DE102007028635A1

DE102007028635A1 - Regel-/Steuervorrichtung für eine AC-Rotationsmaschine

Info

Publication number: DE102007028635A1
Application number: DE102007028635A
Authority: DE
Inventors: Yoshihiko Kinpara; Kouki Naka
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-06-21
Filing date: 2007-06-21
Publication date: 2008-02-21
Also published as: JP4800861B2; CN101093971A; JP2008005604A; US20080007198A1; US7852039B2; CN101093971B

Abstract

Eine Regel-/Steuervorrichtung soll eine AC-Rotationsmaschine (1) regeln/steuern, die ein erstes und ein zweites Statorelement (101, 102) und einen Rotor (103) umfasst, wobei das erste Statorelement (101) in einer Umfangsrichtung in Bezug auf das zweite Statorelement (102) gedreht oder versetzt werden kann. Die Regel-/Steuervorrichtung umfasst ein Stellglied (2), um eine in eine Statorspule induzierte Spannung einzustellen, die von einer Drehung des Rotors durch Antreiben des ersten Statorelements (101) herrührt, einen Magnetflussbefehlsrechner (15), um einen Sollmagnetflussamplitudenbefehl auf Grundlage einer Drehgeschwindigkeit der AC-Rotationsmaschine (1) zu berechnen, eine Magnetflussschätzeinheit (10), um eine Magnetflussamplitude der AC-Rotationsmaschine (1) zu schätzen, einen Geschwindigkeitsbefehlsrechner (12), um einen Stellgliedgechwindigkeitsbefehl zu berechnen, der dem Stellglied (2) erteilt werden soll, damit die geschätzte Magnetflussamplitude den Magnetflussamplitudenbefehl befolgt, und eine Stellgliedsteuereinheit (14), um das Stellglied (12) entsprechend dem Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl zu regeln/steuern.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Regel-/Steuervorrichtung zum Steuern einer AC- oder Wechselstromrotationsmaschine, wobei die Regel-/Steuervorrichtung den Betrag an induzierter Spannung mittels eines Stellglieds regeln/steuern kann.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Der Betrag an induzierter Spannung, die in einer AC-Rotationsmaschine entsteht, ist proportional zum Produkt der Größenordnung von Magnetfluss und Drehzahl oder Drehgeschwindigkeit. Im Falle, dass ein Leistungswandler verwendet wird, um die AC-Rotationsmaschine mit variabler Drehgeschwindigkeit anzutreiben, kann eine Situation auftreten, dass induzierte Spannung, die in einem Hochgeschwindigkeitsbereich der Maschine entsteht, so hoch wird, dass sie einen maximalen Spannungspegel überschreitet, den der Leistungswandler ausgeben kann. In solchen Arten von AC-Rotationsmaschinen als Induktionsmaschine oder Synchronreluktanzmaschine, die keinerlei Permanentmagnete verwendet, ist die Größenordnung des Magnetflusses proportional zu einer Magnetflusskomponente eines Ankerstroms, und somit ist es möglich, die induzierte Spannung innerhalb eines Ausgangsspannungsbereichs eines Leistungswandlers zu halten, indem die Magnetflusskomponente des Ankerstroms auch dann, wenn die AC-Rotationsmaschine im Hochgeschwindigkeitsbereich angetrieben wird, reduziert wird.
Bei einer AC-Rotationsmaschine, die hingegen Permanentmagnete verwendet, wird aufgrund der Permanentmagnete eine induzierte Spannung erzeugt. Deshalb muss, wenn die Maschine in einem Hochgeschwindigkeitsbereich betrieben wird, ein Ankerstrom eine Magnetflusskomponente enthalten, um einen durch die Permanentmagnete erzeugten Magnetfluss aufzuheben, was in einer Zunahme des Magnetstroms resultiert. Dies bedeutet, dass, wenn eine AC-Rotationsmaschine, die Permanentmagnete verwendet, im Hochgeschwindigkeitsbereich betrieben wird, insofern ein Problem entsteht, als die Maschine einen Leistungswandler mit einer hohen Stromkapazität benötigt, oder ein Problem entsteht, das mit einem Verlust oder einer Wärmerzeugung zusammenhängt, der bzw. die durch eine Zunahme des Stroms verursacht wird.
Die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2005-160278 schlägt einen Synchronmotor vor, der eine Anordnung einsetzt, die dazu gedacht ist, die vorstehend erwähnten Probleme des Stands der Technik zu lösen. Gemäß der Veröffentlichung umfasst der Synchronmotor einen Stator mit mehreren Magnetzähnen, auf die Spulen aufgewickelt sind, und einen Rotor mit Permanentmagneten, wobei elektrische Energie von außen in die Spulen zugeführt wird, um von den Magnetzähnen ausgehende Magnetfelder zu erzeugen, so dass der Rotor ein Drehmoment erzeugt. Der Stator ist in mindestens zwei separate Abschnitte unterteilt, wobei zumindest einer der separaten Abschnitte ein bewegliches Statorelement darstellt, das dazu dient, die Phase der Magnetzähne in Bezug auf den anderen Abschnitt des Stators zu verändern. Der Synchronmotor ist mit einer Regel-/Steuervorrichtung für das bewegliche Statorelement ausgestattet, um die Phase des beweglichen Statorelements entsprechend dem Zustand des beweglichen Statorelements je nach den Betriebszuständen des Synchronmotors zu steuern.
Diese Anordnung der Veröffentlichung macht es möglich, eine elektromotorische Gegenkraft, die durch die Veränderung der Phase des beweglichen Statorelements im Synchronmotor auftritt, so zu senken, dass das Motordrehmoment zu Null wird, wenn ein Nulldrehmomentbefehl erteilt wird. Da die vorstehende Anordnung auch die Notwendigkeit eines Feldschwächungsstroms abschafft, wird es möglich, Verluste größtenteils zu reduzieren, die durch eine Widerstandsdrehung des Rotors verursacht werden. Wenn zusätzlich die Drehzahl des Motors gleich einem Schwellenwert ist oder über diesem liegt, motorische Gegenkraft entsteht. Diese Anordnung der Veröffentlichung kann die Drehzahl des Motor erhöhen, ohne eine Ausgangsspannung eines Wechselrichters oder einer Batterie zu erhöhen.
Eine herkömmliche Regel-/Steuervorrichtung zum Regeln/Steuern einer AC-Rotationsmaschine regelt/steuert eine Phasendifferenz zwischen einem Stator und einem beweglichen Statorelement wie vorstehend erläutert mittels eines Stellglieds, wobei die Phasendifferenz zwischen dem Stator und dem beweglichen Statorelement ein Steuerparameter des Stellglieds ist. Deshalb macht ein Steuermechanismus der Regel-/Steuervorrichtung eine Einrichtung zum Erfassen der Phasendifferenz zwischen dem Stator und dem beweglichen Statorelement erforderlich, wobei die Einrichtung vom Stellglied gesteuert wird. Die für diesen Zweck erforderliche Einrichtung ist ein Positionssensor, der im Allgemeinen komplex und teuer ist. Aus diesem Grund bestand insofern ein Problem, als es unmöglich war, ein derart kostengünstiges Stellglied einzusetzen, das die Position des beweglichen Statorelements nicht erfassen, sondern nur einen Zeitableitungswert der Stellgliedphasendifferenz regeln/steuern kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung soll eine Lösung für die vorstehend erwähnten Probleme des Stands der Technik bereitstellen. Entsprechend ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine derartige Regel-/Steuervorrichtung für eine AC-Rotationsmaschine bereitzustellen, die ein Stellglied mit einem einfachen und kostengünstigen Mechanismus steuern kann, ohne dass dabei irgendeine Positionserfassungseinrichtung gebraucht wird.
Eine Regel-/Steuervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung ist dazu vorgesehen, eine AC-Rotationsmaschine zu steuern, die einen Stator und einen Rotor umfasst, wobei der Stator eine auf ihn aufgewickelte Spule umfasst, wobei der Stator und/oder der Rotor in mindestens zwei separate Elemente unterteilt ist/sind, die so ausgelegt sind, dass eine Phasendifferenz, die für eine relative Positionsdifferenz zwischen einem separaten Element und einem anderen steht, in einer Umfangsrichtung verändert werden kann. Die Regel-/Steuervorrichtung umfasst ein Stellglied zum Einstellen einer Spannung, die auf grund einer Drehung des Rotors durch Ansteuern mindestes eines der separaten Teile in die Spule des Stators induziert wird, einen Magnetflussbefehlsrechner zum Berechnen eines Sollmagnetflussamplitudenbefehls auf Grundlage einer Drehgeschwindigkeit der AC-Rotationsmaschine, eine Magnetflussschätzeinheit zum Berechnen einer geschätzten Magnetflussamplitude der AC-Rotationsmaschine, einen Geschwindigkeitsbefehlsrechner zum Berechnen eines Stellgliedgeschwindigkeitsbefehls, der denn Stellglied erteilt werden soll, damit die geschätzte Magnetflussamplitude den Magnetflussamplitudenbefehl befolgt, und eine Stellgliedsteuereinheit, um das Stellglied entsprechend dem Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl zu steuern.
Da die Regel-/Steuervorrichtung für die AC-Rotationsmaschine nach der Erfindung die Stellgliedsteuereinheit umfasst, die das Stellglied entsprechend dem Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl und nicht einem wie vorstehend beschriebenen Positionsbefehl steuert, braucht die Regel-/Steuervorrichtung keine allgemein komplexe und kostspielige Einrichtungen, um die Phasendifferenz zu erfassen. Dementsprechend ist es möglich, beispielsweise eine kostengünstige Antriebsvorrichtung zu verwenden, die nicht dazu ausgelegt ist, eine Phasendifferenz zu erfassen, sondern nur einen Zeitableitungswert der Stellgliedphasendifferenz als Stellglied regeln/steuern kann.
Die vorstehenden und weitere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen deutlicher aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Zusammenschau mit den begleitenden Zeichnungen hervor.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockschema einer Regel-/Steuervorrichtung zum Steuern einer AC-Rotationsmaschine, und zwar nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 ist ein Schema, das zeigt, wie die AC-Rotationsmaschine und ein Stellglied der Regel-/Steuervorrichtung der ersten Ausführungsform aufgebaut sind;
die 3A und 3B sind Seitenansichten eines ersten bzw. zweiten Statorelements der Regel-/Steuervorrichtung der ersten Ausführungsform;
4 ist ein Schema, das ein Verhältnis zwischen der Drehgeschwindigkeit der AC-Rotationsmaschine und einem Magnetflussamplitudenbefehl zeigt;
5 ist ein Schema, in welchem eine Phasendifferenz Δθ zwischen einem ersten Statorelement und einem zweiten Statorelement im Verhältnis zur Amplitude eines Magnetflusses aufgetragen ist, der von einem Rotor der AC-Rotationsmaschine nach der ersten Ausführungsform erzeugt wird;
6 ist ein Schema, das einen Innenaufbau eines Geschwindigkeitsbefehlsrechners der Regel-/Steuervorrichtung der ersten Ausführungsform zeigt;
7 ist ein Schema, das eine Aufzeichnung von Verstärkungswerten zeigt, die eine Verstärkungstabelle, die im Geschwindigkeitsbefehlsrechner von 6 vorgesehen ist, entsprechend dem Magnetflussamplitudenbefehl ausgibt;
8 ist ein Schema, das einen Innenaufbau eines Strombefehlsrechners der Regel-/Steuervorrichtung nach der ersten Ausführungsform zeigt;
9 ist ein Schema, das eine Aufzeichnung von Verstärkungswerten zeigt, die eine Verstärkungstabelle, die im Strombefehlsrechner von 8 vorgesehen ist, entsprechend einem Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl ausgibt;
10 ist ein Blockschema einer Regel-/Steuervorrichtung zum Steuern einer AC-Rotationsmaschine nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
11 ist ein Blockschema einer Regel-/Steuervorrichtung zum Steuern einer AC-Rotationsmaschine nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
12 ist ein Blockschema einer Regel-/Steuervorrichtung zum Steuern einer AC-Rotationsmaschine nach einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
13 ist ein Blockschema einer Regel-/Steuervorrichtung zum Steuern einer AC-Rotationsmaschine nach einer fünften Ausführungsform der Erfindung;
14 ist ein Schema, das eine Tabelle zeigt, die von einem in 13 gezeigten Positionsbefehlsrechner verwendet wird, um einen Positionsbefehl (Phasendifferenzbefehl Δθ*) zu berechnen, der für eine Winkelposition steht, an der sich ein Stellglied der Regel-/Steuervorrichtung nach der fünften Ausführungsform auf Grundlage des Magnetflussamplitudenbefehls befinden sollte;
15 ist ein Schema, das eine Tabelle zeigt, die von einer in 13 gezeigten Positionsschätzeinheit verwendet wird, um eine geschätzte Winkelposition (eine geschätzte Phasendifferenz Δθ) des Stellglieds zu berechnen;
16 ist ein Blockschema einer Regel-/Steuervorrichtung zum Steuern einer AC-Rotationsmaschine nach einer sechsten Ausführungsform der Erfindung;
17 ist ein Schema, das einen Innenaufbau einer Magnetflussschätzeinheit zeigt, die in der Regel-/Steuervorrichtung nach der sechsten Ausführungsform von 16 verwendet wird;
18 ist ein Blockschema einer Regel-/Steuervorrichtung zum Steuern einer AC-Rotationsmaschine nach einer siebten Ausführungsform der Erfindung;
19 ist ein Blockschema einer Regel-/Steuervorrichtung zum Steuern einer AC-Rotationsmaschine nach einer achten Ausführungsform der Erfindung;
20 ist ein Schema, das einen Innenaufbau einer Magnetflussschätzeinheit der Regel-/Steuervorrichtung von 19 zeigt;
21 ist ein Blockschema einer Regel-/Steuervorrichtung zum Steuern einer AC-Rotationsmaschine nach einer neunten Ausführungsform der Erfindung;
22 ist ein Blockschema einer Regel-/Steuervorrichtung zum Steuern einer AC-Rotationsmaschine nach einer zehnten Ausführungsform der Erfindung;
23 ist ein Schema, das den Aufbau einer AC-Rotationsmaschine und eines Stellglieds zeigt, das einen Teil einer Regel-/Steuervorrichtung zum Steuern der AC-Rotationsmaschine nach einer elften Ausführungsform der Erfindung zeigt; und
24 ist eine Seitenansicht der mit dem Stellglied verbundenen AC-Rotationsmaschine von 23.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wird nun im Einzelnen mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben
ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
1 ist ein Blockschema einer Regel-/Steuervorrichtung zum Regeln/Steuern einer AC-Rotationsmaschine 1 nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung, in der ein an die AC-Rotationsmaschine 1 angeschlossenes Stellglied 2 den Betrag einer induzierten Spannung regelt, die aufgrund des Vorhandenseins eines Permanentmagneten auftritt. Wie in 1 gezeigt ist, umfasst die Regel-/Steuervorrichtung der AC-Rotationsmaschine 1, zusätzlich zum Stellglied 2, einen Pulsweitenmodulationswechselrichter (PWM-Wechselrichter) 3, einen Stromfühler 4, einen Spannungsbefehlsrechner 5, einen Koordinatenumsetzer 6, einen Stellgliedgeschwindigkeitsbefehlsrechner 9, eine Stellgliedsteuereinheit 14, einen Magnetflussbefehlsrechner 15 und einen Geschwindigkeitsregler 16. Die folgende Erörterung enthält eine allgemeine Beschreibung der einzelnen Bestandteile der Regel-/Steuervorrichtung, gefolgt von einer ausführlichen Beschreibung des Arbeitsablaufs der Hauptelemente.
