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Allgemeiner Stand der Technik
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Motorsteuerungsvorrichtung und insbesondere eine Motorsteuerungsvorrichtung, die zum Schalten zwischen Anwendung und Nicht-Anwendung einer Magnetfluss-Steuerung in der Lage ist.
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Beschreibung des Standes der Technik
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7 ist ein Blockdiagramm, das eine grundlegende Konfiguration eines Induktionsmaschinen(Motor-)Steuerungssystems illustriert.
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Das Induktionsmaschinen-Steuerungssystem schließt eine Erregerstromkommando-Erzeugungseinheit 61, die ein Erregerstromkommando erzeugt, eine Erregerstromdifferenz-Berechnungseinheit 62, die eine Differenz zwischen einem Erregerstromkommando und einer in einer Induktionsmaschine 100 erfassten Erregerstromkomponente berechnet, eine Erregerstrom-Regelungseinheit 63, die ein Spannungskommando auf der Grundlage einer elektrischen Stromdifferenz erzeugt, eine Drehmomentstromkommando-Erzeugungseinheit 71, die ein Drehmomentstromkommando erzeugt, eine Drehmomentstromdifferenz-Berechnungseinheit 72, die eine Differenz zwischen einem Drehmomentstromkommando und einer in der Induktionsmaschine 100 erfassten Drehmomentstromkomponente berechnet, eine Drehmomentstrom-Regelungseinheit 73, die ein Spannungskommando auf der Grundlage einer Drehmomentstromdifferenz erzeugt, und eine Koordinatenumformungseinheit 80, die Informationen eines Magnetfeld-Koordinatensystems (magnetisches Drehfeld) einschließlich eines Stromkommandos, das durch die Erregerstrom-Regelungseinheit 63 ausgegeben wird, und eines Stromkommandos, das durch die Drehmomentstrom-Regelungseinheit 73 ausgegeben wird, zu Informationen in einem Stator-Koordinatensystem umformt, ein. Die Berechnungen in dem Magnetfeldsystem werden digital ausgeführt, und die Informationen in dem Magnetfeld-Koordinatensystem sind digitale Daten. Die Informationen in dem Stator-Koordinatensystem sind ein analoges Signal in den Phasen der Eingabe in die und der Ausgabe aus der Induktionsmaschine 100, aber nicht darauf begrenzt, und diese werden der einfachen Beschreibung halber in einigen Fallen als Informationen bezeichnet. Die Ausgabe aus der Koordinatenumformungseinheit 80 wird PBM-geregelt und wird der Induktionsmaschine (dem Motor) 100 über einen Leistungswandler zugeführt. Hier formt die Koordinatenumformungseinheit 80 zweiphasige Informationen in dem Magnetfeld-Koordinatensystem in dreiphasige Informationen in dem Stator-Koordinatensystem um und formt Erregerstromkomponenten-Informationen und Drehmomentstromkomponenten-Informationen, die dreiphasige Informationen in dem Stator-Koordinatensystem sind, in zweiphasige Informationen in dem Magnetfeld-Koordinatensystem um.
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Bei dem Induktionsmaschinen-Steuerungssystem wird angenommen, dass das Erzeugen eines Erregerstromkommandos und eines Drehmomentkommandos und das Steuern der Induktionsmaschine 100 in Übereinstimmung mit diesen Kommandos in der Induktionsmaschine 100 einen Zustand entsprechend den Kommandos erreichen. Bei dem Steuerungssystem in 7 wird ein durch die Erregerstromkommando-Erzeugungseinheit 61 erzeugtes Erregerstromkommando unmittelbar in die Erregerstrom-Regelungseinheit 63 eingegeben. Das Bedeutet, dass in dem Steuerungssystem von 7 ein Erregerstromkommando als ein Magnetfluss-Kommandowert behandelt wird. Mit anderen Worten, es wird angenommen, dass eine Beziehung, dass ein Erregerstromkommando gleich einem Magnetflusskommando ist, hergestellt wird und außerdem ein tatsächlicher Magnetfluss einem Magnetflusskommando ohne Verzögerung folgt. Ein Erregerstromkommando wird als ein Magnetfluss-Kommandowert nicht nur in die Erregerstrom-Regelungseinheit 63, sondern auch in einige Berechnungseinheiten, eingegeben.
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8A ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Eigenschaft eines idealen Magnetflusswertes zu einem Magnetusskommando (Erregerstromkommando), das sich schrittweise verändert (ansteigt), in dem Steuerungssystem von 7 illustriert. 8B ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Eigenschaft eines tatsächlichen Magnetflusses als Reaktion auf ein Magnetflusskommando (Erregerstromkommando), das sich schrittweise verändert (ansteigt), in dem Steuerungssystem von 7 illustriert.
