JPS5899277A - リニアシンクロナスモ−タの制御装置 - Google Patents

リニアシンクロナスモ−タの制御装置

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JPS5899277A
JPS5899277A JP56196817A JP19681781A JPS5899277A JP S5899277 A JPS5899277 A JP S5899277A JP 56196817 A JP56196817 A JP 56196817A JP 19681781 A JP19681781 A JP 19681781A JP S5899277 A JPS5899277 A JP S5899277A
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JP
Japan
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pattern
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current
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Application number
JP56196817A
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English (en)
Inventor
Takashige Saijo
西條 隆繁
Haruo Ikeda
春男 池田
Toyoharu Uchiyama
内山 豊春
Kiyoshi Nakamura
清 中村
Shigeki Koike
小池 茂喜
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JAPANESE NATIONAL RAILWAYS<JNR>
Hitachi Ltd
Japan National Railways
Nippon Kokuyu Tetsudo
Original Assignee
JAPANESE NATIONAL RAILWAYS<JNR>
Hitachi Ltd
Japan National Railways
Nippon Kokuyu Tetsudo
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Filing date
Publication date
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Publication of JPS5899277A publication Critical patent/JPS5899277A/ja
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    • 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
    • H02P5/00Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/02Linear motors; Sectional motors
    • H02K41/025Asynchronous motors

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Control Of Vehicles With Linear Motors And Vehicles That Are Magnetically Levitated (AREA)
  • Control Of Linear Motors (AREA)

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、リニアシンクロナスモータの制御装置に係I
、41に超高速鉄道の車両の推進に使用するのに好適な
リニアシンクロナスモータの制御装置に関する。
超高速鉄道の車両の推進には、第1図のように、車両1
に超電導磁石を界i12として搭載し、軌道側に電機子
コイル3を設置し交りニアシンクロナスモータ(以下、
L8Mと略称する。)が有力である。このLSMを駆動
するには、界磁2に同期して電機子コイル3に正弦波等
の電11[を通電すれば良く、その推力t11節するに
は電流値を制御すれば良い。