Der PWM-Wechselrichter 3, der auch als Spannungsanleger 3 bezeichnet wird, erzeugt Dreiphasen- oder Drehstromspannungen und legt diese an die AC-Rotationsmaschine 1 an. Ein Stromfühler 4 erfasst Ströme, die in die AC-Rotationsmaschine 1 fließen. Obwohl der Stromfühler 4 in der ersten Ausführungsform die Ströme erfasst, die in zweien der drei Phasen fließen, kann die nachstehend beschriebene Auslegung der Ausführungsform so abgewandelt werden, dass der Stromfühler 4 unter Verwendung eines herkömmlich bekannten Verfahrens Werte erfasst, die für Dreiphasenströme stehen, die in die AC-Rotationsmaschine 1 fließen, und zwar auf Grundlage von DC-Strömen, die im PWM-Wechselrichter 3 fließen, und auf Grundlage von Information über die Pulsweitenmodulation.
Der Spannungsbefehlsrechner 5 stellt Dreiphasenspannungsbefehle entsprechend den Strömen her, die vom Stromfühler 4 erfasst wurden, und gibt selbige an den PWM-Wechselrichter 3 aus, wobei die Spannungsbefehle die an den PWM-Wechselrichter 3 anzulegenden Spannungen angeben. Der Koordinatenumsetzer 6 setzt die erfassten Ströme, die vom Stromfühler 4 ausgegeben wurden, auf Grundlage einer geschätzten Magnetflussphase in einen in einem Doppelachsen-Drehkoordinatensystem (dq-Achsen-Drehkoordinatensystem) ausgedrückten d-Achsen-Strom und q-Achsen-Strom um. Später erfolgt eine Beschreibung dazu, wie die geschätzte Magnetflussphase berechnet wird, die in Phasen auf den d- und q-Achsen des Doppelachsen-Drehkoordinatensystems umgesetzt wird.
Der Spannungsbefehlsrechner 5 umfasst einen Stromregler 7 und einen internen Koordinatenumsetzer 8. Der Stromregler 7 berechnet und gibt einen d-Achsen-Spannungsbefehl und einen q-Achsen-Spannungsbefehl aus, die sich im Doppelachsen-Drehkoordinatensystem (dq-Achsen-Drehkoordinatensystem) so ausdrücken, dass die d- und q-Achsenströme, die auf Grundlage der vom Stromfühler 4 ausgegebenen erfassten Ströme bestimmt sind, mit einem d-Achsen-Strombefehl bzw. einem q-Achsen-Strombefehl übereinstimmen, die sich im Doppelachsen-Drehkoordinatensystem (dq-Achsen-Drehkoordinatensystem) ausdrücken, das sich synchron mit einer elektrisch drehenden Winkelfrequenz der AC-Rotationsmaschine 1 dreht.
Der Koordinatenumsetzer 8 generiert und gibt die Dreiphasen-Spannungsbefehle aus, welche die Spannungen angeben, die durch den PWM-Wechselrichter 3 auf Grundlage der im Doppelachsen-Drehkoordinatensystem (dq-Achsen-Drehkoordinatensystem) ausge drückten d- und q-Achsen-Spannungsbefehle, die vom Stromregler 7 ausgegeben werden, sowie der geschätzten Magnetflussphase angelegt werden sollen.
Der Stellgliedgeschwindigkeitsbefehlsrechner 9 umfasst eine Magnetflussschätzeinheit 10, einen Subtrahierer 11, einen Geschwindigkeitsbefehlsrechner 12 und einen Strombefehlsrechner 13.
Die Magnetflussschätzeinheit 10 generiert und gibt eine geschätzte Magnetflussamplitude und eine geschätzte Drehgeschwindigkeit der AC-Rotationsmaschine 1 zusätzlich zu ihrer zuvor erwähnten geschätzten Magnetflussphase auf Grundlage der im Doppelachsen-Drehkoordinatensystem (dq-Achsen-Drehkoordinatensystem) ausgedrückten d- und q-Achsen-Spannungsbefehle aus, wobei die geschätzte Magnetflussphase eine Phase ist, die sowohl vom Koordinatenumsetzer 6 als auch vom Koordinatenumsetzer 8 zur Koordinatenumsetzung verwendet wird.
Da die Magnetflussschätzeinheit 10 einen wie beispielsweise in der internationalen PCT-Anmeldung mit der Wiederveröffentlichungsnr. WO/2002/091558 offenbarten herkömmlichen Aufbau hat, wird sie hier nicht im Einzelnen beschrieben.
Der Subtrahierer 11 generiert eine Magnetflussamplitudenabweichung, indem die geschätzte Magnetflussamplitude, die von der Magnetflussschätzeinheit 10 beschafft wurde, vom Magnetflussamplitudenbefehl subtrahiert wird, welcher der AC-Rotationsmaschine 1 erteilt wird, und dann der Subtrahierer 11 die so berechnete Magnetflussamplitudenabweichung ausgibt.
Der Geschwindigkeitsbefehlsrechner 12 generiert einen Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl, der eine Geschwindigkeit festlegt, mit der das Stellglied 2 auf Grundlage des Magnetflussamplitudenbefehls und der Magnetflussamplitudenabweichung laufen sollte.
Der Strombefehlsrechner 13 generiert und gibt den im Doppelachsen-Drehkoordinatensystem (dq-Achsen-Drehkoordinatensystem) ausgedrückten d-Achsen-Strombefehl aus, indem die Magnetflussamplitudenabweichung verstärkt wird, wenn der Absolutwert des Stellgliedgeschwindigkeitsbefehls einen spezifischen Wert überschreitet.
Die Stellgliedsteuereinheit 14 steuert die Betriebsgeschwindigkeit des Stellglieds 2, welche den Betrag der induzierten Spannung steuerbar variiert, die aufgrund des Permanentmagneten entsteht, und zwar so, dass sich die Betriebsgeschwindigkeit des Stellglieds 2 dem Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl anpasst.
Der Magnetflussbefehlsrechner 15 generiert und gibt den zuvor erwähnten Magnetflussamplitudenbefehl aus, der die Amplitude des Rotormagnetflusses festlegt, der von der AC-Rotationsmaschine 1 in Übereinstimmung mit der geschätzten Drehgeschwindigkeit erzeugt wird, die vom Stellgliedgeschwindigkeitsrechner 9 beschafft wurde.
In dieser Ausführungsform gibt der Magnetflussbefehlsrechner 15 den Magnetflussamplitudenbefehl wie vorstehend festgestellt aus. Da der Betrag der induzierten Spannung, die in der AC-Rotationsmaschine 1 aufgrund des Permanentmagneten entsteht, proportional zum Produkt der Magnetflussamplitude und Drehgeschwindigkeit der AC-Rotationsmaschine 1 ist, ist es jedoch möglich, denselben vorteilhaften Effekt wie die erste Ausführungsform auch dann zu erzielen, wenn die Auslegung der Ausführungsform so abgeändert wird, dass dem Substrahierer 11 ein Induktionsspannungsamplitudenbefehl und eine geschätzte Induktionsspannungsamplitude anstatt des Magnetflussamplitudenbefehls bzw. der geschätzten Magnetflussamplitude erteilt wird. In diesem Zusammenhang wird den Fachleuten auf dem Gebiet klar sein, dass entweder die Magnetflussamplitude oder die Spannungsamplitude als Steuerparameter bei der Bestimmung des Stellgliedgeschwindigkeitsbefehls verwendet werden kann. Entsprechend sollte im Hinblick auf die vorstehende und noch folgende Erörterung der vorliegenden technischen Beschreibung klar sein, dass die Magnetflussamplitude und die Spannungsamplitude zueinander als Stellgliedgeschwindigkeitssteuerparameter gleichwertig und somit austauschbar verwendbar sind.
Der Geschwindigkeitsregler 16 umfasst einen Subtrahierer 17 und eine Geschwindigkeitsregelvorrichtung 18. Der Subtrahierer 17 generiert eine Drehgeschwindigkeitsabweichung, indem die geschätzte Drehgeschwindigkeit, die vom Stellgliedgeschwindigkeitsbefehlsrechner 9 beschafft wurde, von einem eingegebenen Drehgeschwindigkeitsbefehl subtrahiert wird, und gibt die so berechnete Drehgeschwindigkeitsabweichung aus. Dann gene riert die Geschwindigkeitsregelvorrichtung 18 den zuvor erwähnten, im Doppelachsen-Drehkoordinatensystem (dq-Achsen-Drehkoordinatensystem) ausgedrückten q-Achsen-Strombefehl, indem die Drehgeschwindigkeitsabweichung verstärkt wird, und gibt den so generierten q-Achsen-Strombefehl aus.
Nun werden die AC-Rotationsmaschine 1 und das Stellglied 2 mit Bezug auf 2 beschrieben, bei der es sich um ein Schema handelt, das zeigt, wie die AC-Rotationsmaschine 1 und das Stellglied 2 aufgebaut sind. Wie in 2 gezeigt ist, umfasst die AC-Rotationsmaschine 1 ein erstes Statorelement 101 und ein zweites Statorelement 102, die entlang einer axialen Richtung der AC-Rotationsmaschine 1 voneinander getrennt sind, sowie einen Rotor 103, der an einer Welle 105 fest angebracht ist, wobei der Rotor 103 so angeordnet ist, dass er sowohl dem ersten als auch dem zweiten Statorelement 101, 102 zugewandt ist. Das erste und das zweite Statorelement 101, 102 sind mit Spulen versehen, die so gewickelt sind, dass, wie dargestellt, Spulenköpfe 104 von axialen Enden des jeweiligen Statorelernents 101, 102 vorstehen. Das Stellglied 2 umfasst eine Hilfsrotationsmaschine 106 und ein Getriebe 107, die zusammen dazu dienen, das erste Statorelement 101 in seiner Umfangsrichtung zu drehen. Obwohl das Getriebe 107 eine Achse hat, die parallel zu einer Achse des wie in 2 in der vorliegenden Ausführungsform dargestellten ersten Statorelements 101 ist, kann das Getriebe 107 auch so aufgebaut sein, dass es eine Achse hat, welche die Achse des ersten Statorelements 101 schneidet oder im Hinblick auf diese schräg verläuft. Die AC-Rotationsmaschine 1 ist mit einem (nicht gezeigten) Anschlag versehen, um eine Bewegung (oder Drehung) des ersten Statorelements 101 in seiner Umfangsrichtung auf einen Bereich von 0 bis 180 Grad in Bezug auf den elektrischen Winkel der AC-Rotationsmaschine 1 einzuschränken.
Die Hilfsrotationsmaschine 106 des Stellglieds 2 kann entweder eine AC-Rotationsmaschine wie eine Synchron- oder eine Induktionsmaschine, oder eine DC-Rotationsmaschine sein. Anzufügen ist, dass die Hilfsrotationsmaschine 106 nicht unbedingt auf eine Rotationsmaschine beschränkt ist. Beispielsweise kann die Hilfsrotationsmaschine 106 eine solche Maschine sein, die eine Linearbewegung erzeugt, wie eine lineare Synchronmaschine oder eine lineare Induktionsmaschine.
Die 3A und 3B sind Seitenansichten des ersten bzw. zweiten Statorelements 101, 102. Das in der Regel-/Steuervorrichtung der vorliegenden Ausführungsform vorgesehene Stellglied 2 dient dazu, das erste Statorelement 101 in seiner Umfangsrichtung zu versetzen, um beispielsweise eine Phasendifferenz Δθ zwischen U-Phasenspulen 201 des ersten Statorelements 101 und des zweiten Statorelements 102 zu schaffen, wie in den 3A und 3B gezeigt ist. Die Spulen 201 der beiden Statorelemente 101, 102 können entweder in Reihe oder parallel zueinander geschaltet sein.
4 ist ein Schema, das ein Beispiel eines Verhältnisses zwischen der Drehgeschwindigkeit der AC-Rotationsmaschine 1, die ein Eingang des Magnetflussbefehlsrechners 15 und des Magnetflussamplitudenbefehls ist, der ein Ausgang von dieser ist. Das in 4 gezeigte Verhältnis lässt sich mathematisch wie folgt ausdrücken: (Magnetflussamplitudenbefehl) = (Referenzmagnetfluss) in einem Bereich, in dem |Drehgeschwindigkeit| < (Referenzgeschwindigkeit) ist; und (Magnetflussamplitudenbefehl) = (Referenzmagnetfluss) × (Referenzgeschwindigkeit)/|Drehgeschwindigkeit| in einem Bereich, in dem Drehgeschwindigkeit| ≥ (Referenzgeschwindigkeit) ist.
Aus dem Vorstehenden wird klar, dass, wenn die Magnetflussamplitude so geregelt/gesteuert wird, dass sie die vorstehenden Bedingungen erfüllt, die in Bezug auf die Drehgeschwindigkeit der AC-Rotationsmaschine 1 aufgestellt wurden, es möglich ist, eine Überspannung in einem Hochgeschwindigkeitsbereich der AC-Rotationsmaschine 1 zu verhindern.
Das Stellglied 2 zum Ansteuern des ersten Statorelements 101 steuert die zuvor erwähnte Phasendifferenz (den Phasenwinkel) Δθ so, dass die Magnetflussamplitude der AC-Rotationsmaschine 1 den in 4 gezeigten Magnetflussamplitudenbefehl befolgt. Obwohl das Stellglied 2 herkömmlicher Weise auf Grundlage eines Positions(phasendifferenz)befehls gesteuert wird, wird das Stellglied 2 der vorliegenden Erfindung auf Grundlage eines Geschwindigkeitsbefehls geregelt/gesteuert.
Generell ist ein Positionssensor aus Gründen, die nachstehend noch kurz erklärt werden, einfacher und weniger teuer als ein Drehgeschwindigkeitssensor. Während ein Absolutcodierer, ein ABZ-Phasencodierer, ein Koordinatenumsetzer und eine Hall-Effekt-Vorrichtung Beispiele für Positionssensoren sind, sind ein AB-Phasencodierer und ein Tachometergenerator Beispiele für Drehgeschwindigkeitssensoren. Um nur ein Beispiel zu nennen, braucht der ABZ-Phasencodierer, der ein Beispiel für einen Positionssensor ist, eine Schnittstellenschaltung, weil der ABZ-Phasencodierer eine Z-Phase zum Erfassen eines Nullpunkts hat, wohingegen der AB-Phasencodierer, der ein Beispiel für einen Drehgeschwindigkeitssensor ist, keine Schnittstellenschaltung braucht, weil die Z-Phase im AB-Phasencodierer unnötig ist. Somit ist der Drehgeschwindigkeitssensor, der keine Schnittstellenschaltung braucht, im Vergleich zum Positionssensor allgemein einfacher und weniger teuer.