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In 8A zeigt die unterbrochene Linie ein Magnetflusskommando (Erregerstromkommando), das schrittweise ansteigt, an, und die durchgehende Linie zeigt einen idealen Magnetflusswert in dem Steuerungssystem von 7 an. Wie oben beschrieben, wird in dem Steuerungssystem von 7 ein Erregerstromkommando als ein Magnetfluss-Kommandowert behandelt, und ein Magnetfluss folgt dem Kommando ohne Verzögerung und wird so betrachtet, dass er das gleiche ist wie ein Magnetflusskommando, das schrittweise ansteigt. Jedoch ist bei der Antriebssteuerung einer tatsächlichen Induktionsmaschine das Ansteigen eines sekundären Magnetflusses der Induktionsmaschine langsam, und dieses Verhalten wird nicht gezeigt.
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In 8B zeigt die unterbrochene Linie ein Magnetflusskommando (Erregerstromkommando), das schrittweise ansteigt, an, und die durchgehende Linie zeigt einen Magnetfluss an, der tatsächlich in der Induktionsmaschine 100 entsprechend einem Magnetflusskommando, das schrittweise ansteigt, erzeugt wird. Wie in 8A und 8B illustriert, neigt in dem Steuerungssystem von 7 ein Magnetfluss, der tatsächlich in der Induktionsmaschine erzeugt wird, dazu, mit Verzögerung gegenüber einem Magnetflusskommando anzusteigen. In einem Zeitraum, bevor ein Magnetfluss tatsächlich ansteigt, wird eine Differenz zwischen einem Magnetfluss-Abschätzungswert und einem tatsächlichen Magnetfluss erzeugt. Aus diesem Grund kann eine genaue Steuerung nicht ausgeführt werden. Zu dieser Zeit kann zum Beispiel ein Problem auftreten, dass ein Anschwellen bei der Leistung der Induktionsmaschine erzeugt wird.
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Im Gegensatz dazu ist ein Verfahren bekannt, bei dem, wie in der
Japanischen Patent-Auslegeschrift Nr. 2013-066342 und
„Theory and Practical Designing of AC Servo System (Theorie und praktische Konstruktion eines WS-Servosystems) (Fig. 5.23, Seite 122, 7. Auflage, Sougou Denshi Publishing Company)" beschrieben, eine Magnetfluss-Steuerung angewendet wird, um die Leistung zu stabilisieren.
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9 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Induktionsmaschinen-Steuerungssystems, auf das ein Magnetfluss-Steuerungssystem angewendet worden ist, illustriert.
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Das Induktionsmaschinen-Steuerungssystem, auf welches das Magnetfluss-Steuerungssystem angewendet worden ist, ist mit einer Erregerstromkommando-Erzeugungseinheit zur Magnetfluss-Steuerung, die eine Magnetflusskommando-Erzeugungseinheit 64, eine Magnetflussdifferenz-Berechnungseinheit 65, eine Magnetfluss-Abschätzungseinheit 66 und eine Magnetfluss-Steuerungseinheit 67 einschließt, an Stelle der Erregerstromkommando-Erzeugungseinheit 61 in dem Steuerungssystem von 7 versehen. Die Magnetflusskommando-Erzeugungseinheit 64 erzeugt ein Magnetflusskommando. Ein durch die Magnetflusskommando-Erzeugungseinheit 64 erzeugtes Magnetflusskommando ist die gleiche Information wie ein durch die Erregerstromkommando-Erzeugungseinheit 61 erzeugtes Erregerstromkommando. Die Magnetflussdifferenz-Berechnungseinheit 65 berechnet eine Magnetflussdifferenz zwischen einem durch die Magnetflusskommando-Erzeugungseinheit 64 erzeugten Magnetflusskommando und einem durch die Magnetfluss-Abschätzungseinheit 66 erzeugten Magnetfluss-Abschätzungswert. Die Magnetfluss-Steuerungseinheit 67 erzeugt ein Erregerstromkommando aus einer durch die Magnetflussdifferenz-Berechnungseinheit 65 ausgegebenen Magnetflussdifferenz und gibt das erzeugte Erregerstromkommando an die Erregerstromdifferenz-Berechnungseinheit 62 aus. Die Magnetfluss-Abschätzungseinheit 66 erzeugt einen Magnetfluss-Abschätzungswert aus einem durch die Magnetfluss-Steuerungseinheit 67 ausgegebenen Erregerstromkommando.
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10 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Magnetfluss-Abschätzungswertes illustriert, der durch die Magnetfluss-Abschätzungseinheit 66 als Reaktion auf ein Erregerstromkommando, das schrittweise ansteigt, erzeugt wird.
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Die Magnetfluss-Abschätzungseinheit 66 erzeugt einen Wert, der eine Abschätzung eines Magnetflusses ist, der tatsächlich in der Induktionsmaschine 100 entsprechend einer Veränderung bei einem Wert eines Magnetflusskommandos erzeugt wird, wobei, wie in 8B illustriert, eine Verzögerung beim Ansteigen des tatsächlichen Magnetflusses in der Induktionsmaschine 100 berücksichtigt wird. Dadurch wird ein durch die Magnetfluss-Steuerungseinheit 67 erzeugtes Erregerstromkommando immer eine Information, in der ein tatsächlich erzeugter Magnetflussgenau abgeschätzt wird. Außerdem kann eine genaue Steuerung umgesetzt werden, und ein Anschwellen bei der Leistung kann unterdrückt werden.