#I1図は、先に提案した位相差制御方式の、リニアシ
ンクpナスモーメの駆IIJ制御システムのブー機子コ
イル3の相対位置検出は位置検出装置4で行われる。位
置検出装置4Fi例えば電機子コイル3のポールピッチ
単位で設置され次被検出板を光学的に検出する装置、!
友は電機子コイル30ポールピツチ単位で交差して配置
された交差鐸導繍を利用し次位置検出器、あるいは界i
a2の移動により電機子コイル3KII起される鱒起電
圧を検出する装置など公知の位置検出装置が使用される
位置検出装置4は界a2が1ボールピツチを進む毎に位
置信号5を出力する0基本技形見史装置6社、位置信号
5に同期した電流の基本波形7を作成するもので、いわ
ゆる同期蓋の発振器であり・例えば位相比較器、低域フ
ィルタ、直流増幅器及びVCO(電圧制御発振器)から
なるPLL (フェーズ四ツクループ)回路で構成する
のが簡単であり一般的である。
一方、走行適度パターン発生装置9は、速度基準8に基
づいて車両の走行速度パターン10を発生する。周波数
パターン発生装置11は、この走行速度パターンIOK
対応する周波数パターン12を出力する0なお、車両の
速度■とLSMの周波数Iは、LSMのポールピッチを
Pとすると次の関係にあるので、速fvは周波数fに置
換できる。
V寓2fP      ・・・・・・・・・・・・(1
)位相差検出1113は前記周波数パターン12と位置
114t5の位相差を検出し、位相差信号14を出力す
る。
電流パターン作成装置15ti、前記基本波形発生装置
6で作成された電流の一基本波形の大きさを位相差1号
140大きさに応じて調整し、電機子コイル3に通電す
る電流のパターンを作成するもので、補償演算611部
16、電流リミッタ18、掛算I!19などから構成さ
れる。補償演算処理部16は位相差信号14t−人力し
て電流パターンの波高値17t−算出するもので、位置
信号5が周波数パターン12に対して遅れ位相の場合は
加速すべく波高値11を増加し、t7を進み位相の場合
は減速すべく波高値11を減少し若しくは負の波高値と
して回生制動を行うようにする。電流り電ツタ18は波
高値1Tの正側及び負側の最大値を制限することによQ
、LSMの加速力及び減速力を制限して車両の乗り心地
を損なわないようにするものである。掛算器Ill、前
記基本波形発生数t6からの基本波形1(通常は正尊4
波)K、電流す建ツタ18を通った波高値11mを掛は
合わせ、電機子コイル3に流すべき電流パターン20を
作成する◇この電流パターン20は位置信号5に同期し
、且つ車両駆動の几めに必要な推力に対応し次大きさ1
4つ電流パターン(通常は正弦波)である。
電流制御装置22は、電流検出1624で検出した電機
子コイル電流25と電流パターン20とを比較器21で
比較し次偏差を小さくするべく例えばナイリスタ式サイ
クロコンバータなどの電力変換装置23管制御し、電流
パターン20に追従した電rILt電機子コイル3に通
電する。この電、様子コイル電流と車上の界磁2との電
磁作用により車両1社推力を得て走行する。
112図及び1lEs図は、上記の制御装置において、
周波数パターン12と位置信号5から電流パターンの波
高値171を作成する過程を示す。
第2図の動作波形に見られるように、周波数パターン1
2に対−して位置信号5め位相が遅れている(車両の走
行速度パターンに対して実速度が這い)−場合は、両者
の位相差148に対して位相差検出l1113は位相差
信号14を出力する。!2図では原理的説明の几めl相
分の位相差14aを示しているが、実際は3相分の位相
差を求め平均化して使用すゐ0また、IF5図ては図面
の都合上位相差の変化を急に描いているが実際の位相差
変化は緩かである斥め、位相差検出器13の出力14は
図のごとく円滑なものとして差支えない。補償演算処理
部16ではこの位相差信号14に応じた電流パターンの
波高値17を算出するが、この波高値17は電流り建ツ
タ18により最大値をリミットされて修正された波高値
1γaとなる。@2図て位相差信号14が大きい場合は
電流パターンの波高値17mはす電ツタ値IP?であり
、LSM社この遅れ位相差を小さくすべく最大q)推力
で加速される。そして、位相差が十分小さくなると、波
高値17aFiIPLとなり、その速lでの走行抵抗に
相轟する推力でトルクバランスして車両は這転される。
第3図は第2図の場合に対して、位置信号50位相が周
波数パターン12工りも進んでいる(走行速度パターン
に対して実速度が速い)場合である。この時は、電流パ