Zuerst wird ein Verhältnis zwischen dem Magnetfluss und dem Phasenwinkel mit Bezug auf 5 erklärt, bei der es sich um ein Schema handelt, in dem die Phasendifferenz Δθ zwischen dem ersten Statorelement 101 und dem zweiten Statorelement 102 in Bezug auf die Amplitude des Magnetflusses eingezeichnet ist, der vom Rotor 103 der AC-Rotationsmaschine 1 erzeugt wird. In 5 gibt die durch eine horizontale Achse dargestellte Phasendifferenz Δθ einen Drehwinkel (eine Umfangsbewegung) des ersten Statorelements 101 an, der durch das Getriebe 107 des Stellglieds 2 in Bezug auf den elektrischen Winkel der AC-Rotationsmaschine 1 bewirkt wird. Wie aus 5 ersichtlich ist, lässt sich das Verhältnis zwischen dem Magnetfluss und der Phasendifferenz Δθ mathematisch wie folgt ausdrücken: (Magnetflussamplitude) ∝ cos(Δθ/2) (1)
Es besteht auch ein durch die nachstehende Gleichung (2) ausgedrücktes Verhältnis zwischen der Betriebsgeschwindigkeit des Stellglieds 2 (der Stellgliedgeschwindigkeit) und der Phasendifferenz Δθ: Phasendifferenz Δθ = ∫(Stellgliedgeschwindigkeit)dt (2)
Nun wird der Funktionsablauf des Stellgliedgeschwindigkeitsrechners 9 erklärt, indem die Verhältnisse verwendet werden, die durch den zuvor erwähnten mathematischen Ausdruck (1) und die Gleichung (2) ausgedrückt wurden. Der vorstehende mathematische Ausdruck (1) zeigt an, dass die Phasendifferenz Δθ zunimmt, wenn die Betriebsgeschwindigkeit des Stellglieds 2 positiv ausgelegt wird, und die Phasendifferenz Δθ abnimmt, wenn die Betriebsgeschwindigkeit des Stellglieds 2 negativ ausgelegt wird. Andererseits ist aus 5 zu erkennen, dass die Magnetflussamplitude abnimmt, wenn die Phasendifferenz Δθ zunimmt, und die Magnetflussamplitude zunimmt, wenn die Phasendifferenz Δθ abnimmt.
Dementsprechend ist es vorzuziehen, die Betriebsgeschwindigkeit des Stellglieds 2 negativ auszulegen, wenn die vom Subtrahierer 11 ausgegebene Magnetflussamplitudenabweichung, die dadurch beschafft wird, dass die von der Magnetflussschätzeinheit 10 ausgegebene geschätzte Magnetflussamplitude von dem der AC-Rotationsmaschine 1 erteilten Magnetflussamplitudenbefehl abgezogen wird, positiv ist, und die Betriebsgeschwindigkeit des Stellglieds 2 positiv auszulegen, wenn die vom Subtrahierer 11 ausgegebene Magnetflussamplitudenabweichung, die dadurch beschafft wird, dass die von der Magnetflussschätzeinheit 10 ausgegebene geschätzte Magnetflussamplitude von dem der AC-Rotationsmaschine 1 erteilten Magnetflussamplitudenbefehl abgezogen wird, negativ ist.
Somit sollte der Geschwindigkeitsbefehlsrechner 12, der den Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl auf Grundlage der eingegebenen Magnetflussamplitudenabweichung ausgibt, vorzugsweise ein Proportional-Regler sein, dessen Ausgangswert einen Absolutwert hat, der proportional zum Absolutwert eines Eingangswerts ist, wobei der Ausgangswert des Proportional-Reglers im Hinblick auf das Vorzeichen des Eingangswerts ein umgekehrtes Vorzeichen hat.
Je nach den Leistungsmerkmalen eines Regel-/Steuermechanismus, den das Stellglied 2 umfasst, kann der Geschwindigkeitsbefehlsrechner 12 jedoch mit einem Proportional-Integral-Regler ausgelegt sein, der nicht nur eine Proportionalkomponente, sondern auch einen Integralfaktor behandelt.
In den in 5 gezeigten Bereichen (a) und (b) arbeitet der Stellgliedgeschwindigkeitsbefehlsrechner 9 auf folgende Weise. Obwohl die Magnetflussamplitude sich nur um 3,4% verändert, wenn das Stellglied 2 die Phasendifferenz Δθ um 30 Grad im Bereich (a) verändert, in dem die Magnetflussamplitude auf beinahe 100% einer maximalen Amplitude bleibt, verändert sich die Magnetflussamplitude um bis zu 24,1%, wenn das Stellglied 2 die Phasendifferenz Δθ um 30 Grad im Bereich (b) verändert, in dem die Magnetflussamplitude 50% oder weniger der maximalen Amplitude beträgt. Dies bedeutet, dass das Stellglied 2 das erste Statorelement 101 bei hoher Geschwindigkeit in der Umfangsrichtung drehen oder versetzen muss, wenn die Magnetflussamplitude in einem Bereich gesteuert/geregelt werden soll, in dem die Magnetflussamplitude annähernd 100% der maximalen Amplitude beträgt, wohingegen es möglich ist, die Magnetflussamplitude auch dann mit derselben Ansprechschwelle zu regeln/steuern, wenn das Stellglied 2 das erste Statorelement 101 bei niedriger Geschwindigkeit in der Umfangsrichtung versetzt, wenn sich die Magnetflussamplitude in einem Bereich befindet, in dem sie 50% oder weniger der maximalen Amplitude beträgt.
Der Geschwindigkeitsbefehlsrechner 12 wird nun auf Grundlage der vorstehenden Erläuterung im Einzelnen beschrieben. 6 ist ein Schema, das einen Innenaufbau des Geschwindigkeitsbefehlsrechners 12 zeigt. Der Geschwindigkeitsbefehlsrechner 12 umfasst eine Verstärkungstabelle 301 zur Ausgabe einer Verstärkung, die entsprechend dem Magnetflussamplitudenbefehl verändert wird, und einen Multiplizierer 302, um die Magnetflussamplitudenabweichung mit der aus der Verstärkungstabelle 301 ausgegebenen Verstärkung zu multiplizieren und das Ergebnis dieser Multiplikation als den zuvor erwähnten Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl auszugeben.
Ein guter Lösungsansatz, um dieselbe Ansprechschwelle beim Regeln/Steuern der Magnetflussamplitude ungeachtet des Werts der Magnetflussamplitude aufrechtzuerhalten, ist es, die bei der Berechnung der Betriebsgeschwindigkeit des Stellglieds 2 verwendete Verstärkung mit dem Betrag des Magnetflussamplitudenbefehls wie zuvor erörtert variabel auszulegen.
Unter Berücksichtigung der Verhältnisse, die durch den zuvor erwähnten mathematischen Ausdruck (1) und die Gleichung (2) ausgedrückt werden, sollte die aus der Verstärkungs tabelle 301 ausgegebene Verstärkung entsprechend dem nachstehenden mathematischen Ausdruck (3) bestimmt werden.
Obwohl die rechte Seite des obigen mathematischen Ausdrucks (3) zu Null wird und die linke Seite zu – ∞ wird, wenn der Magnetflussamplitudenbefehl einen maximalen Wert der Magnetflussamplitude anzeigt, kann dieses Problem vermieden werden, wenn der Ausgangsbereich der rechten Seite des mathematischen Ausdrucks (3) richtig eingegrenzt wird.
7 ist ein Schema, das eine Aufzeichnung von Werten der Verstärkung zeigt, welche die Verstärkungstabelle 301 entsprechend dem Magnetflussamplitudenbefehl unter Berücksichtigung des zuvor erwähnten Problems ausgibt. Obwohl der Verstärkungswert näher an – ∞ herankommt, wenn sich der Magnetflussamplitudenbefehl 100% des maximalen Amplitudenwerts nähert, ist es möglich, die zuvor beschriebene Anordnung der Ausführungsform zu verwenden, wenn der Verstärkungswert eine definitive Untergrenze (z.B. –10) gesetzt bekommt.
Die vorstehend erwähnte Anordnung der ersten Ausführungsform macht es möglich, dieselbe Ansprechschwelle beim Regeln/Steuern der Magnetflussamplitude ungeachtet ihres Werts aufrechtzuerhalten, weil die Verstärkung, die bei der Berechnung der Betriebsgeschwindigkeit des Stellglieds 2 verwendet wird, entsprechend denn Betrag des Magnetflussamplitudenbefehls variabel ausgelegt ist.
In Abhängigkeit von einem Antriebsmechanismus des Stellglieds 2 und den Leistungsmerkmalen dieses Antriebsmechanismus kann jedoch das Problem auftreten, dass die Betriebsgeschwindigkeit des Stellglieds 2 den Geschwindigkeitsbefehl nicht befolgen kann. Nachstehend wird erörtert, wie der Strombefehlsrechner 13 funktioniert, um dieses Problem zu lösen.
8 ist ein Schema, das einen Innenaufbau des Strombefehlsrechners 13 zeigt. Der Strombefehlsrechner 13 umfasst eine Verstärkungstabelle 401, um eine Verstärkung auszugeben, die entsprechend dem Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl variiert wird, und einen Multiplizierer 402, um die Magnetflussamplitudenabweichung mit der aus der Verstärkungstabelle 401 ausgegebenen Verstärkung zu multiplizieren und das Ergebnis dieser Multiplikation auszugeben. Der Strombefehlsrechner 13 umfasst darüber hinaus einen Begrenzer 403, der den Ausgang des Multiplizierers 402 so begrenzt, dass der d-Achsen-Strombefehl in einen festgelegten Bereich fällt, und den so begrenzten d-Achsen-Strombefehl ausgibt.
9 ist ein Schema, das eine Aufzeichnung von Werten der Verstärkung zeigt, welche die Verstärkungstabelle 401 entsprechend dem Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl ausgibt. Der Geschwindigkeitsbefehlsrechner 12 senkt den Wert des Stellgliedgeschwindigkeitsbefehls, wenn die Magnetflussamplitude erhöht werden soll, wohingegen er den Wert des Stellgliedgeschwindigkeitsbefehls erhöht, wenn die Magnetflussamplitude gesenkt werden soll. Allerdings bestehen Einschränkungen in einem Bereich der Stellgliedgeschwindigkeit, und deshalb befolgt die Betriebsgeschwindigkeit des Stellglieds 2 den Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl nicht, wenn dieser einen Bereich endlicher Grenzen verlässt. Wenn der Wert des Stellgliedgeschwindigkeitsbefehls niedriger ist als ein Bereich, in dem das Stellglied 2 das erste Statorelement 101 in Drehung versetzen kann, tritt ein Phänomen auf, dass die Magnetflussamplitude den Magnetflussamplitudenbefehl nicht befolgen kann, obwohl die Magnetflussamplitude erhöht werden soll. Wenn der Wert des Stellgliedgeschwindigkeitsbefehls höher ist als dieser Bereich, in dem das Stellglied 2 das erste Statorelement 101 in Drehung versetzen kann, tritt ein Phänomen auf, dass die Magnetflussamplitude den Magnetflussamplitudenbefehl nicht befolgen kann, obwohl die Magnetflussamplitude gesenkt werden soll.
Wenn die Magnetflussamplitude kleiner ist als der Wert des Magnetflussamplitudenbefehls, wird eine in der AC-Rotationsmaschine 1 induzierte Spannung einfach kleiner als ein festgelegter Spannungspegel. Wenn hingegen die Magnetflussamplitude größer ist als der Wert des Magnetflussamplitudenbefehls, wird eine in der AC-Rotationsmaschine 1 induzierte Spannung größer als der festgelegte Spannungspegel, und in der Folge kann die Induktionsspannung, die in der AC-Rotationsmaschine 1 entsteht, in manchen Fällen einen Ausgangsspannungsbereich des PWM-Wechselrichters 3 verlassen.
Wenn andererseits der d-Achsen-Strombefehl so eingestellt ist, dass er einen negativen Wert hat, ist es möglich, die Induktionsspannung, die in der AC-Rotationsmaschine 1 entsteht, als Ergebnis eines Vorgangs zu senken, der als Flussabschwächungssteuerung bekannt ist. Wenn also die Magnetflussamplitude den Magnetflussamplitudenbefehl nicht befolgen kann, obwohl sie gesenkt werden soll, wird eine wie in 9 gezeigte Verstärkungstabelle eingesetzt, um einen d-Achsen-Strombefehl zu erzeugen, wenn der Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl einen höheren Wert als +100% hat, um zu verhindern, dass die Induktionsspannung, die in der AC-Rotationsmaschine 1 entsteht, höher wird als der festgelegte Spannungspegel. Wenn der Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl einen niedrigeren Wert als +100% hat, gibt die Verstärkungstabelle 401 einen Nullwert aus, so dass kein d-Achsen-Strombefehl generiert wird.
Wie in der vorstehenden Erörterung erklärt wurde, berechnet der Stellgliedgeschwindigkeitsrechner 9 einen Strombefehl mit einem Vektorwert, der vom Wert her dem Magnetfluss gleich ist, der durch den Rotor 103 der AC-Rotationsmaschine 1 erzeugt wird, oder einen im Doppelachsendrehkoordinatensystem (dq-Drehkoordinatensystem) ausgedrückten d-Achsen-Strombefehl entsprechend dem Drehgeschwindigkeitsbefehl und dem Magnetflussamplitudenbefehl, und der Spannungsbefehlsrechner 5 generiert und gibt Spannungsbefehle aus, welche die Spannungen angeben, die durch den PWM-Wechselrichter (Spannungsanleger) 3 so angelegt werden sollen, dass der im Doppelachsendrehkoordinatensystem (dq-Drehkoordinatensystem) ausgedrückte d-Achsen-Strom oder eine Stromkomponente mit demselben Vektorwert wie der durch den Rotor 3 erzeugte Magnetfluss, der den vom Stromfühler 4 erfassten und ausgegebenen Strömen entspricht, mit dem d-Achsen-Strombefehl koinzidiert. Als Ergebnis wird dahingehend ein Vorteil geschaffen, dass der Betrag der Induktionsspannung, die in der AC-Rotationsmaschine 1 entsteht, innerhalb des zuvor erwähnten Ausgangsspannungsbereichs des PWM-Wechselrichters 3 gehalten werden kann, und zwar auch dann, wenn die Betriebsgeschwindigkeit des Stellglieds 2 nicht so geregelt/gesteuert werden kann, dass sie den Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl befolgt.
Wie bislang beschrieben, ist die Regel-/Steuervorrichtung der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform mit dem Stellgliedgeschwindigkeitsbefehlsrechner 9 ausgestattet, der den Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl generiert und an die Stellgliedsteuereinheit 14 ausgibt, so dass das Stellglied 2 entsprechend den erfassten Strömen, die vom Stromfühler 4 ausgegeben werden, den Spannungsbefehlen und dem Magnetflussamplitudenbefehl arbeitet. Diese Anordnung der Ausführungsform erbringt dahingehend einen Vorteil, dass die Amplitude des Magnetflusses, der durch den Rotor 103 der AC-Rotationsmaschine 1 erzeugt wird, ohne einen Positionssensor zur Erfassung der Phasendifferenz Δθ zwischen dem ersten Statorelement 101 und dem zweiten Statorelement 102 zu verwenden, so geregelt/gesteuert werden kann, dass sie mit einem Sollwert übereinstimmt.
Zusätzlich berechnet der Stellgliedgeschwindigkeitsbefehlsrechner 9 die geschätzte Magnetflussamplitude auf Grundlage der erfassten Ströme, die vom Stromfühler 4 ausgegeben werden, und der Spannungsbefehle, und berechnet dann den Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl so, dass die geschätzte Magnetflussamplitude mit dem Magnetflussamplitudenbefehl übereinstimmt. Diese Anordnung der Ausführungsform erbringt dahingehend einen Vorteil, dass es möglich ist, nur dann ein kostengünstiges Stellglied zu verwenden, wenn die Stellgliedsteuereinheit 14 die Geschwindigkeit des Stellglieds 2 selbst dann regeln/steuern kann, wenn die Stellgliedsteuereinheit 14 die Drehposition des Stellglieds 2 nicht regeln/steuern kann.