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Hier wird eine Beschreibung über die Ableitung des Verhaltens eines sekundären Magnetflusses, das eine Grundlage der Abschätzung in der Magnetfluss-Abschätzungseinheit 66 wird, vorgenommen werden.
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Bei der Steuerung der Induktionsmaschine ist eine Vektorsteuerung bekannt, bei der ein D-Phasen-Strom (Erregerstrom) und ein Q-Phasen-Strom (Drehmomentstrom) gesondert gesteuert werden. Bei der Vektorsteuerung werden Gleichungen des Induktionsmotors in D-Q-Koordinaten durch die folgenden (1) bis (4) ausgedrückt. Primärseitengleichung V1 = R1I1 + d / dtΦ1 + ωJΦ1 (1) Sekundärseitengleichung V2 = R2I2 + d / dtΦ2 + ωsJΦ2 = 0 (2) Gleichung des Magnetflusses Φ1 = L1I1 + MI2 (3) Φ2 = MI1 + L2I2 (4)
- V1 = (v1d v1q)T: Primärspannung, V2 = (v2d v2q)T: Sekundärspannung,
- Φ1 = (ϕ1d ϕ1q)T: Primärmagnetfluss, Φ2 = (ϕ2d ϕ2q)T: Sekundärmagnetfluss
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Aus den obigen Gleichungen (2) und (4) wird eine Gleichung der Beziehung zwischen einem Sekundärmagnetfluss und eine Primärstrom erhalten wie in der Gleichung (5).
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Bei der Vektorsteuerung der Induktionsmaschine wird vorausgesetzt, dass die Steuerung derart ausgeführt wird, dass ein sekundärer Q-Phasen-Magnetfluss ϕ2q = 0 wird. Zu diesem Zeitpunkt wird, aus der obigen Gleichung (5) die Übertragungsfunktion der folgenden Gleichung (6) eingeführt.
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Die Gleichung (6) zeigt an, dass das Ansteigen eines Sekundärmagnetflusses ϕ2q mit einer Zeitkonstanten L2/R2 gegenüber einem Erregerstrom i1d verzögert wird. Dementsprechend empfängt die Magnetfluss-Abschätzungseinheit 66 eine Eingabe eines Erregerstroms und führt eine Berechnung der Gleichung (6) durch, so dass die Magnetfluss-Abschätzungseinheit 66 einen Sekundärmagnetfluss der Induktionsmaschine genau abschätzen kann. Folglich verbessert eine Stabilisierung der Leistung durch die Magnetfluss-Steuerung die Steuerungsleistung, wenn eine Positionssteuerung durchgeführt wird.
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Wenn eine Positionssteuerung durchgeführt wird, ist eine genaue Steuerung des Drehmoments wichtig. Da die Anwendung der Magnetfluss-Steuerung ein Anschwellen bei der Leistung und ein Anschwellen beim Drehmoment unterdrücken, kann, wird eine stabile Drehmomentsteuerung möglich. Daher kann bei der Positionssteuerung die Steuerungsleistung dadurch verbessert werden, dass immer die Magnetfluss-Steuerung angewendet wird.
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11A ist ein Diagramm, das ein Verhalten von Drehzahl und Drehmomentkommando der Induktionsmaschine, wenn ein starrer Gewindebohrvorgang ausgeführt wird, illustriert, und illustriert ein Beispiel (ohne Magnetfluss-Steuerung), bei dem die Magnetfluss-Steuerung nicht auf die Positionssteuerung angewendet wird. 11B ist ein Diagramm, das ein Verhalten von Drehzahl und Drehmomentkommando der Induktionsmaschine, wenn ein starrer Gewindebohrvorgang ausgeführt wird, illustriert, und illustriert ein Beispiel (mit Magnetfluss-Steuerung), bei dem die Magnetfluss-Steuerung auf die Positionssteuerung angewendet wird.
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Für das Drehmomentkommando gibt es einen oberen Grenzwert und einen unteren Grenzwert. Wenn ein Drehmomentkommando den oberen Grenzwert oder den unteren Grenzwert erreicht, wird die Steuerungsleistung bei der Positionssteuerung verschlechtert. Aus diesem Grund wird die Beschleunigung des Motors derart festgesetzt, dass ein Drehmomentkommando in einem Bereich zwischen dem oberen Grenzwert und dem unteren Grenzwert bleibt. Um die Bearbeitungszeit zu verkürzen, wird die Beschleunigung auf den größten möglichen Wert festgesetzt. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, dass die Beschleunigung derart eingestellt wird, dass ein Drehmomentkommando kleiner ist als der obere Grenzwert und sich dem oberen Grenzwert so nahe wie möglich annähert.