ターンの波高値17aは負となる0したがって、L8M
OII起電圧に対すゐ電機子コイル電流の位相は第2図
の場合と逆相にな9、LSMはブレーキ運転となる。進
み位相差が大きい場合の電流の波高値17aは、負の最
大値−IplrL8M扛ブレーキ運転し、位相差が小で
車両は這転される。
このように、LSM(D速度と一義的に等しい周波数の
位置信号と車両の速度パターンに対応する周波数パター
ンとの位相差を求め、この位相差に応じてLSMの電機
子コイルに通電する電流パターンの大きさを調節するよ
り圧してLSM ′t−制御丁hiiIt嬬、適度偏差
を求めて推力調節を行う従−米方式の制御装置に比べ、
原理的に速度制御精度が高く、かつ走行速度パターン(
周波数パターン)へO追従性が良いという利点がある。
しかしながら、このよりなLSMの制御装置は、七Ow
御系をよく検討してみると、通常考えられるように補償
演算処理部において比例演算を行うだけでは、安定な制
御を行先なiことが判明した。
その理由は、車両の位置信号と速度パターンに比例する
周波数パターンとの位相差信号に基づいて速度制御を行
う場合Kt!、制御系の位相差れが大き(な9、これが
不安定要因となるためである。
したがって本発明の目的は、安定した制御食性える位相
差制御方式のL8M制御装置を提供するKある。
この目的を達成する九め、本発明は、LSMの界磁と電
機子コイルの相対位置を検出する位置検出手段と、LS
Mの速度パターンに対応する基準周波数パターンと前記
位置検出手段の出力との位相差倉求める位相差検出手段
と、前記位置検出手段の出力に同期して電機子コイルに
通電する電流の基本波形を作成する基本波形作成手段と
、前記基本波形の大きさを前記位相差検出手段の出力に
応じて調整し電機子コイルに通電する電流のパターンを
作成する電流パターン作成!段とを備え、前記電流パタ
ーン作成手段社前記位相差検出手段O出力に補償演算l
&nt−施すことにより前記電流パターンの波高値を算
出する補償演算mast有するLSMの制御装置におい
て、前記補償演算処理部を、比例演算要素と微分演算要
素を含むように構成したことt*黴とする。
即ち、本発明においては、位相差信号に基づいて速度制
御を行う場合′における制御系の位相遅れt補償して制
御系を安定化するために、補償演算処理部に微分演算要
素を付加したものである。
また、一般に位相差の検出社ディジタル的に行われ、且
つその検出は位相差を検出しようとする画周波数パター
ンの同、相の波形の立ち上がりエツジ同志あるいは立ち
下が9エツジ同志の時間差を検出して行うために、位相
差やサンプリング周期は周波数パターンの周波数に応じ
て変化することになる0即ち、周波数パターンの周波数
が低いとサンプリング周期は長くなり、周波数が高くな
るとサンプリング周期は短くなる。サンプル値制御畢K
をけるζOtンプリング周期轢制御系の制御特性を決定
するパラメータ01つであり、したがって前述のような
位相差検出法で、走行速度パターンに比例した周波数パ
ターンの位相と車両の位置信号の位相゛とO!1を検出
し、この位相差データに基づ−て車両OX度制御を行い
、且つその全走行適度範■にわたって良好な速度制御精
度を実現丁あ次めには、位相差のサンプリング周期の変
化を考慮して制御系の補償演算を行う必要がある〇本発
明においては、この点を考慮し、補償演算処理部の補償
演算パラメータを、位相差検出手段の位相差検出周期に
応じて変化させる工うにし次ものである。
以下、本発明の実施例を図面管参照して説明する1、 第4図は本発明の一実施例を示す。この図におい11、
第1図と同一部分Kii同一符号!付してあゐので、こ
こでは主に第11CIと異なる部分について説明する0
41は補償演算処理部で、後述するように比例演算要素
と微分演算要素を含むように構成されている。補償演算
処理部41には、位相差信号14の他に、補償演算パラ
メータ42と演算周期信号43が入力される。
補償演算パラメータ42は、位相差信号14のサンプリ
ング周期に応じて求める必要があり1、且つ位相差信号
14のサンプリング周期は位置信号5のサンプリング周
期−に依存することから、後述すゐ周期推定値4B工リ
補償パラメータ演算部50において算出している。
また、演算周期信号43Fi、位置信号5に基づいて演
算周期設定部51により作成される。この演算周期信号
43 Fi、位相差検出器13での位相差のすンプリン
グ周期に同期して、補償演算処理841での演算が行わ
れ、且つその演算結果である電流パターンの波高値1T