Auch ist der Stellgliedgeschwindigkeitsbefehlsrechner 9 mit der Magnetflussschätzeinheit 10, um die geschätzte Magnetflussamplitude auf Grundlage der erfassten und vom Stromfühler 4 ausgegebenen Ströme und der Spannungsbefehle zu berechnen, und dem Geschwindigkeitsbefehlsrechner 12 ausgestattet, um den Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl auf Grundlage einer vom Subtrahierer 11 ausgegebenen Abweichung der geschätzten Magnetflussamplitude vom Wert des Magnetflussamplitudenbefehls zu berechnen. Diese Anordnung der Ausführungsform erbringt dahingehend einen Vorteil, dass es nicht notwendig ist, die Phasendifferenz Δθ zwischen dem ersten Statorelement 101 und dem zweiten Statorelement 102 zu erfassen, um die Amplitude des durch den Rotor 103 erzeugten Magnetflusses zu berechnen, so dass die Amplitude des durch den Rotor 103 der AC-Rotationsmaschine 1 erzeugten Magnetflusses ohne Verwendung eines Positions sensors zur Erfassung der Phasendifferenz Δθ so geregelt/gesteuert werden kann, dass sie sich einem Sollwert anpasst.
Auch ist der Stellgliedgeschwindigkeitsbefehlsrechner 9 mit der Magnetflussschätzeinheit 10, um die geschätzte Magnetflussamplitude auf Grundlage der erfassten und vom Stromfühler 4 ausgegebenen Ströme und der Spannungsbefehle zu berechnen, und dem Geschwindigkeitsbefehlsrechner 12 ausgestattet, um den Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl auf Grundlage der vom Subtrahierer 11 ausgegebenen Abweichung der geschätzten Magnetflussamplitude vom Wert des Magnetflussamplitudenbefehls und auf Grundlage des Magnetflussamplitudenbefehls zu berechnen, wie vorstehend erläutert wurde. Diese Anordnung der Ausführungsform ist insofern vorteilhaft, als die Verstärkung, die bei der Berechnung der Betriebsgeschwindigkeit des Stellglieds 2 verwendet wird, entsprechend dem Betrag des Magnetflussamplitudenbefehls variabel ausgelegt werden kann und somit dieselbe Ansprechschwelle beim Regeln/Steuern der Magnetflussamplitude ungeachtet des Werts des Magnetflussamplitudenbefehls aufrechterhalten werden kann.
Die Regel-/Steuervorrichtung der ersten Ausführungsform ist so aufgebaut, dass der Stellgliedgeschwindigkeitsbefehlsrechner 9 den Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl generiert und an die Stellgliedsteuereinheit 14 ausgibt, so dass das Stellglied 2 entsprechend den vom Stromfühler 4 erfassten und ausgegebenen Strömen, den Spannungsbefehlen und dem Magnetflussamplitudenbefehl arbeitet, und die Magnetflussschätzeinheit 10 die geschätzte Drehgeschwindigkeit und die geschätzte Magnetflussphase der AC-Rotationsmaschine 1 ausgibt, der Spannungsbefehlsrechner 5 die Spannungsbefehle generiert und ausgibt, welche die Spannungen angeben, die durch den PWM-Wechselrichter 3 auf Grundlage der geschätzten Magnetflussphase und der vom Stromfühler 4 erfassten und ausgegebenen Ströme angelegt werden sollen, und der Magnetflussbefehlsrechner 15 den Magnetflussamplitudenbefehl generiert und ausgibt, der die Amplitude des Rotormagnetflusses entsprechend der zuvor erwähnten geschätzten Drehgeschwindigkeit festlegt. Diese Anordnung der Ausführungsform ist insofern vorteilhaft, als die Geschwindigkeit der AC-Rotationsmaschine 1 variabel geregelt/gesteuert werden kann, ohne dass dabei ein Sensor zur Erfassung der Drehposition der AC-Rotationsmaschine 1 nötig ist.
Obwohl in der vorstehend beschriebenen Regel-/Steuervorrichtung nach der ersten Ausführungsform die Stellgliedsteuereinheit 14 die Betriebsgeschwindigkeit des Stellglieds 2 erfasst und das Stellglied 2 so regelt/steuert, dass sich diese Betriebsgeschwindigkeit dem Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl anpasst, wird nicht unbedingt ein Drehgeschwindigkeitssensor zur Durchführung dieses Regel-/Steuervorgangs gebraucht. Wenn beispielsweise eine DC-Rotationsmaschine als Antriebsvorrichtung für das Stellglied 2 verwendet wird, kann der zuvor beschriebene Regel-/Steuervorgang dadurch erfolgen, dass einfach nur die an den Anschlüssen der DC-Rotationsmaschine anliegende Spannung verändert wird, indem eine bekannte Eigenschaft von dieser genutzt wird, nämlich, dass deren Betriebsgeschwindigkeit proportional zu ihrer Klemmenspannung ist. Auch wenn eine Induktionsmaschine als Antriebsvorrichtung des Stellglieds 2 verwendet wird, kann deren Betriebsgeschwindigkeit durch ein variables Frequenzregel-/Frequenzsteuerverfahren geregelt/gesteuert werden, das als V/F-Regelung/Steuerung bekannt ist, und das auf der Tatsache aufbaut, dass die Amplitude der AC-Spannung, die an die Induktionsmaschine angelegt wird, proportional zur Frequenz der AC-Spannung ist. Dementsprechend ist der Aufbau der wie in der vorstehenden ersten Ausführungsform beschriebenen vorliegenden Erfindung dahingehend vorteilhaft, dass das Stellglied 2 eine kostengünstige Antriebsvorrichtung verwenden kann, die über keine Phasendifferenzerfassungsfähigkeit verfügt, wie etwa eine DC-Rotationsmaschine oder eine Induktionsmaschine, die durch eine konstante V/F-Regelung/Steuerung betrieben wird.
ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM
Während in der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform der Strombefehlsrechner 13 den in einem Doppelachsen-Drehkoordinatensystem (dq-Achsen-Drehkoordinatensystem) ausgedrückten d-Achsen-Strombefehl durch Verstärken der Magnetflussamplitudenabweichung erzeugt und ausgibt, wenn der Absolutwert des Stellgliedgeschwindigkeitsbefehls einen spezifischen Wert überschreitet, ist diese Erfindung nicht auf diese Anordnung beschränkt. Beispielsweise ist es möglich, den Strombefehlsrechner 13 abzuschaffen, wenn die Regel-/Steuervorrichtung mit solch einer Stellgliedsteuereinheit 14 ausgestattet ist, dass die Betriebsgeschwindigkeit des Stellglieds 2 den Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl ausreichend befolgen kann.
Eine Regel-/Steuervorrichtung zum Regeln/Steuern einer AC-Rotationsmaschine 1 nach einer in 10 gezeigten zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben. Mit Bezug auf 10 ist die Regel-/Steuervorrichtung mit einem Stellgliedgeschwindigkeitsbefehlsrechner 9a ausgestattet, der eine Magnetflussschätzeinheit 10, einen Subtrahierer 11 und einen Geschwindigkeitsbefehlsrechner 12 sowie einen Spannungsbefehlsrechner 5 umfasst, dessen d-Achsen-Strombefehlseingang konstant auf einem Nullpegel gehalten wird. Die Regel-/Steuervorrichtung dieser Ausführungsform ist ansonsten genauso ausgeführt wie die erste Ausführungsform, und jedes identische Teil der Regel-/Steuervorrichtung wird hier nicht noch einmal beschrieben.
Da die zweite Ausführungsform den Strombefehlsrechner 13 zur Berechnung des d-Achsen-Strombefehls nicht benötigt, ist die durch die Regel-/Steuervorrichtung durchgeführte mathematische Operation um einen entsprechenden Betrag vereinfacht.
Da auch der d-Achsen-Strom immer auf Null gehalten wird, ist der im Doppelachsen-Drehkoordinatensystem (dq-Achsen-Drehkoordinatensystem) ausgedrückte q-Achsen-Strombefehl, der vom Geschwindigkeitsregler 16 ausgegeben wird, der einzige Strombefehl, der in den Spannungsbefehlsrechner 5 eingegeben wird. Der elektrische Strom, der in der AC-Rotationsmaschine 1 erzeugt wird, ist gleich der Wurzel der Summe der Quadrate des d-Achsen- und q-Achsen-Stroms. Deshalb ist der in der AC-Rotationsmaschine 1 erzeugte elektrische Strom minimiert, wobei der d-Achsen-Strom konstant auf dem Nullpegel gehalten wird.
DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM
Während in der vorstehend beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsform der Geschwindigkeitsbefehlsrechner 12 auf Grundlage des Magnetflussamplitudenbefehls und der Magnetflussamplitudenabweichung den Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl berechnet, der die Geschwindigkeit festlegt, mit der das Stellglied 2 laufen sollte, ist die Erfindung nicht auf diese Anordnung beschränkt. Beispielsweise ist es möglich, zum selben Zweck die geschätzte Magnetflussamplitude, die von der Magnetflussschätzeinheit 10 ausgegeben wird, anstelle des Magnetflussamplitudenbefehls zu verwenden.
Eine Regel-/Steuervorrichtung zum Regeln/Steuern einer AC-Rotationsmaschine 1 nach einer in 11 gezeigten dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben. Mit Bezug auf 11 ist die Regel-/Steuervorrichtung mit einem Stellgliedgeschwindigkeitsbefehlsrechner 9b ausgestattet, der einen Geschwindigkeitsbefehlsrechner 12b umfasst, um auf Grundlage der geschätzten Magnetflussamplitude, die von der Magnetflussschätzeinheit 10 ausgegeben wird, und der Magnetflussamplitudenabweichung, die vom Subtrahierer 11 ausgegeben wird, den Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl zu berechnen, der die Geschwindigkeit festlegt, mit der das Stellglied 2 laufen sollte. Die Regel-/Steuervorrichtung dieser Ausführungsform ist ansonsten genauso ausgeführt wie die erste Ausführungsform, und jedes identische Teil der Regel-/Steuervorrichtung wird hier nicht noch einmal beschrieben.
In dieser Ausführungsform ist die geschätzte Magnetflussamplitude gleich dem Wert des Magnetflussamplitudenbefehls, wenn die geschätzte Magnetflussamplitude den Magnetflussamplitudenbefehl mit einem ausreichend hohen Ansprechverhalten befolgt. Es ist deshalb möglich, dieselbe vorteilhafte Wirkung hervorzubringen wie die vorstehenden Ausführungsformen, und zwar auch dann, wenn die geschätzte Magnetflussamplitude anstatt des Magnetflussamplitudenbefehls verwendet wird. Mit der Verwendung der geschätzten Magnetflussamplitude anstatt des Magnetflussamplitudenbefehls gibt zusätzlich eine Verstärkungstabelle, die im Geschwindigkeitsbefehlsrechner 12b vorgesehen ist, eine Verstärkung aus, die entsprechend der geschätzten Magnetflussamplitude verändert wird, so dass der vorstehend beschriebene Aufbau der dritten Ausführungsform es möglich macht, dieselbe Ansprechschwelle beim Regeln/Steuern der Magnetflussamplitude auch dann aufrechtzuerhalten, wenn eine Verzögerung der geschätzten Magnetflussamplitude im Hinblick auf den Magnetflussamplitudenbefehl besteht.
VIERTE AUSFÜHRUNGSFORM
Während in der vorstehend beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsform der Geschwindigkeitsbefehlsrechner 12 auf Grundlage des Magnetflussamplitudenbefehls und der Magnetflussamplitudenabweichung den Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl berechnet, der die Geschwindigkeit festlegt, mit der das Stellglied 2 laufen sollte, ist die Erfindung nicht auf diese Anordnung beschränkt. Beispielsweise ist es möglich, den Stellgliedge schwindigkeitsbefehl durch Verstärken der Magnetflussamplitudenabweichung zu berechnen.
Eine Regel-/Steuervorrichtung zum Regeln/Steuern einer AC-Rotationsmaschine 1 nach einer in 12 gezeigten vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben. Mit Bezug auf 12 ist die Regel-/Steuervorrichtung mit einem Stellgliedgeschwindigkeitsbefehlsrechner 9c ausgestattet, der einen Geschwindigkeitsbefehlsrechner 12c umfasst, um auf Grundlage der geschätzten Magnetflussamplitude, die von der Magnetflussschätzeinheit 10 ausgegeben wird, und der Magnetflussamplitudenabweichung, die vom Subtrahierer 11 ausgegeben wird, den Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl zu berechnen, der die Geschwindigkeit festlegt, mit der das Stellglied 2 laufen sollte. Die Regel-/Steuervorrichtung dieser Ausführungsform ist ansonsten genauso ausgeführt wie die erste Ausführungsform, und jedes identische Teil der Regel-/Steuervorrichtung wird hier nicht noch einmal beschrieben.
Der Geschwindigkeitsbefehlsrechner 12c verstärkt die Magnetflussamplitudenabweichung und gibt die verstärkte Magnetflussamplitudenabweichung als Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl aus. Der Geschwindigkeitsbefehlsrechner 12c kann entweder einen Wert ausgeben, der proportional zu einem Eingang des Geschwindigkeitsbefehlsrechners 12c ist, oder einen Wert, der durch proportionales Integrieren des Eingangs als Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl beschafft wird.
Obwohl der Geschwindigkeitsbefehlsrechner 12c der vierten Ausführungsform im Gegensatz zu den vorstehenden Ausführungsformen beim Regen/Steuern der Magnetflussamplitude ungeachtet deren Werts nicht dieselbe Ansprechschwelle einhalten kann, kann die vierte Ausführungsform ansonsten dieselbe vorteilhafte Wirkung hervorbringen wie die vorstehend beschriebene erste und zweite Ausführungsform.
FÜNFTE AUSFÜHRUNGSFORM
Während der Geschwindigkeitsbefehlsrechner 12 (12b) die vorstehend beschriebene Wirkung hervorbringt, nämlich beim Regeln/Steuern der Magnetflussamplitude ungeachtet deren Werts dieselbe Ansprechschwelle einzuhalten, indem in der ersten bis dritten Aus führungsform jeweils auf Grundlage des Magnetflussamplitudenbefehls oder der geschätzten Magnetflussamplitude und der Magnetflussamplitudenabweichung der Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl berechnet wird, der die Geschwindigkeit festlegt, mit der das Stellglied 2 laufen sollte, ist die Erfindung nicht auf diese Anordnung beschränkt. Eine fünfte, nachstehend beschriebene Ausführungsform ist eine Variante der vorliegenden Erfindung, welche dieselbe vorteilhafte Wirkung erbringt wie die vorstehenden Ausführungsformen.
Eine Regel-/Steuervorrichtung zum Regeln/Steuern einer AC-Rotationsmaschine 1 nach der in 13 gezeigten fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben. Mit Bezug auf 13 ist die Regel-/Steuervorrichtung mit einem Stellgliedgeschwindigkeitsbefehlsrechner 9d ausgestattet, der einen Positionsbefehlsrechner 501 umfasst, um einen Positionsbefehl zu berechnen, der eine Winkelposition angibt, die das Stellglied 2 auf Grundlage des Magnetflussamplitudenbefehls einnehmen sollte, einer Magnetflussschätzeinheit 10 zum Berechnen der geschätzten Magnetflussamplitude auf Grundlage der vom Stromfühler 4 erfassten und ausgegebenen Ströme und von Spannungsbefehlen, einer Positionsschätzeinheit 502 zum Berechnen einer geschätzten Winkelposition (geschätzten Phasendifferenz Δθ) des Stellglieds 2 auf Grundlage der geschätzten Magnetflussamplitude, einem Substahierer 11d und einem Geschwindigkeitsbefehlsrechner 12d zum Berechnen des Stellgliedgeschwindigkeitsbefehls durch Verstärken einer Abweichung der geschätzten Winkelposition von der Winkelposition, die durch den Positionsbefehl angegeben wird
Der Geschwindigkeitsbefehlsrechner 12d kann entweder einen Wert ausgeben, der proportional zu einem Eingang des Geschwindigkeitsbefehlsrechners 12d ist, oder einen Wert, der durch proportionales Integrieren des Eingangs als Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl beschafft wird. Die Regel-/Steuervorrichtung dieser Ausführungsform ist ansonsten genauso ausgeführt wie die erste Ausführungsform, und jedes identische Teil der Regel-/Steuervorrichtung wird hier nicht noch einmal beschrieben.