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Wenn es, wie in 11A illustriert, keine Magnetfluss-Steuerung gibt, wird ein großes Anschwellen bei einem Drehmomentkommando erzeugt, und eine durch das Anschwellen erzeugte Drehmomentkommandospitze erreicht den oberen Grenzwert desselben. Ein Drehmomentkommando einer anderen Drehzahl, als wenn das Drehmomentkommando seine Spitze erreicht, hat einen Abstand zu dem oberen Grenzwert. Damit der Spitzenwert jedoch nicht den oberen Grenzwert überschreitet, kann die Beschleunigung des Motors nicht als ein noch größerer Wert festgesetzt werden.
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Wenn es, wie in 11B illustriert, eine Magnetfluss-Steuerung gibt, wird ein Anschwellen bei dem Drehmomentkommando unterdrückt, so dass ein Drehmomentkommando derart eingestellt werden kann, dass ein Drehmomentkommando in einem gesamten Motordrehzahlbereich auf einen Wert nahe dem oberen Grenzwert gesteigert wird. Dementsprechend kann die Beschleunigung als ein Wert festgesetzt werden, der höher ist als in einem Fall, in dem es keine Magnetfluss-Steuerung gibt, und die Bearbeitungszeit kann beträchtlich verkürzt werden.
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Indessen ist ebenfalls bei der Drehzahlregelung in einigen Fällen eine Anwendung der Magnetfluss-Steuerung wünschenswert. Es wird eine Beschreibung für diesen Fall vorgenommen.
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12A ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Veränderung bei der Leistung zum Zeitpunkt der Beschleunigung, wenn die Leistung des Motors bei der Drehzahlregelung begrenzt wird, illustriert und illustriert einen Fall des Nichtvorhandenseins der Magnetfluss-Steuerung. 12B illustriert ein Beispiel einer Veränderung bei der Leistung zum Zeitpunkt der Beschleunigung, wenn die Leistung des Motors bei der Drehzahlregelung begrenzt wird, und illustriert einen Fall des Vorhandenseins der Magnetfluss-Steuerung. In 12A und 12B zeigt die durchgehende Linie einen Fall des Nichtvorhandenseins einer Leistungsbegrenzung an, die gepunktete Linie zeigt einen Fall eines Leistungsbegrenzungswertes von 13 kW an und die unterbrochene Linie zeigt einen Fall eines Leistungsbegrenzungswertes von 9 kW an.
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In einem bestimmten Fall wird die maximale Leistung des Motors auf Grund einer Energiezufuhrkapazität begrenzt. Beim Nichtvorhandensein der Magnetfluss-Steuerung kann, wie in 12A illustriert, bei dem Motor, dessen Leistung ein großes Anschwellen hat, eine durch ein Anschwellen verursachte Leistungsspitze den Begrenzungszielwert stark überschreiten. In diesem Fall, wenn die Leistung derart begrenzt wird, dass eine Leistungsspitze bei dem Begrenzungszielwert angesiedelt ist, wird die Begrenzung übermäßig, und die Beschleunigungszeit wird gesteigert.
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Im Gegensatz dazu kann die Anwendung der Magnetfluss-Steuerung die Schwankung bei der Leistung vermindern, verglichen mit dem Fall ohne die Anwendung, wie in 12B illustriert. Folglich unterdrückt die Magnetfluss-Steuerung ein Anschwellen bei der Leistung und ermöglicht eine genaue Leistungsbegrenzung der Beschleunigung und Verzögerung bei der Drehzahlregelung. Dadurch wird eine gesonderte Begrenzung der Leistung unnötig, und die Beschleunigungszeit kann verkürzt werden.
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13 ist ein Diagramm, das einen Vergleich der Leistungsveränderung der Induktionsmaschine zwischen dem Vorhandensein und dem Nichtvorhandensein der Magnetfluss-Steuerung bei der Beschleunigung zu dem Zeitpunkt, da die maximale Drehfrequenz von 0 auf 8000 min–1 (8000 U/min) gesteigert wird, wenn die Positionssteuerung nicht ausgeführt wird, aber eine Drehzahlregelung ausgeführt wird, illustriert. 14 illustriert einen Vergleich der Drehzahlveränderung zwischen dem Vorhandensein und dem Nichtvorhandensein der Magnetfluss-Steuerung unter der gleichen Bedingung. In 13 und 14 zeigt die durchgehende Linie den Fall ohne die Magnetfluss-Steuerung an und die gepunktete Linie zeigt den Fall mit der Magnetfluss-Steuerung an.
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Wie in 13 illustriert, wird bei Nichtvorhandensein der Magnetfluss-Steuerung die Leistung durch ein Anschwellen mitten in der Beschleunigung vermindert, und in einem Geschwindigkeitsbereich nach 3000 min–1 (ungefähr 650 ms) wird die durchschnittliche Leistung, wenn es eine Magnetfluss-Steuerung gibt, größer. Dementsprechend wird, wie in 14 illustriert, die Zeit für eine Beschleunigung bis zu dem Drehzahlbereich nach 3000 min–1 in einem Fall, in dem es eine Magnetfluss-Steuerung gibt, kürzer. Folglich verursacht, wenn die Positionssteuerung nicht durchgeführt wird, aber die Drehzahlregelung durchgeführt wird, ein großes Anschwellen bei der Leistung eine lange Beschleunigungszeit bei der Beschleunigung bis zu der hohen Drehzahl. Aus diesem Grund wird die Magnetfluss-Steuerung angewendet, um ein Anschwellen bei der Leistung zu unterdrücken, und die Beschleunigungsleistung kann verbessert werden.