が出力されるように丁ゐためのものである。
即ち、補償演算16理部41は、演算周期信号43によ
り定められた周期で、位相差信号14と補償演算パラメ
ータ42とを入力して、比例演算及び微分演算管行い、
電流パターンの波高値1Tt−算出すゐl)Cある。
一方、電流バI−ンの基本波形Tは基本波形発生装置s
2で作成されるが、この基本波形発生装置52には、位
置信号5の他に、周期予測値56が入力される。この周
期予測値56は次のようにして作成される。即ち、まず
、位置信号5の周期を周期機、出4I44で検出して周
期信号45t′得るΩ周期信号4bは位置信号5の各相
のエツジで検出されるために離散的な値となる。′tた
、このjiiIgJ信号45には雑音が含まれており、
これから未来の波形の周期を予測する場合にはフィルタ
tかけることによって雑音を除去しなければならない。
周期信号45はディジタル量であり、この周期信号から
雑音金除去しようとする場合にはそのフィルタリングも
ディジタル的に行う必!がある。フィルタリングをディ
ジタル的に行うには、周期信号45の過去の情報が必要
となるために、これをメモリに蓄える必要がある。メモ
リ部46は周期信号45を蓄積するためのものである0
メモリ部46から取り出され次周期信号メモリ出力47
〇一連のデータはフィルタ部4Bに入力されて周期推定
値49が作成される。
この周期推定値49は前述したように補償演算パラメー
タ42の算出根拠となるものである0フィルタ部4Bか
ら出力され九周期推定値49はメモリvs53に蓄えら
れるO周期推定値49・から周期予測値56t−得る友
めには、過去の一連の周期推定値49が必要であり、メ
モリ部53はこの一連の周期推定値49′を蓄えておく
几めのものである。予am環部55はメモリ部53から
取ジ出した周期推定値メ七す出力54の一連のデータか
ら周期予測値56を求めている◇基本波形発生装置52
は、このように位置信号5と周期予測値56とを入力し
て、基本波形Tを作成している。
なお 114図では、図面を簡略化する友めに、tX本
発明とは直接関係ないために、第1図における電流す櫂
ツタ18、比較器21、電流制御装置22、電流検出器
24、電機子コイル電R25を省略したが、これらは実
際の装置では必要となる%t)である。
第5lllは1に4WAの実施例における補償演算処理
ml 410F’i*を模式的に示したもので、この禍
償演算46111141m、比例演算@57,5B及び
i分演算ss$を有している。この補償演算処理114
1の伝達関数Gc(8)は、 GcC8) ” Kc(1+ Td8 )   −・・
・−・・−−−−−(2)である。(2)式において、
Kc扛補償ゲイン、Tdは微分時間、8はラグラス変換
の8である。(2)式で表現される比例・黴亦補償演算
をサンプル値制御系における2変換を用いて!!現する
と、となる00)弐において、Zは2変換の2であり、
Tは補償演算処理部41への入力信号のサンプリング周
期である。また0)弐において、(1−Z″″&)/T
は微分演算に対す4Z変換を示すものである。
第4図の制御装置における制御系全体の線形モデルのプ
胃ツク線図は、111i6Hのようになる・この図にお
いて、60は周旋数パターン12−の位相、61はサン
プラー、62は補償演算処理部410伝達関数、63は
サンプラー、64はサンプルホールド、65紘電流推力
費換伝遣関数、66は推力角速度伝達関数、67は位置
信号50角適度、68嬬角速度位相伝達関数、69扛位
置信号50位相である。いま、この間食用いて制御系の
安定不安定について説明する0制御系の安定不安定は第
6g!!!lのような閉ループの一巡パルス伝達関数を
用いて得られる特性方程式の根によって決定されるO まず、比較のために、補償演算処理部41において、比
例演算だけを行った場合について説明する。この場合の
補償演算処理部の伝達関数G′c(Z)は、 G:(Z) 1111 Kc     ・・・・・・・
・・・・・・・・(4)とな9、−巡パルス伝達関数G
e(Z)41、@6図工9・ となる門なお、Tはサンプラー61のサンプリング周期
である。
0)式と俤)式より’fll性方程式は、となる。この
制御系か安定になるためには、(6)式の520絶対値
が1より小さくなることが必要である。cozo根の絶
対値O大きさ金検討するために次のような写gI食性う
O こO写倫を行うと、2変面oIZl (1なる領域は、
λ平面の左半面に軍曹されることにな9、Routh−