14 ist ein Schema, das eine Tabelle zeigt, die zur Berechnung des Positionsbefehls (Phasendifferenzbefehls Δθ*) verwendet wird, der die Winkelposition angibt, die das Stellglied 2 auf Grundlage des Magnetflussamplitudenbefehls einnehmen sollte. Diese Ta belle lässt sich aus dem in 5 gezeigten Verhältnis zwischen der Magnetflussamplitude und der Phasendifferenz Δθ erhalten.
15 ist ein Schema, das eine Tabelle zeigt, die von der Positionsschätzeinheit 502 zur Berechnung der geschätzten Winkelposition (geschätzten Phasendifferenz Δθ) des Stellglieds 2 verwendet wird. Diese Tabelle lässt sich aus dem in 5 gezeigten Verhältnis zwischen der Magnetflussamplitude und der Phasendifferenz Δθ erhalten.
Da es die so aufgebaute Regel-/Steuervorrichtung nach der fünften Ausführungsform möglich macht, die AC-Rotationsmaschine 1 bei einmaligem Umsetzen des Magnetflussamplitudenbefehls in den Positionsbefehl zu regeln/steuern, erbringt der vorstehend beschriebene Aufbau der Ausführungsform auch die Wirkung, dieselbe Ansprechschwelle beim Regeln/Steuern der Magnetflussamplitude ungeachtet deren Werts aufrechtzuerhalten.
SECHSTE AUSFÜHRUNGSFORM
Während in jeder der vorstehenden Ausführungsformen der Stellgliedgeschwindigkeitsbefehlsrechner 9 (9a, 9b, 9c, 9d) den Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl, der die Geschwindigkeit festlegt, mit der das Stellglied 2 auf Grundlage von vom Stromfühler 4 erfassten und ausgegebenen Strömen laufen sollte, Spannungsbefehle und einen Magnetflussamplitudenbefehl berechnet und ausgibt, ist bekannt, dass die Genauigkeit der Berechnung einer geschätzten Drehgeschwindigkeit der Magnetflussschätzeinheit 10, die im Stellgliedgeschwindigkeitsrechner 9 (9a, 9b, 9c, 9d) vorgesehen ist, in einem Niedriggeschwindigkeitsbereich schlechter wird, in dem die induzierte Spannung niedrig ist, die in einer AC-Rotationsmaschine 1 erzeugt wird.
Unter diesen Umständen kann die zuvor beschriebene Ausführung der Regel-/Steuervorrichtung so abgewandelt werden, dass die Regel-/Steuervorrichtung darüber hinaus einen Drehgeschwindigkeitssensor umfasst, der die Drehgeschwindigkeit der AC-Rotationsmaschine 1 erfasst, und der Stellgliedgeschwindigkeitsbefehlsrechner 9 (9a, 9b, 9c, 9d) den Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl berechnet, indem auch eine Drehgeschwindigkeit ver wendet wird, die durch den Drehgeschwindigkeitssensor beschafft wird, und den so generierten Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl an die Stellgliedsteuereinheit 14 ausgibt.
Eine Regel-/Steuervorrichtung zum Steuern einer AC-Rotationsmaschine 1, und zwar nach einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, umfasst die zuvor erwähnte Art eines Drehgeschwindigkeitssensors 601 zum Erfassen der Drehgeschwindigkeit der AC-Rotationsmaschine 1, wie in 16 gezeigt ist. Mit Bezug auf 16 umfasst die Regel-/Steuervorrichtung zusätzlich zum Drehgeschwindigkeitssensor 601 zum Erfassen der Drehgeschwindigkeit der AC-Rotationsmaschine 1 einen Stellgliedgeschwindigkeitsbefehlsrechner 9e, der eine Magnetflussschätzeinheit 10e, einen Subtrahierer 11 und einen Geschwindigkeitsbefehlsrechner 12c eingebaut hat. Der Stellgliedgeschwindigkeitsbefehlsrechner 9e berechnet den Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl, der die Geschwindigkeit festlegt, mit der das Stellglied 2 laufen sollte, und zwar auf Grundlage der Drehgeschwindigkeit der AC-Rotationsmaschine 1, die vom Drehgeschwindigkeitssensor 601 beschafft wird, der Ströme, die durch den Stromfühler 4 erfasst werden, der Spannungsbefehle und des Magnetflussamplitudenbefehls, und gibt den so generierten Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl an die Stellgliedsteuereinheit 14 aus, während gleichzeitig auch die geschätzte Magnetflussphase ausgegeben wird.
Die Magnetflussschätzeinheit 10a generiert und gibt die geschätzte Magnetflussamplitude und die geschätzte Drehgeschwindigkeit der AC-Rotationsmaschine 1 aus, und zwar auf Grundlage der d-Achsen- und q-Achsen-Spannungsbefehle und der d- und q-Achsen-Ströme, die im Doppelachsen-Drehkoordinatensystem (dq-Achsen-Drehkoordinatensystem) ausgedrückt sind, und der Drehgeschwindigkeit der AC-Rotationsmaschine 1, die vom Drehgeschwindigkeitssensor 601 beschafft wird.
Die Regel-/Steuervorrichtung umfasst darüber hinaus einen Magnetflussbefehlsrechner 15e anstelle des Magnetflussbefehlsrechners 15, der in den vorstehenden Ausführungsformen erörtert wurde. Während der Magnetflussbefehlsrechner 15 der vorstehenden Ausführungsformen den Magnetflussamplitudenbefehl auf Grundlage der geschätzten Drehgeschwindigkeit generiert und ausgibt, generiert und gibt der Magnetflussbefehlsrechner 15e der vorliegenden Ausführungsform den Magnetflussamplitudenbefehl auf Grundlage der vom Drehgeschwindigkeitssensor 601 beschafften Drehgeschwindigkeit der AC-Rotationsmaschine 1 anstatt der geschätzten Drehgeschwindigkeit aus.
Die Regel-/Steuervorrichtung umfasst darüber hinaus einen Geschwindigkeitsregler 16a anstatt des in den vorhergehenden Ausführungsformen erörterten Geschwindigkeitsreglers 16, wobei der Geschwindigkeitsregler 16e einen Substrahierer 17e und eine Geschwindigkeitsregelvorrichtung 18 umfasst. Im Geschwindigkeitsregler 16 der vorhergehenden Ausführungsformen generiert der Subtrahierer 17 die Drehgeschwindigkeitsabweichung, indem et die geschätzte Drehgeschwindigkeit, die vom Drehgeschwindigkeitsbefehlsrechner 9 beschafft wurde, vom eingegebenen Drehgeschwindigkeitsbefehl abzieht und die so berechnete Drehgeschwindigkeitsabweichung ausgibt, und dann die Geschwindigkeitsregelvorrichtung 18 den im Doppelachsen-Drehkoordinatensystem (dq-Achsen-Drehkoordinatensystem) ausgedrückten q-Achsen-Strombefehl durch Verstärken der Drehgeschwindigkeitsabweichung generiert und den so generierten q-Achsen-Strombefehl ausgibt. Beim Geschwindigkeitsregler 16e der vorliegenden Ausführungsform generiert der Substrahierer 17e jedoch die Drehgeschwindigkeitsabweichung, indem er die Drehgeschwindigkeit der AC-Rotationsmaschine 1, die vom Drehgeschwindigkeitssensor 601 beschafft wurde, vom eingegebenen Drehgeschwindigkeitsbefehl abzieht und die so berechnete Drehgeschwindigkeitsabweichung ausgibt, und dann die Geschwindigkeitsregelvorrichtung 18 den im Doppelachsen-Drehkoordinatensystem (dq-Achsen-Drehkoordinatensystem) ausgedrückten q-Achsen-Strombefehl durch Verstärken der Drehgeschwindigkeitsabweichung generiert und den so generierten q-Achsen-Strombefehl ausgibt.
Die Regel-/Steuervorrichtung dieser Ausführungsform ist ansonsten genauso ausgeführt wie die erste Ausführungsform, und jedes identische Teil der Regel-/Steuervorrichtung wird hier nicht noch einmal beschrieben.
17 ist ein Schema, das einen Innenaufbau der Magnetflussschätzeinheit 10e der Regel-/Steuervorrichtung der sechsten Ausführungsform zeigt. Mit Bezug auf 17 umfasst die Magnetflussschätzeinheit 10e einen Spannungsvektorrechner 701, einen Stromvektorrechner 702, einen Addierer/Substrahierer 703, einen Integrator 704, einen Matrixverstärkungsrechner 705, einen Subtrahierer 706, Matrixverstärkungsrechner 707-709 und einen Phasenrechner 710.
Der Spannungsvektorrechner 701 generiert und gibt die d- und q-Achsen-Spannungsbefehle aus, die im Doppelachsen-Drehkoordinatensystem (dq-Achsen-Drehkoordinatensystem) in Form eines nachstehend aufgeführten Spannungsvektors ausgedrückt sind:
Der Stromvektorrechner 702 berechnet und gibt die d- und q-Achsen-Ströme aus, die im Doppelachsen-Drehkoordinatensystem (dq-Achsen-Drehkoordinatensystem) in Form eines nachstehend aufgeführten Stromvektors ausgedrückt sind:
Der Addierer/Substrahierer 703 berechnet und gibt die Vektorsumme des vom Spannungsvektorrechner 701 ausgegebenen Spannungsvektors, eines vom später noch zu erörternden Matrixverstärkungsrechner 708 ausgegebenen Zustandsvektors, und eines vom später noch zu erörternden Matrixverstärkungsrechner 709 ausgegebenen Abweichungsvektors aus, wobei der Zustandvektor und der Abweichungsvektor wie folgt ausgedrückt sind:
Der Integrator 704 berechnet und gibt einen nachstehend gezeigten Magnetflussvektor durch Integrieren des vom Addierer/Substrahierer 703 ausgegebenen Vektors aus:
Der vorstehend erwähnte Magnetflussvektor ist ein Vektor, der als Bestandteile eine geschätzte d-Achsen-Ankerreaktion ϕ ds, eine geschätzte q-Achsen-Ankerreaktion ϕ qs und eine geschätzte Magnetflussamplitude ϕ dr hat, die im Doppelachsen-Drehkoordinatensystem (dq-Achsen-Drehkoordinatensystem) der AC-Rotationsmaschine 1 ausgedrückt sind.
Der Matrixverstärkungsrechner 705 multipliziert den vorstehend erwähnten Magnetflussvektor mit einer nachstehend gezeigten spezifizierten Matrix:
um einen nachstehend gezeigten geschätzten Stromvektor zu generieren und auszugeben:
Die spezifizierte Matrix, die vom Matrixverstärkungsrechner 705 in der vorstehend erwähnten Berechnung verwendet wird, enthält Elemente, die durch einen Induktivitätswert L der AC-Rotationsmaschine 1 bestimmt werden.
Der Substrahierer 706 generiert und gibt einen nachstehend gezeigten Stromabweichungsvektor aus, indem er einen Stromvektor, der vom Stromvektorrechner 702 beschafft wurde, vom vorstehend erwähnten geschätzten Stromvektor abzieht:
Der Matrixverstärkungsrechner 707 extrahiert die geschätzte Magnetflussamplitude ϕ dr, indem er den zuvor erwähnten Magnetflussvektor mit einer nachstehend gezeigten spezifizierten Matrix multipliziert: Spezifizierte Matrix = (0 0 1)
Der Matrixverstärkungsrechner 708 generiert den früher schon erwähnten Zustandsvektor, indem er den zuvor erwähnten Magnetflussvektor mit einer nachstehend gezeigten Matrix multipliziert, die durch die Drehgeschwindigkeit ω_r, die vom Drehgeschwindigkeitssensor 601 beschafft wurde, eine Primärfrequenz ω sowie einen Widerstand R und eine Induktivität L der AC-Rotationsmaschine 1 bestimmt wird, und gibt das Ergebnis dieser Multiplikation oder den Zustandsvektor an den Addieret/Substrahierer 703 aus:
Der Matrixverstärkungsrechner 709 multipliziert den zuvor erwähnten Stromabweichungsvektor, der vom Subtrahierer 706 beschafft wurde, mit einer nachstehend gezeigten Matrix:
worin h11, h12, h21, h22, h31 und h32 Funktionen sind, die durch die Drehgeschwindigkeit ω_r bestimmt werden, die vom Drehgeschwindigkeitssensor 601 beschafft wurde. Das Ergebnis dieser durch den Matrixverstärkungsrechner 709 erhaltenen Multiplikation wird dem Addierer/Subtrahierer 703 als der zuvor erwähnte Abweichungsvektor geliefert.
Der Phasenrechner 710 berechnet und gibt die zuvor erwähnte Primärfrequenz ω und die geschätzte Magnetflussphase θ unter Verwendung der vom Drehgeschwindigkeitssensor 601 beschafften Drehgeschwindigkeit ω_r, des zuvor erwähnten Stromabweichungsvektors und der geschätzten Magnetflussamplitude aus, und zwar durch die folgende Gleichung:
worin θ = ∫ωdt.
Die Regel-/Steuervorrichtung der sechsten Ausführungsform mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau ist mit dem Drehgeschwindigkeitssensor 601 ausgestattet, um die Drehgeschwindigkeit der AC-Rotationsmaschine 1 zu erfassen, und der Stellgliedgeschwindigkeitsbefehlsrechner 9e berechnet den Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl, indem er auch die vom Drehgeschwindigkeitssensor 601 beschaffte Drehgeschwindigkeit verwendet und den so generierten Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl ausgibt.
Um genauer zu sein, ist die Regel-/Steuervorrichtung der sechsten Ausführungsform mit dem Drehgeschwindigkeitssensor 601 ausgestattet, um die Drehgeschwindigkeit der AC- Rotationsmaschine 1 zu erfassen, und die Magnetflussschätzeinheit 10e, die im Stellgliedgeschwindigkeitsbefehlsrechner 9e vorgesehen ist, generiert die geschätzte Magnetflussamplitude und die geschätzte Drehgeschwindigkeit der AC-Rotationsmaschine 1, indem auch die vom Drehgeschwindigkeitssensor 601 beschaffte Drehgeschwindigkeit verwendet wird. Dementsprechend macht es der Aufbau der sechsten Ausführungsform möglich, eine gute Berechnungsgenauigkeit selbst in einem Niedriggeschwindigkeitsbereich der AC-Rotationsmaschine 1 zu erzielen und diese auch dann auf eine stabile Weise ohne wesentlichen Fehler in der Winkelposition des Rotors 103 zu betreiben, wenn der Betrag der induzierten Spannung, die in der AC-Rotationsmaschine 1 entsteht, groß ist und die geschätzte Phasendifferenz Δθ schwankt.
SIEBTE AUSFÜHRUNGSFORM
Nun wird eine Regel-/Steuervorrichtung zum Regeln/Steuern einer AC-Rotationsmaschine 1 nach einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Was für diese Ausführungsform kennzeichnend ist, ist, dass die Regel-/Steuervorrichtung einen Positionssensor 801 zum Erfassen der Drehposition der AC-Rotationsmaschine 1, einen Drehgeschwindigkeitsrechner 802 zum Berechnen der Drehgeschwindigkeit der AC-Rotationsmaschine 1 auf Grundlage ihrer Drehposition, die vom Positionssensor 801 beschafft wird, und einen Stellgliedgeschwindigkeitsbefehlsrechner 9f umfasst, der einen Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl berechnet, der eine Geschwindigkeit festlegt, mit der das Stellglied 2 auf Grundlage der Drehposition der AC-Rotationsmaschine 1, die vom Drehgeschwindigkeitsrechner 802 beschafft wurde, von vom Stromfühler 4 erfassten und ausgegebenen Strömen, Spannungsbefehlen und eines Magnetflussamplitudenbefehls laufen sollte, und den so generierten Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl an die Stellgliedsteuereinheit 14 ausgibt.