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Jedoch schwillt bei Nichtvorhandensein der Magnetfluss-Steuerung, wie in 13 illustriert, bei einer Beschleunigung in einem niedrigen Drehzahlbereich vor 3000 min–1, die Leistung an und wird hoch. Dementsprechend kann, wie in 14 illustriert, die Beschleunigungszeit kurz werden. Aus diesem Grund gibt es ein Problem, dass die Anwendung der Magnetfluss-Steuerung zu einer Verschlechterung bei der Beschleunigungsleistung führt.
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Wie oben beschrieben, wird bei Nichtvorhandensein der Magnetfluss-Steuerung ein Anschwellen bei der Leistung erzeugt, und es gibt eine Variation insofern, als die Beschleunigungszeit in Abhängigkeit von einer Drehzahl lang oder kurz wird. In dessen wird beim Vorhandensein der Magnetfluss-Steuerung ein Anschwellen bei der Leistung klein, so dass eine Variation bei der Beschleunigungszeit auf Grund einer Drehzahl nicht auftritt, und die Beschleunigungszeit jedoch länger werden kann als in dem Fall ohne die Magnetfluss-Steuerung. Aus diesem Grund kann es bei der Drehzahlregelung, bei der die Beschleunigungszeit als wichtig eingeschätzt wird, besser sein, die Magnetfluss-Steuerung nicht anzuwenden.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Angesichts des Obigen ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Motorsteuerungsvorrichtung zu verwirklichen, die dazu in der Lage ist, eine optimale Steuerung entsprechend einem Anwendungszustand auszuführen.
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Um die oben beschriebene Aufgabe umzusetzen, ist eine Motorsteuerungsvorrichtung eine Motorsteuerungsvorrichtung, die einen Erregerstrom und einen Drehmomentstrom unabhängig voneinander regelt und eine Induktionsmaschine ansteuert, wobei die Motorsteuerungsvorrichtung Folgendes einschließt: eine erste Erregerstromkommando-Erzeugungseinheit, die ein erstes Erregerstromkommando entsprechend einem Wert von Drehzahl und Drehmomentstrom erzeugt, eine zweite Erregerstromkommando-Erzeugungseinheit, die ein Magnetflusskommando-Erzeugungsmittel zum Erzeugen eines Magnetflusskommandos entsprechend dem Wert von Drehzahl und Drehmomentstrom, eine Magnetfluss-Steuerungseinheit, die durch die Verwendung einer Differenz zwischen dem Magnetflusskommando und einem Magnetfluss-Abschätzungswert ein zweites Erregerstromkommando erzeugt, und eine Magnetfluss-Abschätzungseinheit, die aus dem zweiten Erregerstromkommando den Magnetfluss-Abschätzungswert erzeugt, einschließt, wobei die zweite Erregerstromkommando-Erzeugungseinheit das zweite Erregerstromkommando ausgibt, und eine Schalteinheit, die entsprechend einem Steuerungsmodus oder externen Informationen eines von dem ersten Erregerstromkommando und dem zweiten Erregerstromkommando auswählt.
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Wenn an der Induktionsmaschine eine Drehzahlregelung ausgeführt wird, wählt die Schalteinheit das erste Erregerstromkommando aus, und wenn an der Induktionsmaschine eine Positionssteuerung ausgeführt wird, wählt die Schalteinheit das zweite Erregerstromkommando aus.