Hurwitz ()安定判別法が適用”ttkること
になる。そこで、(7)式t (6)式に代入し七JK
関する式を得ると、 4 となる。(8)式11CRouth −Hurwitg
の安定判別法を適用して次の2式を得る。
(9)式、(10)弐′を同時にf14九すKCの値が
存在しないので、比例だけの補償演算処理では、こや制
御系會安定にできないことがわかる0これが、第1図O
制御amにおいて補償演算部で比例演算をいて比例・微
分補償演算を行った場合について説明する。(3)式の
補償演算を行った場合の特性方程式は、 ・・・・・・・・・・・・(11) ・・・・・・・・・・・・(12) を得る。ただしく12)式においてに−に、Kmである
(12)式にRouth−Hurwltxの安定判別法
を適用して、 KCKT”> 0        −−−−−−−−−
−旧・<1a)2KcKT”(Td/T) > 0  
 ==(14)4−KcKT”−2KcKT”(Td/
T)>O・−・−”’(15)ziccicT”(Td
/T)(4−xcKT”−・・・・・・・・・・・・・
・く16)なる、制御系の安定判別のための条件式を得
る。
(13)〜(16) 式を満足するKc及びl1ldが
存在すれば、比例−微分補償に19制御系を安定にする
ことができることになる。(13)〜(16)式より、
制御系を安定にすやためのに、及びTdの設定範Hは、
となる。即ち、(17)式及び(18)式を満たすKC
及びTat用いて比例・微分補償を行えば制御系を安定
にすることができる。したがって、上記実施例によれば
、制御系を安定にすやことができる。
第7aは第4図の実施例における補償演算処理部41に
比例演算部58と微分演算部59を含む場合食尽す。こ
の場合の補償演算処理部41の2変換体遍閤数G:(Z
)は、 となるocO場合の特性方程式は、 となる。(20)式に(7)式を代入して、(’rt/
’r)lcpKmT”2m + (2、、。
(Td/T)KpKmT”)λ+2−0  ・−・−・
・−・(21)となる。(ム)式K Routh−Hu
rwitzの安定判別法を適用して、制御系を安定にす
るTdの範囲を求めを得る。即ち、第7図の場合には、
(22)大食満足するようKTdを定めれば、制御系を
安定にすることができる。
$181!al1411の実施例における補償演算処理
部41に、比例演算1s57.58.70と微分演算部
59と積分演算部11を含む場合を示す。仁の例が11
5WJ及び#I7図の例と大きく異なる点は積分演算部
71を含むことである◇この場合の補償演算lI&環部
41 oZ変換伝達関数G:(Z)t!、となる。この
場合の特性方程式は、 となる。(24)式に(7)式を代入して、2KCKT
”λ” + 4KcKT”(Td/T)λ1+(s−z
KCKT”−+KcKT”(Ta/T))λ+$+16
()mQ      ・・・・・・・・・・・(25)
肩〒 を得ゐo (25)弐において、K−に9に一″C′あ
るo (25)式にRouth−Hurwltzの安定
判別法を適用すると次のような条件を得る。
Td ) O・・・・・・・・・・・・・・(26)し
たがって、この(26)〜(28)式を満足する工うに
、KCe Td s T/、 t−設定すれば、制御系
を安定にすることができる。
以上のように、補償演算処理部41を比例演算部と微分
演算Sを含むように構成することに工り、制御を安定に
行えるという効果がある。
次に、II4図の実施例において、補償演算パラメータ
42の値を位相差のサンプリング周期に応じて変化させ
た場合の効果についてa明する。α7)式及び(18)
式かられか;b工うに、制御糸管安定にする几めの補償
演算パラメータKc及びTdの値は、サンプリング周期
Tの値によって影響を受けゐ。
(17)式及び(18)式より制御系會安定にするため
のKc及びTdの範囲を第9図に示す。
第9図において、斜IIIt−施した部分が安定な領域
である。即ち、サンプリング周期Tの変化に応じてKc
及びTdの値をこの斜線の範囲内に入るように設定すれ
ば、L8Mの速度制御系を常に安定な状態にすることが
できる0さらに、位相差のサンプリング周期Tと補償演
算処理部の出力周期を同一にし、且つその出力の時間を
位相差のサンプリング時間と一致させれば、制御理論に
基づく補償演算パラメータの設定が容易になる。
第10図は本発明の他の実施例を示す0この実施例が第
4図の実施例と異なる点は、補償演算バラメータを車両
速f(′位置信号の周期)と対応させ即ち、第10WA