Die Regel-/Steuervorrichtung der in 18 gezeigten siebten Ausführungsform wird nun nachstehend im Einzelnen beschrieben. Die Regel-/Steuervorrichtung ist mit dem Positionssensor 801 zum Erfassen der Drehgeschwindigkeit der AC-Rotationsmaschine 1 und dem Drehgeschwindigkeitsrechner 802 zum Berechnen der Drehgeschwindigkeit der AC-Rotationsmaschine 1 auf Grundlage von deren Drehposition ausgestattet, die von dem wie vorher erwähnten Positionssensor 801 beschafft wird. Mit Bezug auf 18 umfasst die Regel-/Steuervorrichtung dieser Ausführungsform darüber hinaus einen Spannungsbefehlsrechner 5f, einen Koordinatenumsetzer 6f, einen Positionsbefehlsverstärker 803 und einen Addierer 804.
Der Stellgliedgeschwindigkeitsbefehlsrechner 9f berechnet den Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl, der die Geschwindigkeit festlegt, mit der das Stellglied 2 laufen sollte, und zwar auf Grundlage der vom Drehgeschwindigkeitsrechner 802 beschafften Drehgeschwindigkeit, der d- und q-Achsen-Ströme und der d- und q-Achsen-Spannungsbefehle, die im Doppelachsen-Drehkoordinatensystem (dq-Achsen-Drehkoordinatensystem) ausgedrückt sind, und des Magnetflussamplitudenbefehls, der vom Magnetflussbefehlsrechner 15e ausgegeben wurde, und gibt den so generierten Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl an die wie vorstehend erwähnte Stellgliedsteuereinheit 14 aus.
Wie in 18 gezeigt ist, hat der Stellgliedgeschwindigkeitsbefehlsrechner 9f eine Magnetflussschätzeinheit 10a, einen Subtrahierer 11, einen Geschwindigkeitsbefehlsrechner 12c und einen Positionsbefehlsrechner 501 zum Generieren eines Positionsbefehls eingebaut, der eine Winkelposition angibt, die das Stellglied 2 auf Grundlage des Magnetflussamplitudenbefehls einnehmen sollte. Wie der Positionsbefehlsrechner 501 der vorher schon erörterten und in 13 gezeigten fünften Ausführungsform, generiert der Positionsbefehlsrechner 501 der siebten Ausführungsform den Positionsbefehl, der die Winkelposition angibt, die das Stellglied 2 einnehmen sollte, und gibt den Positionsbefehl an den Positionsbefehlsverstärker 803 aus, der den vom Positionsbefehlsrechner 501 ausgegebenen Positionsbefehl mit einem bestimmten Multiplikationsfaktor oder einer bestimmten Verstärkung multipliziert.
Der in dieser Multiplikation verwendete Multiplikationsfaktor wird in Relation zu dem Verhältnis zwischen der axialen Länge des ersten Statorelements 101 und der axialen Länge des zweiten Statorelements 102 bestimmt. Wenn speziell das Verhältnis der axialen Länge des ersten Statorelements 101 zu derjenigen des zweiten Statorelements 102 1:n beträgt, multipliziert der Positionsbefehlsverstärker 803 den vom Positionsbefehlsrechner 501 ausgegebenen Positionsbefehl mit 1/(1 + n). Wenn beispielsweise das Verhältnis der axialen Länge des ersten Statorelements 101 zu derjenigen des zweiten Statorelements 102 1:1 beträgt, multipliziert der Positionsbefehlsverstärker 803 den Positionsbefehl, der für die Winkelposition steht, die das Stellglied 2 einnehmen sollte, mit ½, und wenn das Verhältnis der axialen Länge des ersten Statorelements 101 zu derjenigen des zweiten Statorelements 102 1:2 beträgt, multipliziert der Positionsbefehlsverstärker 803 den Positionsbefehl, der für die Winkelposition steht, die das Stellglied 2 einnehmen sollte, mit 1/3.
Der Addierer 804 addiert die vom Positionssensor 801 beschaffte Drehposition der AC-Rotationsmaschine 1 zu einem Ausgang des Positionsbefehlsverstärkers 803. Ein Koordinatenumsetzer 8f, der im Spannungsbefehlsrechner 5f vorgesehen ist, vollführt eine Koordinatenumsetzung, indem ein Ausgang des Addierers 804 anstatt der geschätzten Magnetflussphase verwendet wird. Gleichermaßen vollführt der Koordinatenumsetzer 6f eine Koordinatenumsetzung, indem der Ausgang des Addierers 804 anstatt der geschätzten Magnetflussphase verwendet wird.
Wie die Regel-/Steuervorrichtungen der vorhergehenden Ausführungsformen, vermittelt auch die Regel-/Steuervorrichtung der wie vorstehend aufgebauten siebten Ausführungsform insofern einen Vorteil, als es nicht notwendig ist, die Phasendifferenz Δθ zwischen dem ersten Statorelement 101 und dem zweiten Statorelement 102 erfassen zu müssen, um die Amplitude des vom Rotor 103 erzeugten Magnetflusses zu berechnen, und deshalb kann die Amplitude des vom Rotor 103 der AC-Rotationsmaschine 1 erzeugten Magnetflusses so geregelt/gesteuert werden, dass sie sich einem Sollwert anpasst, ohne dass dabei ein Positionssensor zum Erfassen der Phasendifferenz Δθ verwendet wird. Da zusätzlich die Regel-/Steuervorrichtung dieser Ausführungsform die Magnetflussschätzeinheit 10e von der Notwendigkeit befreit, die geschätzte Magnetflussphase θ berechnen zu müssen, wird dahingehend ein Vorteil geschaffen, dass die mathematische Operation, die von der Regel-/Steuervorrichtung durchgeführt wird, um einen entsprechenden Betrag vereinfacht wird.
ACHTE AUSFÜHRUNGSFORM
Während der Stellgliedgeschwindigkeitsbefehlsrechner 9f der zuvor erwähnten siebten Ausführungsform den Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl berechnet und ausgibt, der die Geschwindigkeit festlegt, mit der das Stellglied 2 laufen sollte, und zwar auf Grundlage der vom Drehgeschwindigkeitsrechner 802 beschafften Drehgeschwindigkeit der AC-Ro tationsmaschine 1, der d- und q-Achsen-Ströme und der d- und q-Achsen-Spannungsbefehle, die im Doppelachsen-Drehkoordinatensystem (dq-Achsen-Drehkoordinatensystem) ausgedrückt sind, und des Magnetflussamplitudenbefehls, der vom Magnetflussbefehlsrechner 15e ausgegeben wird, berechnet eine Regel-/Steuervorrichtung zum Regeln/Steuern einer AC-Rotationsmaschine 1 nach einer achten Ausführungsform der Erfindung den Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl, der die Geschwindigkeit festlegt, mit der das Stellglied 2 laufen sollte, auf eine andere Weise. Speziell umfasst die Regel-/Steuervorrichtung der achten Ausführungsform einen Stellgliedgeschwindigkeitsbefehlsrechner 9g, eine Stellgliedsteuereinheit 14, einen Magnetflussbefehlsrechner 15e und einen Drehgeschwindigkeitsrechner 802, wobei die Regel-/Steuervorrichtung so ausgelegt ist, dass der d-Achsen-Strombefehl auf Null gesetzt ist und der Stellgliedgeschwindigkeitsbefehlsrechner 9g einen Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl berechnet, der die Geschwindigkeit festlegt, mit der das Stellglied 2 laufen sollte, und zwar auf Grundlage der Drehgeschwindigkeit der AC-Rotationsmaschine 1, die vom Drehgeschwindigkeitsrechner 802 beschafft wird, des q-Achsen-Stroms und des q-Achsen-Spannungsbefehls, die im Doppelachsen-Drehkoordinatensystem (dq-Achsen-Drehkoordinatensystem) ausgedrückt sind, und des Magnetflussamplitudenbefehls, der vom Magnetflussbefehlsrechner 15e ausgegeben wird, und den so generierten Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl an die Stellgliedsteuereinheit 14 ausgibt.
Die Regel-/Steuervorrichtung der in 19 gezeigten achten Ausführungsform wird nachstehend im Einzelnen beschrieben. Mit Bezug auf 19 berechnet der Stellgliedgeschwindigkeitsbefehlsrechner 9g den Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl, der die Geschwindigkeit festlegt, mit der das Stellglied 2 laufen sollte, und zwar auf Grundlage der Drehgeschwindigkeit der AC-Rotationsmaschine 1, die vom Drehgeschwindigkeitsrechner 802 beschafft wird, des q-Achsen-Stroms und des q-Achsen-Spannungsbefehls, die im Doppelachsen-Drehkoordinatensystem (dq-Achsen-Drehkoordinatensystem) ausgedrückt sind, und des Magnetflussamplitudenbefehls, der vom Magnetflussbefehlsrechner 15e ausgegeben wird, und gibt den so generierten Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl an die Stellgliedsteuereinheit 14 aus. Um genauer zu sein, berechnet eine Magnetflussschätzeinheit 10g, die im Stellgliedgeschwindigkeitsbefehlsrechner 9g vorgesehen ist, eine geschätzte Magnetflussamplitude aus der Drehgeschwindigkeit der AC-Rotationsmaschine 1, die vom Drehgeschwindigkeitsrechner 802 beschafft wurde, dem q-Achsen-Strom und dem q-Achsen-Spannungsbefehl, die im Doppelachsen-Drehkoordinatensystem (dq-Achsen-Drehkoordinatensystem) ausgedrückt sind, und dem Magnetflussamplitudenbefehl, der vom Magnetflussamplitudenrechner 15e ausgegeben wird.
Im Vergleich zu den Magnetflussschätzeinheiten 10, 10e der vorstehenden Ausführungsformen ist die Magnetflussschätzeinheit 10g der achten Ausführungsform dazu ausgelegt, die geschätzte Magnetflussamplitude auf eine einfache Weise unter Nutzung der Tatsache zu berechnen, dass der d-Achsen-Strom in dieser Ausführungsform einen Nullwert hat.
Wenn die Regel-/Steuervorrichtung im Beharrungsbetrieb arbeitet, wobei der d-Achsen-Strom auf Null eingestellt ist, besteht ein Verhältnis zwischen der q-Achsenspannung, dem q-Achsen-Strom und der Magnetflussamplitude, das durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird: (q-Achsen-Spannung) = (Ankerwiderstand R) × (q-Achsen-Strom) + (Winkeldrehgeschwindigkeit) × (Magnetflussamplitude)
Die Magnetflussschätzeinheit 10g berechnet die geschätzte Magnetflussamplitude unter Verwendung des vorstehenden Verhältnisses durch die folgende Gleichung: (geschätzte Magnetflussamplitude) = ((q-Achsen-Spannungsbefehl) – R × (q-Achsen-Strom))/(Winkeldrehgeschwindigkeit)
20 ist ein Schema, das speziell einen Innenaufbau der Magnetflussschätzeinheit 10g der Regel-/Steuervorrichtung der achten Ausführungsform zeigt, wobei die Magnetflussschätzeinheit 10g einen Verstärkungsrechner 901, einen Subtrahierer 902, einen Begrenzer 903 und einen Teiler 904 umfasst. Der Verstärkungsrechner 901 multipliziert den q-Achsen-Strom mit dem Ankerwiderstand R der AC-Rotationsmaschine 1. Der Subtrahierer 902 subtrahiert den Betrag des Spannungsabfalls, der dadurch verursacht wird, dass der q-Achsen-Strom durch den Ankerwiderstand R fließt, und der durch den Verstärkungsrechner 901 beschafft wurde, vom Wert des q-Achsen-Spannungsbefehls. Um zu verhindern, dass der Teiler 904 irgendeine Eingangsgröße durch Null teilt, gibt der Begrenzer 903 einen spezifizierten Wert aus, wenn der Absolutwert der Maschinendreh geschwindigkeit sich nahe an Null befindet, wohingegen der Begrenzer 903 andernfalls den Wert der Maschinendrehgeschwindigkeit ausgibt. Der Teiler 904 dividiert einen Ausgang des Subtrahierers 902 durch einen Ausgang des Begrenzers 903 und gibt dann das Ergebnis dieser Teilung als die geschätzte Magnetflussamplitude aus.
Wie in 19 dargestellt ist, umfasst der Stellgliedgeschwindigkeitsbefehlsrechner 9g zusätzlich zu der vorstehend erwähnten Magnetflussschätzeinheit 10g einen Subtrahierer 11, einen Geschwindigkeitsbefehlsrechner 12c und einen Positionsbefehlsrechner 501. Der Stellgliedgeschwindigkeitsbefehlsrechner 9g ist mit der Magnetflussschätzeinheit 10g, um die geschätzte Magnetflussamplitude auf Grundlage der vom Stromfühler 4 erfassten und ausgegebenen Ströme und der Spannungsbefehle zu berechnen, und dem Geschwindigkeitsbefehlsrechner 12c ausgestattet, um in der vorstehend beschriebenen Auslegung der vorliegenden Ausführungsform den Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl auf Grundlage einer Abweichung der geschätzten Magnetflussamplitude vom Wert des Magnetflussamplitudenbefehls zu berechnen, der vom Subtrahierer 11 ausgegeben wird. Diese Anordnung der Ausführungsform erbringt dahingehend einen Vorteil, dass es nicht notwendig ist, die Phasendifferenz Δθ zwischen dem ersten Statorelement 101 und dem zweiten Statorelement 102 erfassen zu müssen, um die Amplitude des Magnetflusses zu berechnen, der durch den Rotor 103 erzeugt wird, so dass die Amplitude des durch den Rotor 103 erzeugten Magnetflusses der AC-Rotationsmaschine 1 so geregelt/gesteuert werden kann, dass sie sich, ohne einen Positionssensor zum Erfassen der Phasendifferenz Δθ zu verwenden, einem Sollwert anpasst. Der vorstehend erwähnte Aufbau der vorliegenden Ausführungsform vermittelt dahingehend einen zusätzlichen Vorteil, als die mathematische Operation vereinfacht ist, die durch die Magnetflussschätzeinheit 10g durchgeführt wird.
NEUNTE AUSFÜHRUNGSFORM
Während die Regel-/Steuervorrichtungen der vorstehenden Ausführungsformen die AC-Rotationsmaschine 1 jeweils unter Verwendung des Drehgeschwindigkeitsbefehls regeln/steuern, können diese Regel-/Steuervorrichtungen so abgewandelt werden, dass sie die AC-Rotationsmaschine 1 unter Verwendung eines Drehmomentbefehls regeln/steuern. Eine Regel-/Steuervorrichtung zum Regeln/Steuern einer AC-Rotations maschine 1 nach einer neunten Ausführungsform, die diese Art von modifizierter Anordnung einsetzt, wird nachstehend mit Bezug auf 21 beschrieben.