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Die Motorsteuerungsvorrichtung empfängt die externen Informationen zum Auswählen des ersten Erregerstromkommandos und des zweiten Erregerstromkommandos, wählt das erste Erregerstromkommando aus, wenn die externen Informationen nicht eingegeben werden, und wählt das zweite Erregerstromkommando aus, wenn die externen Informationen eingegeben werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die vorliegende Erfindung wird deutlicher zu verstehen sein durch Bezugnahme auf die angefügten Zeichnungen, in denen:
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1A ein Blockdiagramm ist, das eine Konfiguration eines Induktionsmaschinen-Steuerungssystems nach einem Ausführungsbeispiel illustriert und die Konfiguration des Induktionsmaschinen-Steuerungssystems illustriert,
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1B ein Blockdiagramm ist, das eine Konfiguration eines Induktionsmaschinen-Steuerungssystems nach einem Ausführungsbeispiel illustriert und die Konfiguration einer zweiten Erregerstromkommando-Erzeugungseinheit illustriert,
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2 ein Ablaufdiagramm ist, welches das Verfahren bezüglich einer Erregerstromkommando-Schalteinheit des Induktionsmaschinen-Steuerungssystems nach dem Ausführungsbeispiel illustriert,
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3 ein Schema ist, das eine Konfiguration illustriert, in der in dem Induktionsmaschinen-Steuerungssystem nach einem Ausführungsbeispiel ein Ergebnis einer „Zustandsfeststellung” zur Schaltauswahl der Erregerstromkommando-Schalteinheit durch ein Ergebnis einer „Feststellung darüber, welche von der Positionssteuerung und der Drehzahlregelung ausgeführt wird” ersetzt wird,
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4 ein Ablaufdiagramm ist, welches das Verfahren in dem Induktionsmaschinen-Steuerungssystem des Ausführungsbeispiels illustriert, wenn die Erregerstromkommando-Schalteinheit entsprechend dem oben erwähnten Ergebnis der „Feststellung darüber, welche von der Positionssteuerung und der Drehzahlregelung ausgeführt wird” geschaltet wird,
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5 ein Schema ist, das eine Konfiguration in dem Induktionsmaschinen-Steuerungssystem nach einem Ausführungsbeispiel illustriert, wenn die Auswahl der Erregerstromkommando-Schalteinheit entsprechend externen Informationen geschaltet wird,
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6 ein Ablaufdiagramm ist, welches das Verfahren illustriert, wenn in dem Induktionsmaschinen-Steuerungssystem des Ausführungsbeispiels die Erregerstromkommando-Schalteinheit entsprechend den oben erwähnten externen Informationen geschaltet wird,
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7 ein Blockdiagramm ist, das eine grundlegende Konfiguration eines Induktionsmaschinen-Steuerungssystems illustriert,
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8A ein Diagramm ist, das ein Beispiel einer Eigenschaft eines idealen Magnetflusses zu einem Magnetflusskommando (Erregerstromkommando), das sich schrittweise verändert (ansteigt), in dem Steuerungssystem von 7 illustriert,
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8B ein Diagramm ist, das ein Beispiel einer Eigenschaft eines tatsächlichen Magnetflusses als Reaktion auf ein Magnetflusskommando (Erregerstromkommando), das sich schrittweise verändert (ansteigt), in dem Steuerungssystem von 7 illustriert,
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9 ein Blockdiagramm ist, das eine Konfiguration eines Induktionsmaschinen-Steuerungssystems, auf das ein Magnetfluss-Steuerungssystem angewendet worden ist, illustriert,
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10 ein Diagramm ist, das ein Beispiel eines Magnetfluss-Abschätzungswertes illustriert, der durch eine Magnetfluss-Abschätzungseinheit als Reaktion auf ein Erregerstromkommando, das schrittweise ansteigt, erzeugt wird.
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11A ein Diagramm ist, das ein Verhalten von Drehzahl und Drehmomentkommando der Induktionsmaschine, wenn ein starrer Gewindebohrvorgang ausgeführt wird, illustriert, und ein Beispiel (ohne Magnetfluss-Steuerung) illustriert, bei dem die Magnetfluss-Steuerung nicht auf die Positionssteuerung angewendet wird,
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11B ein Diagramm ist, das ein Verhalten von Drehzahl und Drehmomentkommando der Induktionsmaschine, wenn ein starrer Gewindebohrvorgang ausgeführt wird, illustriert, und ein Beispiel (mit Magnetfluss-Steuerung) illustriert, bei dem die Magnetfluss-Steuerung auf die Positionssteuerung angewendet wird,
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12A ein Diagramm ist, das ein Beispiel einer Veränderung bei der Leistung zum Zeitpunkt der Beschleunigung, wenn die Leistung eines Motors bei der Drehzahlregelung begrenzt wird, illustriert und einen Fall des Nichtvorhandenseins der Magnetfluss-Steuerung illustriert,
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12B ein Diagramm ist, das ein Beispiel einer Veränderung bei der Leistung zum Zeitpunkt der Beschleunigung, wenn die Leistung des Motors bei der Drehzahlregelung begrenzt wird, illustriert und einen Fall mit der Magnetfluss-Steuerung illustriert,
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13 ein Diagramm ist, das einen Vergleich der Leistungsveränderung der Induktionsmaschine zwischen dem Vorhandensein und dem Nichtvorhandensein der Magnetfluss-Steuerung bei der Beschleunigung zu dem Zeitpunkt, da die maximale Drehfrequenz von 0 auf 8000 min–1 (8000 U/min) gesteigert wird, wenn die Positionssteuerung nicht ausgeführt wird, sondern nur eine Drehzahlregelung ausgeführt wird, illustriert,
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14 ein Diagramm ist, das einen Vergleich der Drehzahlveränderung der Induktionsmaschine zwischen dem Vorhandensein und dem Nichtvorhandensein der Magnetfluss-Steuerung bei der Beschleunigung zu dem Zeitpunkt, da die maximale Drehfrequenz von 0 auf 8000 min–1 (8000 U/min) gesteigert wird, wenn die Positionssteuerung nicht ausgeführt wird, sondern nur eine Drehzahlregelung ausgeführt wird, illustriert.
