されることもできる。後段の比例回路3
6は比例・−次遅れ回路32の比例ゲインを補償する。
この比例回路が演算回路31の相応の入力回路により実
現されていてもよいことはもちろんである。
演算回路31として第1図中の積分回路12と同様な積
分回路が用いられ得ることももちろんである。このよう
にして回転磁界機の制御を前記のように行なうこともで
きる。たとえば固定子の抵抗性電圧降下に相当する信号
が第1図と同様に比例回路10により重畳点35に与え
られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は回転磁界機の磁束演算装置として用■・・・回
転磁界機、 2・・・周波数変換装置、 3・・・制御
装置、 4・・・比例・−次遅れ回路、 5・・・測定
変換器、 6・・・座標変換回路、 7・・・重畳点、
8・・・変流器、 9・・・座標変換回路、 10・・
・比例回路、 11・・・比例回路、 12・・・積分
回路、13・・・重畳点、 15・・・比例回路、 2
0・・・比例・積分回路、 21・・・電流測定装置、
 30・・・測定変換器(フォトカプラ)、 31・・
・演算回路、32・・・比例・−次遅れ回路、 33・
・・比例・−次進み回路、 34・・・比例・微分回路
、 35・・・重畳点、 36・・・比例回路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 l)電流iと周波数の低下に伴い減少する電圧Uとを与
    えられる負荷に関係づけられており電圧u1電流iおよ
    びパラメータRにより式f(u十R−i ) dtで定
    められる負荷の動作状態量(たとえば磁束F =J′(
    U −r−I)dt)を模擬する量T′を求めるため、 a)入力側に電圧Uを与えられて電圧Uに対応づけられ
    かつ電圧Uから電気的に絶縁された入力量U′を形成す
    るための測定変換器と、 b)電流iを検出して積R−1に比例する入力量R*i
    ’を形成するだめの電流測定装置と1 C)両人力量を重畳した量(u’+R−i勺に対する比
    例・積分回路と 換器の測定誤差および(または)オフセット電圧に起因
    する測定変換器の絶対変換誤差(ΔU)と電圧Uとの比
    が動作状態量の模擬のために測定変換器入力電圧U。に
    対する相対変換誤差に許容し得る最大許容相対変換誤差
    よりも大きくなる(ΔU/u>(ΔU/Uo)maX)
    ような低い周波数においても動作状態量を模擬し得るよ
    うに、 d)測定変換器の前に、伝達関数に/(1−1−s・告 に/ω )(ここにSはプラス演算子、ω、は負荷の所
    与の基準周波数、kは比例係数)を有する比例・−次遅
    れ回路が接続されており、比例係数には低い周波数にお
    いても比例係数に倍に増幅された電圧Uを絶対変換誤差
    と測定変換器入力電圧U。に対する最大許容相対変換誤
    差との比よりも大きくするように選定されており、 f)測定変換器から与えられる入力量U′と第1の積分
    回路の出力量とに対する重畳点から模擬量W′が取出さ
    れている ことを特徴とする動作状態量演算装置。 2、特許請求の範囲第1項記載の装置において、パラメ
    ータXをも考慮に入れて式J(u+R−1)dt−4−
    xai で定められる負荷の動作状態量(たとえば磁束
    @=J’ (U−r−I)dt−x−I)を模擬する量
    W′を求めるため、少なくとも1つの比例回路を用いて
    、電流測定装置の出力量が重みkerをか−けられて第
    1の積分回路に与えられると共に、重みXをかけられて
    重畳点に与えられることを特徴とする動作状態量演算装
    置。 3)周波数の低下に伴い減少する電圧Uに関係づけられ
    ている動作状態量を模擬する量を求めるため、 a)入力側に電圧Uを与えられる測定変換器と1 b)測定変換器の後に接続された演算回路とを含んでい
    る装置において、 測定変換器の絶対変換誤差と電圧Uとの比が測定変換器
    入力電圧U。に対する最大許容相対変換誤差よりも大き
    くなるような低い周波数においても動作状態量を模擬し
    得るよう       □に、 C)測定変換器の前に、伝達関数に/(1+S・する比
    例・−次遅れ回路が接続されており、比例係数には低い
    周波数においても比例係数に倍に増幅された電圧Uを絶
    対変換誤差(ΔU)と最大許容相対変換誤差との比より
    ・ も太きくするように選定されており、d)測定変換
    器の後に、伝達関数1/k・(1+S−に/ωN)を有
    する比例・−次進み回路が接続されている ことを特徴とする動作状態量演算装置。
JP57112448A 1981-06-30 1982-06-29 動作状態量演算装置 Pending JPS589595A (ja)

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