Generell besteht ein Verhältnis zwischen dem Drehmoment, dem Magnetfluss und dem q-Achsen-Strom der AC-Rotationsmaschine 1, das durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird: (durch die AC-Rotationsmaschine 1 erzeugtes Drehmoment) = (Anzahl von Polpaaren der AC-Rotationsmaschine 1) × (Magnetfluss) × (q-Achsen-Strom)
Ein Lösungsansatz zum Regeln/Steuern der AC-Rotationsmaschine 1 unter Verwendung eines Drehmomentbefehls besteht darin, den Betrag des q-Achsen-Strombefehls entsprechend der folgenden Gleichung zu berechnen, die von dem vorstehend erwähnten Verhältnis abgeleitet ist: (q-Achsen-Strombefehl) = (Drehmomentbefehl für die AC-Rotationsmaschine 1)/|(Anzahl von Polpaaren der AC-Rotationsmaschine 1) × (Magnetflussamplitudenbefehl)
Mit Bezug auf 21 umfasst die Regel-/Steuervorrichtung dieser Ausführungsform einen Verstärkungsrechner 1001, der den Drehmomentbefehl mit dem Reziprokwert der Anzahl von Polpaaren der AC-Rotationsmaschine 1 multipliziert, und einen Teiler 1002, der einen Ausgang des Verstärkungsrechners 1001 durch den Magnetflussamplitudenbefehl dividiert und das Ergebnis dieser Teilung als den q-Achsen-Strombefehl ausgibt.
Der vorstehend erwähnte Aufbau der neunten Ausführungsform macht es möglich, die AC-Rotationsmaschine 1 unter Verwendung des Drehmomentbefehls zu regeln/steuern, während gleichzeitig dieselbe vorteilhafte Wirkung hervorgerufen wird wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen
ZEHNTE AUSFÜHRUNGSFORM
Während der Stellgliedgeschwindigkeitsbefehlsrechner 9 (9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f, 9g) der vorstehenden Ausführungsformen den Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl, der eine Geschwindigkeit festlegt, mit der das Stellglied 2 laufen sollte, auf Grundlage der vom Stromfühler 4 erfassten und ausgegebenen Ströme, der Spannungsbefehle und des Magnetflussamplitudenbefehls generiert und an die Stellgliedsteuereinheit 14 ausgibt, kann diese Anordnung so abgewandelt werden, dass die Strombefehle anstelle der erfassten Ströme bei der Bestimmung des Stellgliedgeschwindigkeitsbefehls verwendet werden.
Eine Regel-/Steuervorrichtung zum Regeln/Steuern einer AC-Rotationsmaschine 1 nach einer zehnten Ausführungsform, welche die vorstehend erwähnte abgewandelte Anordnung einsetzt, wird nachstehend mit Bezug auf 22 beschrieben. Wie in 22 gezeigt ist, umfasst die Regel-/Steuervorrichtung der zehnten Ausführungsform einen Stellgliedgeschwindigkeitsbefehlsrechner 9h und einen Spannungsbefehlsrechner 5f.
Während der Stellgliedgeschwindigkeitsbefehlsrechner 9g der neunten Ausführungsform den q-Achsen-Strom, den q-Achsen-Spannungsbefehl und die Drehgeschwindigkeit als Eingangsparameter verwendet, verwendet ein Stellgliedgeschwindigkeitsbefehlsrechner 9h der in 22 gezeigten Regel-/Steuervorrichtung der vorliegenden Ausführungsform den q-Achsen-Strombefehl anstelle des q-Achsen-Stroms als Eingangsparameter.
Da die Regel-/Steuervorrichtung die AC-Rotationsmaschine 1 unter Verwendung der vom Spannungsbefehlsrechner 5f generierten Spannungsbefehle so regelt/steuert, dass sich der q-Achsen-Strom dem q-Achsen-Strombefehl anpasst, kann die Regel-/Steuervorrichtung der zehnten Ausführungsform dieselbe vorteilhafte Wirkung erbringen wie die Regel-/Steuervorrichtung der neunten Ausführungsform, die mit dem Stellgliedgeschwindigkeitsbefehlsrechner 9g ausgestattet ist, indem sie den q-Achsen-Strombefehl anstelle des q-Achsen-Stroms verwendet. Obwohl zusätzlich der q-Achsen-Strom, der vom Stromfühler 4 erfasst wird, potentiell Rauschen enthalten kann, enthält der q-Achsen-Strombefehl kein solches Rauschen. Dies dient dazu, das Rauschen zu senken, das in der geschätzten Magnetflussamplitude enthalten ist, die von der Magnetflussschätzeinheit 10h ausgegeben wird.
ELFTE AUSFÜHRUNGSFORM
Während die AC-Rotationsmaschine 1 das erste und zweite Statorelement 101, 102 umfasst, die in den vorstehenden Ausführungsformen entlang der axialen Richtung der AC-Rotationsmaschine 1 voneinander getrennt sind, lässt sich die vorliegende Erfindung auch auf eine AC-Rotationsmaschine mit zwei konzentrisch angeordneten Statorelementen anwenden, die in einer radialen Richtung voneinander getrennt sind.
Eine Regel-/Steuervorrichtung zum Regeln/Steuern einer AC-Rotationsmaschine 1i nach einer elften Ausführungsform der Erfindung wird nun mit Bezug auf die 23 und 24 beschrieben.
23 ist ein Schema, das den Aufbau der AC-Rotationsmaschine 1i und ein Stellglied 2i zeigt, das einen Teil der Regel-/Steuervorrichtung bildet. Wie in 23 gezeigt ist, umfasst die AC-Rotationsmaschine 1i ein erstes Statorelement 101i und ein zweites Statorelement 102i, die in der radialen Richtung der AC-Rotationsmaschine 1i voneinander getrennt sind.
Das erste und zweite Statorelement 101i, 102i sind mit Spulen versehen, die so gewickelt sind, dass Spulenköpfe 104, wie dargestellt, von axialen Enden der Statorelemente 101i, 102i vorstehen. Das Stellglied 2i umfasst eine Hilfsrotationsmaschine 106i und ein Getriebe 107i, die zusammen dazu dienen, das erste Statorelement 101i in einer Umfangsrichtung zu drehen. Obwohl das Getriebe 107i eine Achse hat, welche in der vorliegenden Ausführungsform eine gemeinsame Achse des ersten Statorelements 101i und des zweiten Statroelements 102i schneidet, wie in 23 dargestellt ist, kann das Getriebe 107i auch so aufgebaut sein, dass es eine Achse hat, welche im Hinblick auf die gemeinsame Achse des ersten Statorelements 101i und des zweiten Statorelements 102i parallel ist oder schräg verläuft. Die AC-Rotationsmaschine 1i ist mit einem (nicht gezeigten) Anschlag versehen, um eine Bewegung (oder Drehung) des ersten Statorelements 101i in seiner Umfangsrichtung auf einen Bereich von 0 bis 180 Grad in Bezug auf den elektrischen Winkel der AC-Rotationsmaschine 1i einzuschränken.
24 ist eine Seitenansicht der AC-Rotationsmaschine 1i, die mit dem Stellglied 2i verbunden ist. Das in der Regel-/Steuervorrichtung der vorliegenden Ausführungsform vor gesehene Stellglied 2i dient dazu, das erste Statorelement 101i in seiner Umfangsrichtung zu versetzen, um eine Phasendifferenz Δθ zwischen dem ersten Statorelement 101i und dem zweiten Statorelement 102i zu schaffen. Die (nicht gezeigten) Spulen der beiden Statorelemente 101i, 102i können entweder in Reihe oder parallel zueinander geschaltet sein.
Es erübrigt sich, zu erwähnen, dass die Regel-/Steuervorrichtung der elften Ausführungsform, die auf die vorstehend beschriebene AC-Rotationsmaschine 1i angewendet wird, dieselbe vorteilhafte Wirkung erbringt wie die Regel-/Steuervorrichtung der vorstehenden Ausführungsformen, die auf die AC-Rotationsmaschine 1 angewendet werden. Wenn zwei Statorelemente in Tandemanordnung entlang der axialen Richtung einer Rotationsmaschine vorgesehen sind, bilden Spulen, die auf die beiden Statorelemente aufgewickelt sind, vier Spulenköpfe, wie in 2 gezeigt ist. Hingegen entstehen nur zwei Spulenköpfe an axialen Enden in einer Rotationsmaschine, deren Statorelemente, wie in 24 gezeigt, konzentrisch angeordnet sind. Somit ist der vorstehend beschriebene Aufbau der elften Ausführungsform insofern vorteilhaft, als dieser Aufbau dazu dient, die axiale (längsverlaufende) Länge der Rotationsmaschine zu reduzieren.
Auch ist in der AC-Rotationsmaschine 1 der vorstehenden Ausführungsformen ein Stator der AC-Rotationsmaschine 1 in zwei Statorelemente unterteilt, wovon eines (d.h. das erste Statorelement 101, das beweglich ist) vom Stellglied 2 angetrieben wird, um eine Spannung einzustellen, die in dieses Statorlement induziert wird. Als eine Variante der vorliegenden Erfindung ist es möglich, selbst wenn das Statorelement in drei oder mehr Statorelemente unterteilt ist, wovon mindestens eines durch ein Stellglied beweglich ausgelegt ist, die in den Stator induzierte Spannung auf ähnliche Weise einzustellen und dadurch dieselbe wie vorstehend erörterte vorteilhafte Wirkung zu erbringen.
Als andere Variante der vorliegenden Erfindung kann der Rotor 103 der AC-Rotationsmaschine 1 in mindestens zwei Rotorelemente unterteilt sein, wovon mindestens eines durch ein Stellglied beweglich ausgelegt ist, so dass eine Phasendifferenz zwischen den beweglichen und stationären Rotorelementen oder eine Differenz bei ihren Winkelpositionen verändert werden kann. Theoretisch ermöglicht diese Variante der Erfindung eine Einstellung der induzierten Spannung, wodurch dieselbe wie vorstehend erörterte vorteil hafte Wirkung erbracht wird. Es erübrigt sich, zu erwähnen, dass sowohl der Stator als auch der Rotor in mehrere Elemente unterteilt sein kann.
Während überdies in jeder der vorstehenden Ausführungsformen ein Permanentmagnet im Rotor 103 der AC-Rotationsmaschine 1 verwendet wird, lässt sich die Erfindung selbstverständlich auch auf eine Rotationsmaschine anwenden, deren Rotor nicht mit einem Permanentmagneten ausgestattet ist.
Zusammenfassend soll eine Regel-/Steuervorrichtung der vorliegenden Erfindung eine AC-Rotationsmaschine regeln/steuern, die einen Stator und einen Rotor umfasst, wobei der Stator eine auf ihn aufgewickelte Spule hat, wobei der Stator und/oder der Rotor in mindestens zwei separate Elemente unterteilt sind/ist, die so aufgebaut sind, dass eine Phasendifferenz, die für eine relative Positionsdifferenz zwischen einem separaten Element und einem anderen steht, in einer Umfangsrichtung verändert werden kann. Die Regel-/Steuervorrichtung umfasst ein Stellglied, um eine in die Spule des Stators induzierte Spannung einzustellen, die von einer Drehung des Rotors durch Antreiben mindestens eines der separaten Elemente herrührt, einen Magnetflussbefehlsrechner, um einen Sollmagnetflussamplitudenbefehl auf Grundlage der Drehgeschwindigkeit der AC-Rotationsmaschine zu berechnen, eine Magnetflussschätzeinheit, um eine geschätzte Magnetflussamplitude der AC-Rotationsmaschine zu berechnen, einen Geschwindigkeitsbefehlsrechner, um einen Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl zu berechnen, der dem Stellglied erteilt werden soll, damit die geschätzte Magnetflussamplitude den Magnetflussamplitudenbefehl befolgt, und eine Stellgliedsteuereinheit, um das Stellglied entsprechend dem Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl zu regeln/steuern.
In der so aufgebauten Regel-/Steuervorrichtung regelt/steuert die Stellgliedsteuereinheit das Stellglied entsprechend dem Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl und nicht entsprechend einem Positionsbefehl, so dass die Regel-/Steuervorrichtung keine allgemein komplexe und kostspielige Einrichtungen benötigt, um die Phasendifferenz zu erfassen. Somit ist es nach der vorliegenden Erfindung möglich, die AC-Rotationsmaschine oder das Stellglied unter Verwendung der kostengünstigen und weniger komplexen Einrichtungen zu regeln/steuern.
In einem Merkmal der Erfindung generiert der zuvor erwähnte Geschwindigkeitsbefehlsrechner den Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl vorzugsweise durch Berechnen mindestens eines Werts, der proportional zu einer Eingangsabweichung der geschätzten Magnetflussamplitude vom Magnetflussamplitudenbefehl ist, und gibt den so berechneten Wert als Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl aus. Diese Anordnung stattet die Regel-/Steuervorrichtung mit einer solchen Regel-/Steuerfähigkeit aus, dass die geschätzte Magnetflussamplitude den Magnetflussamplitudenbefehl auf zuverlässige Weise befolgt.
In einem anderen Merkmal der Erfindung ist der Geschwindigkeitsbefehlsrechner vorzugsweise dazu ausgelegt, seine Regel-/Steuerverstärkung entsprechend dem Magnetflussamplitudenbefehl so einzustellen, dass das Stellglied ungeachtet des Werts der Magnetflussamplitude eine konstante Regel-/Steueransprechschwelle beibehält. Diese Anordnung stattet die Regel-/Steuervorrichtung mit der Fähigkeit einer glatteren Regelung/Steuerung aus.
Alternativ ist der Geschwindigkeitsbefehlsrechner vorzugsweise dazu ausgelegt, seine Regel-/Steuerverstärkung entsprechend der geschätzten Magnetflussamplitude so einzustellen, dass das Stellglied ungeachtet des Werts der Magnetflussamplitude eine konstante Regel-/Steueransprechschwelle beibehält. Diese Anordnung stattet die Regel-/Steuervorrichtung auch mit der Fähigkeit einer glatteren Regelung/Steuerung aus.
In einem anderen Merkmal der Erfindung umfasst die Regel-/Steuervorrichtung zum Regeln/Steuern der AC-Rotationsmaschine darüber hinaus einen Positionsbefehlsrechner, um einen Wert zu berechnen, den die Phasendifferenz auf Grundlage des Magnetflussamplitudenbefehls annehmen sollte, und den so berechneten Wert als Positionsbefehl auszugeben, und eine Positionsschätzeinheit, um einen Wert zu berechnen, den die Phasendifferenz auf Grundlage der geschätzten Magnetflussamplitude annehmen sollte, und den so berechneten Wert als geschätzte Winkelposition auszugeben. In der so ausgelegten Regel-/Steuervorrichtung generiert der Geschwindigkeitsbefehlsrechner den Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl durch Berechnen mindestens einen Werts, der proportional zu einer Eingangsabweichung der geschätzten Winkelposition vom Positionsbefehl ist, und gibt den so berechneten Wert als Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl aus. Diese Anordnung macht es möglich, ungeachtet des Werts der Magnetflussamplitude eine konstante Regel- /Steueransprechschwelle beizubehalten, wodurch die Regel-/Steuervorrichtung mit der Fähigkeit einer glatteren Regelung/Steuerung ausgestattet wird.
In einem anderen Merkmal der Erfindung umfasst die Regel-/Steuervorrichtung zum Regeln/Steuern der AC-Rotationsmaschine darüber hinaus einen Spannungsanleger, um eine Spannung an die AC-Rotationsmaschine anzulegen, einen Stromfühler, um den Betrag des in die AC-Rotationsmaschine fließenden Stroms zu erfassen, und einen Spannungsbefehlsrechner, um einen Spannungsbefehl zu berechnen und auszugeben, der die Spannung festlegt, die durch den Spannungsanleger angelegt werden soll, und zwar auf Grundlage eines Sollwerts eines Strombefehls und des Strombetrags, der vom Stromfühler beschafft wird. In der so aufgebauten Regel-/Steuervorrichtung schätzt die Magnetflussschätzeinheit eine Magnetflussamplitude und die Drehgeschwindigkeit auf Grundlage des Betrags des erfassten Stroms und des Spannungsbefehls. Diese Anordnung ermöglicht eine zuverlässige Berechnung des Drehgeschwindigkeitsbefehls.