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Ausführliche Beschreibung
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Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen eine Motorsteuerungsvorrichtung, die zum Schalten zwischen Vorhandensein und Nicht-Vorhandensein einer Magnetfluss-Steuerung in der Lage ist, beschrieben werden. Es sollte sich jedoch verstehen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf eine in den Zeichnungen illustrierte oder im Folgenden beschriebene Ausführungsform begrenzt ist.
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1A ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Induktionsmaschinen-Steuerungssystems nach einem Ausführungsbeispiel illustriert und die Konfiguration des Induktionsmaschinen-Steuerungssystems illustriert. 1B ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Induktionsmaschinen-Steuerungssystems nach einem Ausführungsbeispiel illustriert und eine zweite Erregerstromkommando-Erzeugungseinheit illustriert.
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Das Induktionsmaschinen-Steuerungssystem nach dem Ausführungsbeispiel steuert eine Induktionsmaschine 1. Das Induktionsmaschinen-Steuerungssystem schließt eine Positionssteuerungseinheit 11, eine Drehzahlkommando-Erzeugungseinheit 12, eine Drehzahlkommando-Schalteinheit 13, eine Drehzahl-Regelungseinheit 14, eine erste Erregerstromkommando-Erzeugungseinheit 21, eine zweite Erregerstromkommando-Erzeugungseinheit 22, eine Erregerstromkommando-Schalteinheit 31, eine Erregerstromdifferenz-Berechnungseinheit 32, eine Drehmomentstromkommando-Erzeugungseinheit 41, eine Drehmomentstromdifferenz-Berechnungseinheit 42, eine Drehmomentstrom-Regelungseinheit 43 und eine Koordinatenumformungseinheit 50 ein.
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Die Positionssteuerungseinheit 11 erzeugt ein zweites Drehzahlkommando zur Drehung zu einer durch ein Positionskommando angewiesenen Position, aus einem Positionskommando, das eine externe Information ist, und Drehpositionsinformationen der Induktionsmaschine 1, die durch das Integrieren von Rückmeldungsdaten von einer Motordrehzahl-Erfassungseinheit 51 erlangt werden. Die Drehzahlkommando-Erzeugungseinheit 12 erzeugt ein erstes Drehzahlkommando zur Drehung mit einer angewiesenen Drehzahl, entsprechend einem Drehzahlkommando, das eine externe Information ist. Die Drehzahlkommando-Schalteinheit 13 führt das Schalten derart aus, dass ein erstes Drehzahlkommando zum Zeitpunkt der Drehzahlregelung in die Drehzahl-Regelungseinheit 14 eingegeben wird und ein zweites Drehzahlkommando zum Zeitpunkt der Positionssteuerung in die Drehzahl-Regelungseinheit 14 eingegeben wird.
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Die Drehzahl-Regelungseinheit 14 erzeugt ein Drehmomentkommando zur Drehung bei einer angewiesenen Drehzahl, aus einem von dem ersten Drehzahlkommando und dem zweiten Drehzahlkommando und Drehzahlinformationen der Induktionsmaschine 1 von der Motordrehzahl-Erfassungseinheit 51. Das Drehmomentkommando wird in die Erregerstromkommando-Erzeugungseinheit 21, die zweite Erregerstromkommando-Erzeugungseinheit 22 und die Drehmomentstromkommando-Erzeugungseinheit 41 eingegeben.
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Die erste Erregerstromkommando-Erzeugungseinheit 21 erzeugt ein erstes Erregerstromkommando entsprechend dem Drehmomentkommando und gibt das erste Erregerstromkommando an die Erregerstromkommando-Schalteinheit 31 aus. Das erste Erregerstromkommando ist das gleiche Kommando wie ein durch die Erregerstromkommando-Erzeugungseinheit 61 in 7 erzeugtes Erregerstromkommando und ist eine Magnetfluss-Achsenkomponente in einem Magnetfeld-Koordinatensystem, zum Beispiel zum Bewirken einer gewünschten Drehung.
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Wie in 1B illustriert, schließt die zweite Erregerstromkommando-Erzeugungseinheit 22 eine Magnetflusskommando-Erzeugungseinheit 24, eine Magnetflussdifferenz-Berechnungseinheit 25, eine Magnetfluss-Abschätzungseinheit 26 und eine Magnetfluss-Steuerungseinheit 27 ein.