において、72はアドレス演算部、73aアドレス信号
、74は補償演算パラメータを格納したメ峰り部であり
、アドレス演算部T2扛周期纏定値48からメモリ部T
4のアドレス信号73を作成し、メモリT4はそのアド
レス信号73に対応した補償演算パラメータ42を出力
するようになっている。このようにすると補償演算パラ
メータを得るための演算容量を減少させることがで愈ゐ
◎そO他の構成は第4図の実施例と同じであるめで、同
一部分には同一符号を付して詳細な説−は省略する。
以上説明したように、本発明によれば、位相差制御方式
OL8M制御装置において安定な制御を行える利点てあ
1、J[環的に良好な特性を有する位相差制御方式のL
8M制御装置を実用化する上でO意−#i自わめて大で
ある。
図面の簡単なl!― llll1図は先に提案した位相差制御方式のL8M制
御装置のブロック図、票2図及び1135!IIはそれ
ぞれ第1図の装置の動作を説明する定めの動作波形図、
第4因社本発明の一実施例に係るL8M8M制御装置ロ
ック図、第5図、第7図及び第S図はそれぞれ第4図の
装置における補償演算処理部の構成例を示ナブロック図
、第6図はwi4図の装置における制御系の線形モデル
のブロック*lll。
第9図は纂4図の装置における補償演算)(ツメーーの
設定範Il管示すグラフ 、II 10 I!lは本l
i明の他の実施例に係るL8M制御装置のブロック図で
ある0 1・・・・・・車両、2・・・・・・界磁、3・・・・
・・電機子コイル、4・・1・・・位置検出装置、5・
・・・・・位置信号、7・・・・・・基本波形、10・
・・・・・速度パターン、12・・・・・・周波数パタ
ーン、13・・・・・・位相差検出器、14・・・・・
・位相差信号、15・・・・・・電流パターン作成装置
、41・・・・・・補償演算処1ull、  42・・
・・・・補簀演算ノリメータ、57 、511 、 T
O・・・・・・比例演算部、5s・・・・・・微分演算
部O 第5図 第6図 ゛  第7図 第8図 第9図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、 リニアシンクロナスモータの界磁と電機子コイル
    の相対位置を検出する位置検出手段と、リニアシンクロ
    ナスモータの適度パターンに対応する基準周波数パター
    ンと前記位置検出手段O出力とO位相差を求める位相差
    検出手段と、前記位置検出手段の出力に同期して電機子
    コイルに過電する電流の基本波形管作成する基本波形発
    生手段と、前記基本波形の大きさ食前記位相差検出手g
    o出力に応じて調整し電機子コイルに通電する電流のパ
    ターンを作成する電流パターン作成手段とを備え、前記
    電流パターン作成手段は前記位相差検出手段の出力に補
    償演算処llを施すことKより前記電流パターンの波高
    値を算出する補償演算処理部會有する%O’FCおいて
    、前記補償演再処理部嬬比例演算要素と黴分演算簀素會
    含む↓うに構成されていること管特徴とするリニアシン
    クロナスモータO制御装置◎ 2、特許請求の範囲第1項において、前記補償演算処理
    部は、その補償演算パラメータを、前記位相差検出手段
    の位相差検出周期に応じて変化させるようにしたこと′
    t%徴とするリニアシンクロナスモータの制御装置。 3、特許請求の範囲第1項において、前記位相差検出手
    段9位相差検出周期と前記補償演算処理部の補償演算周
    期及び補償演算結果の出力周期とは同期させであること
    t特徴とするリニアシンクロナス毫−タの制御装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS56125989A (en) * 1980-03-07 1981-10-02 Japanese National Railways<Jnr> Linear synchronous motor control device

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS56125989A (en) * 1980-03-07 1981-10-02 Japanese National Railways<Jnr> Linear synchronous motor control device

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