In einem anderen Merkmal der Erfindung umfasst die Regel-/Steuervorrichtung zum Regeln/Steuern der AC-Rotationsmaschine darüber hinaus einen Spannungsanleger, um eine Spannung an die AC-Rotationsmaschine anzulegen, einen Stromfühler, um den Betrag des in die AC-Rotationsmaschine fließenden Stroms zu erfassen, einen Spannungsbefehlsrechner, um einen Spannungsbefehl zu berechnen und auszugeben, der die Spannung festlegt, die durch den Spannungsanleger angelegt werden soll, und zwar auf Grundlage eines Sollwerts eines Strombefehls und des Strombetrags, der vom Stromfühler beschafft wird, und einen Drehgeschwindigkeitssensor, um die Drehgeschwindigkeit der AC-Rotationsmaschine zu erfassen. In der so aufgebauten Regel-/Steuervorrichtung schätzt die Magnetflussschätzeinheit eine Magnetflussamplitude auf Grundlage des Betrags des erfassten Stroms und des Spannungsbefehls, und der Magnetflussbefehlsrechner berechnet den Sollmagnetflussamplitudenbefehl auf Grundlage der Drehgeschwindigkeit, die vom Drehgeschwindigkeitssensor beschafft wurde. Die so aufgebaute Regel-/Steuervorrichtung macht es möglich, den Drehgeschwindigkeitsbefehl mit einem einfachen Aufbau auf eine zuverlässige Weise berechnen zu können.
In noch einem anderen Merkmal der Erfindung umfasst die Regel-/Steuervorrichtung zum Regeln/Steuern der AC-Rotationsmaschine darüber hinaus einen Spannungsanleger, um eine Spannung an die AC-Rotationsmaschine anzulegen, einen Stromfühler, um den Betrag des in die AC-Rotationsmaschine fließenden Stroms zu erfassen, einen Spannungsbefehlsrechner, um einen Spannungsbefehl zu berechnen und auszugeben, der die Spannung festlegt, die durch den Spannungsanleger angelegt werden soll, und zwar auf Grundlage eines Sollwerts eines Strombefehls und des Strombetrags, der vom Stromfühler beschafft wird, einen Drehgeschwindigkeitssensor, um die Drehgeschwindigkeit der AC-Rotationsmaschine zu erfassen, und einen Drehgeschwindigkeitsrechner, um die Drehgeschwindigkeit der AC-Rotationsmaschine auf Grundlage der Drehposition zu berechnen, die vom Drehgeschwindigkeitsrechner beschafft wurde. In der so aufgebauten Regel-/Steuervorrichtung schätzt die Magnetflussschätzeinheit eine Magnetflussamplitude auf Grundlage des Betrags des erfassten Stroms und des Spannungsbefehls, und der Magnetflussbefehlsrechner berechnet den Sollmagnetflussamplitudenbefehl auf Grundlage der Drehgeschwindigkeit, die vom Drehgeschwindigkeitssensor beschafft wurde. Die so aufgebaute Regel-/Steuervorrichtung macht es auch möglich, den Drehgeschwindigkeitsbefehl mit einem einfachen Aufbau auf eine zuverlässige Weise berechnen zu können.
In noch einem anderen Merkmal der Erfindung regelt/steuert die Regel-/Steuervorrichtung den Spannungsbefehl, den Strombefehl und den vom Stromfühler erfassten Strom in einem Doppelachsen-Drehkoordinatensystem mit d- und q-Achsen, wobei die Regel-/Steuervorrichtung darüber hinaus einen Strombefehlsrechner umfasst, um einen d-Achsen-Strombefehl zur Unterdrückung der in die AC-Rotationsmaschine induzierten Spannung an den Spannungsbefehlsrechner auszugeben, wenn der Wert des Stellgliedgeschwindigkeitsbefehls eine festgelegte Obergrenze bei der Abweichung der geschätzten Magnetflussamplitude vom Magnetflussamplitudenbefehl und dem in die Regel-/Steuervorrichtung eingegebenen Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl überschreitet. Die so aufgebaute Regel-/Steuervorrichtung macht es möglich, die in die AC-Rotationsmaschine induzierte Spannung auch dann in einem festgelegten Bereich halten zu können, wenn die Stellgliedgeschwindigkeit nicht so geregelt/gesteuert werden kann, dass sie den Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl befolgt.
In einem weiteren Merkmal der Erfindung umfasst der Rotor einen Permanentmagneten. Die vorliegende Erfindung lässt sich auf eine Permanentmagnet-AC-Rotationsmaschine anwenden, bei der in einem Hochgeschwindigkeitsbereich tendenziell eine übermäßig hohe Spannung induziert wird. Die Erfindung ist besonders wirkungsvoll, wenn sie auf die Permanentmagnet-AC-Rotationsmaschine angewendet wird.

Verschiedene Abwandlungen und Abänderungen an der vorliegenden Erfindung, ohne dabei vom Umfang und Aussagegehalt der Erfindung abzuweichen, werden für die Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich sein, und es sollte klar sein, dass dies nicht auf die hier dargelegten veranschaulichenden Ausführungsformen beschränkt ist. BEZUGSZEICHENLISTE

1, 1i	AC-Rotationsmaschine
2, 2i	Stellglied
3	Pulsbreitenmodulations-(PWM-)wechselrichter
4	Stromfühler
5, 5f	Spannungsbefehlsrechner
6, 6f	Koordinatenumsetzer
7	Stromregler
8, 8f	Interner Koordinatenumsetzer
9, 9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f, 9g, 9h	Stellgliedgeschwindigkeitsbefehlsrechner
10, 10e, 10g	Magnetflussschätzeinheit
11, 11d	Subtrahierer
12, 12b, 12c, 12d	Geschwindigkeitsbefehlsrechner
13	Strombefehlsrechner
14	Stellgliedsteuereinheit
15, 15e	Magnetflussbefehlsrechner
16, 16e	Geschwindigkeitsregler
17, 17e	Subtrahierer
18	Geschwindigkeitsregelvorrichtung
101, 101i	Erstes Statorelement
102, 102i	Zweites Statorelement
103	Rotor
104	Spulenköpfe
105	Welle
106, 106i	Hilfsrotationsmaschine
107, 107i	Getriebe
201	U-Phasenspulen
301, 401	Verstärkungstabelle
302, 402	Multiplizierer
403	Begrenzer
501	Positionsbefehlsrechner
502	Positionsschätzeinheit
601	Drehgeschwindigkeitssensor
701	Spannungsvektorrechner
702	Stromvektorrechner
703	Addierer/Subtrahierer
704	Integrator
705	Matrixverstärkungsrechner
706	Substrahierer
707-709	Matrixverstärkungsrechner
710	Phasenrechner
801	Positionssensor
802	Drehgeschwindigkeitsrechner
803	Positionsbefehlsverstärker
804	Addierer
901	Verstärkungsrechner
902	Subtrahierer
903	Begrenzer
904	Teller
1001	Verstärkungsrechner
1002	Teiler

Claims

Regel-/Steuervorrichtung zum Regeln/Steuern einer Wechselstromrotationsmaschine (1), einen Stator (101, 102) und einen Rotor (103) umfassend, wobei der Stator eine auf ihn aufgewickelte Spule hat, wobei der Stator und/oder der Rotor in mindestens zwei separate Elemente (101, 102) unterteilt ist/sind, die so ausgelegt sind, dass eine Phasendifferenz, die für eine relative Positionsdifferenz zwischen einem separaten Element und dem anderen steht, in einer Umfangsrichtung verändert werden kann, wobei die Regel-/Steuervorrichtung umfasst: ein Stellglied (2), um eine in die Spule des Stators induzierte Spannung einzustellen, die von einer Drehung des Rotors (103) durch Antreiben des mindestens einen der separaten Elemente (101, 102) herrührt; einen Magnetflussbefehlsrechner (15), um einen Sollmagnetflussamplitudenbefehl auf Grundlage einer Drehgeschwindigkeit der Wechselstromrotationsmaschine (1) zu berechnen; eine Magnetflussschätzeinheit (10), um eine geschätzte Magnetflussamplitude der Wechselstromrotationsmaschine (1) zu berechnen; einen Geschwindigkeitsbefehlsrechner (12), um einen Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl zu berechnen, der dem Stellglied (2) erteilt werden soll, damit die geschätzte Magnetflussamplitude den Magnetflussamplitudenbefehl befolgt; und eine Stellgliedsteuereinheit (14), um das Stellglied (2) entsprechend dem Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl zu regeln/steuern.
Regel-/Steuervorrichtung zum Regeln/Steuern der Wechselstromrotationsmaschine nach Anspruch 1, wobei der Geschwindigkeitsbefehlsrechner (12) den Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl durch Berechnen mindestens eines Werts generiert, der proportional zu einer Eingangsabweichung der geschätzten Magnetflussamplitude vom Magnetflussamplitudenbefehl ist, und den so berechneten Wert als Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl ausgibt.
Regel-/Steuervorrichtung zum Regeln/Steuern der Wechselstromrotationsmaschine nach Anspruch 2, wobei der Geschwindigkeitsbefehlsrechner (12) dazu ausgelegt ist, deren Regel-/Steuerverstärkung entsprechend dem Magnetflussamplitudenbefehl so einzustellen, dass das Stellglied (2) ungeachtet des Werts der Magnetflussamplitude eine konstante Regel-/Steueransprechschwelle beibehält.
Regel-/Steuervorrichtung zum Regeln/Steuern der Wechselstromrotationsmaschine nach Anspruch 2, wobei der Geschwindigkeitsbefehlsrechner (12) dazu ausgelegt ist, deren Regel-/Steuerverstärkung entsprechend der geschätzten Magnetflussamplitude so einzustellen, dass das Stellglied (2) ungeachtet des Werts der Magnetflussamplitude eine konstante Regel-/Steueransprechschwelle beibehält.
Regel-/Steuervorrichtung zum Regeln/Steuern der Wechselstromrotationsmaschine nach Anspruch 1, wobei die Regel-/Steuervorrichtung darüber hinaus umfasst: einen Positionsbefehlsrechner (501), um einen Wert zu berechnen, den die Phasendifferenz annehmen sollte, und zwar auf Grundlage des Magnetflussamplitudenbefehls, und den so berechneten Wert als Positionsbefehl auszugeben; und eine Positionsschätzeinheit (502), um einen Wert zu berechnen, den die Phasendifferenz annehmen sollte, und zwar auf Grundlage der geschätzten Magnetflussamplitude, und den so berechneten Wert als geschätzte Winkelposition auszugeben; wobei der Geschwindigkeitsbefehlsrechner (12d) den Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl durch Berechnen mindestens eines Werts generiert, der proportional zu einer Eingangsabweichung der geschätzten Winkelposition vom Positionsbefehl ist, und den so berechneten Wert als Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl ausgibt.
Regel-/Steuervorrichtung zum Regeln/Steuern der Wechselstromrotationsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Regel-/Steuervorrichtung darüber hinaus umfasst: einen Spannungsanleger (3), um eine Spannung an die Wechselstromrotationsmaschine (1) anzulegen; einen Stromfühler (4), um den Betrag des Stroms zu erfassen, der in die Wechselstromrotationsmaschine (1) fließt; und einen Spannungsbefehlsrechner (5), um einen Spannungsbefehl zu berechnen und auszugeben, der die Spannung festlegt, die vom Spannungsanleger (3) angelegt werden soll, und zwar auf Grundlage eines Sollwerts eines Strombefehls und des Strombetrags, der vom Stromfühler (4) beschafft wurde; wobei die Magnetflussschätzeinheit (10) die Magnetflussamplitude und die Drehgeschwindigkeit auf Grundlage des erfassten Stroms und des Spannungsbefehls schätzt.
Regel-/Steuervorrichtung zum Regeln/Steuern der Wechselstromrotationsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Regel-/Steuervorrichtung darüber hinaus umfasst: einen Spannungsanleger (3), um eine Spannung an die Wechselstromrotationsmaschine (1) anzulegen; einen Stromfühler (4), um den Betrag des Stroms zu erfassen, der in die Wechselstromrotationsmaschine (1) fließt; einen Spannungsbefehlsrechner (5), um einen Spannungsbefehl zu berechnen und auszugeben, der die Spannung festlegt, die vom Spannungsanleger (3) angelegt werden soll, und zwar auf Grundlage eines Sollwerts eines Strombefehls und des Strombetrags, der vom Stromfühler (4) beschafft wurde; und einen Drehgeschwindigkeitssensor (601), um die Drehgeschwindigkeit der Wechselstromrotationsmaschine (1) zu erfassen; wobei die Magnetflussschätzeinheit (10e) die Magnetflussamplitude auf Grundlage des erfassten Stroms und des Spannungsbefehls schätzt; und der Magnetflussbefehlsrechner (15e) den Sollmagnetflussamplitudenbefehl auf Grundlage der vom Drehgeschwindigkeitssensor (601) beschafften Drehgeschwindigkeit berechnet.
Regel-/Steuervorrichtung zum Regeln/Steuern der Wechselstromrotationsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Regel-/Steuervorrichtung darüber hinaus umfasst: einen Spannungsanleger (3), um eine Spannung an die Wechselstromrotationsmaschine (1) anzulegen; einen Stromfühler (4), um den Betrag des Stroms zu erfassen, der in die Wechselstromrotationsmaschine (1) fließt; einen Spannungsbefehlsrechner (5f), um einen Spannungsbefehl zu berechnen und auszugeben, der die Spannung festlegt, die vom Spannungsanleger angelegt werden soll, und zwar auf Grundlage eines Sollwerts eines Strombefehls und des Strombetrags, der vom Stromfühler (4) beschafft wurde; einen Drehgeschwindigkeitssensor (801), um die Drehgeschwindigkeit der Wechselstromrotationsmaschine (1) zu erfassen; und einen Drehgeschwindigkeitsrechner (802), um die Drehgeschwindigkeit der Wechselstromrotationsmaschine (1) auf Grundlage der Drehposition zu berechnen, die vom Drehpositionssensor (801) beschafft wurde; wobei die Magnetflussschätzeinheit (10e) die Magnetflussamplitude auf Grundlage der Größe des erfassten Stroms und des Spannungsbefehls schätzt; und der Magnetflussbefehlsrechner (15e) den Sollmagnetflussamplitudenbefehl auf Grundlage der vom Drehgeschwindigkeitssensor (802) beschafften Drehgeschwindigkeit berechnet.
Regel-/Steuervorrichtung zum Regeln/Steuern der Wechselstromrotationsmaschine nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Regel-/Steuervorrichtung den Spannungsbefehl, den Strombefehl und den vom Stromfühler (4) erfassten Strom in einem Doppelachsen-Drehkoordinatensystem mit d- und q-Achsen regelt/steuert, wobei die Regel-/Steuervorrichtung darüber hinaus umfasst: einen Strombefehlsrechner (13), um einen d-Achsen-Strombefehl zum Unterdrücken der in die Wechselstromrotationsmaschine (1) induzierten Spannung an den Spannungsbefehlsrechner (5) auszugeben, wenn der Wert des Stellgliedgeschwindigkeitsbefehls eine festgelegte Obergrenze bei der Abweichung der geschätzten Magnetflussamplitude vom Magnetflussamplitudenbefehl und dem in die Regel-/Steuervorrichtung eingegebenen Stellgliedgeschwindigkeitsbefehl überschreitet.
Regel-/Steuervorrichtung zum Regeln/Steuern der Wechselstromrotationsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Rotor einen Permanentmagneten umfasst.