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Die Magnetflusskommando-Erzeugungseinheit 24 erzeugt ein Magnetflusskommando entsprechend dem Drehmomentkommando. Zum Beispiel kann das durch die Magnetflusskommando-Erzeugungseinheit 24 erzeugte Magnetflusskommando das gleiche Kommando sein wie das durch die erste Erregerstromkommando-Erzeugungseinheit 21 erzeugte erste Erregerstromkommando. In diesem Fall kann, ohne das Bereitstellen der Magnetflusskommando-Erzeugungseinheit 24, das durch die erste Erregerstromkommando-Erzeugungseinheit 21 erzeugte Erregerstromkommando verwendet werden. Die Magnetflussdifferenz-Berechnungseinheit 25 berechnet eine Magnetflussdifferenz zwischen dem durch die Magnetflusskommando-Erzeugungseinheit 24 erzeugten Magnetflusskommando und einem durch die Magnetfluss-Abschätzungseinheit 26 erzeugten Magnetfluss-Abschätzungswert. Die Magnetfluss-Steuerungseinheit 27 erzeugt ein zweites Erregerstromkommando aus der durch die Magnetflussdifferenz-Berechnungseinheit 25 ausgegebenen Magnetflussdifferenz und gibt das zweite Erregerstromkommando an die Erregerstromkommando-Schalteinheit 31 und die Magnetfluss-Abschätzungseinheit 26 aus. Die Magnetfluss-Abschätzungseinheit 26 erzeugt den Magnetfluss-Abschätzungswert aus dem durch die Magnetfluss-Steuerungseinheit 27 erzeugten zweiten Erregerstromkommando. Wie oben beschrieben hat die zweite Erregerstromkommando-Erzeugungseinheit 22 die gleiche Konfiguration wie die Erregerstromkommando-Erzeugungseinheit der Magnetfluss-Steuerung in 9.
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Die Erregerstromkommando-Schalteinheit 31 führt das Schalten derart aus, dass entweder das erste Erregerstromkommando oder das zweite Erregerstromkommando in die Erregerstromdifferenz-Berechnungseinheit 32 eingegeben wird, entsprechend den Informationen bezüglich eines Ergebnisses der „Zustandsfeststellung”.
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Die Erregerstromdifferenz-Berechnungseinheit 32 berechnet eine Erregerstromdifferenz zwischen entweder dem ersten Erregerstromkommando oder dem zweiten Erregerstromkommando, ausgewählt durch die Erregerstromkommando-Schalteinheit 31, und einer erfassten Erregerstromkomponente in der Induktionsmaschine 1. Die Erregerstrom-Regelungseinheit 33 erzeugt ein Spannungskommando auf der Grundlage der durch die Erregerstromdifferenzberechnungseinheit 32 ausgegebenen Erregerstromdifferenz.
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Die Drehmomentstromkommando-Erzeugungseinheit 41 erzeugt ein Drehmomentstromkommando aus dem durch die Drehzahl-Regelungseinheit 14 ausgegebenen Drehmomentstromkommando. Die Drehmomentstromdifferenz-Berechnungseinheit 42 berechnet eine Drehmomentstromdifferenz zwischen dem Drehmomentstromkommando und einer erfassten Drehmomentstromkomponente in der Induktionsmaschine 1. Die Drehmomentstrom-Regelungseinheit 43 erzeugt ein Spannungskommando auf der Grundlage der Drehmomentstromdifferenz.
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Die Koordinatenumformungseinheit 50 formt Informationen in einem Magnetfeldsystem (magnetischen Drehfeld) einschließlich des Spannungskommandos, das durch die Erregerstrom-Regelungseinheit 33 ausgegeben wird, und des Stromkommandos, das durch die Drehmomentstrom-Regelungseinheit 43 ausgegeben wird, zu Informationen in einem Stator-Koordinatensystem um. Die Ausgabe aus der Koordinatenumformungseinheit 50 wird PBM-geregelt, um der Induktionsmaschine 1 über einen Leistungswandler zugeführt zu werden. Bei diesem Beispiel formt die Koordinatenumformungseinheit 50 zweiphasige Informationen in dem Magnetfeld-Koordinatensystem in dreiphasige Informationen in dem Stator-Koordinatensystem um. Die Koordinatenumformungseinheit 50 formt die Erregerstromkomponente und die Drehmomentstromkomponente in dem Stator-Koordinatensystem in Informationen in dem Magnetfeldsystem um.
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Wie oben beschrieben bildet, wenn die Erregerstromkommando-Schalteinheit 31 das erste Erregerstromkommando auswählt, das Induktionsmaschinen-Steuerungssystem des Ausführungsbeispiels ein in 7 illustriertes Steuerungssystem, auf das die Magnetfluss-Steuerung nicht angewendet wird, und wenn die Erregerstromkommando-Schalteinheit 31 das zweite Erregerstromkommando auswählt, bildet das Induktionsmaschinen-Steuerungssystem des Ausführungsbeispiels ein in 9 illustriertes Steuerungssystem, auf das die Magnetfluss-Steuerung angewendet wird.
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2 ist ein Ablaufdiagramm, welches das Verfahren bezüglich der Erregerstromkommando-Schalteinheit 31 des Induktionsmaschinen-Steuerungssystems nach dem Ausführungsbeispiel illustriert.
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Bei Schritt S11 wird ein Zustand festgestellt. Wenn sich der Zustand ein Zustand 1 ist, schreitet das Verfahren fort zu Schritt S12, und wenn der Zustand ein Zustand 2 ist, schreitet das Verfahren fort zu einem Zustand S13.
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Bei Schritt S12 wählt die Erregerstromkommando-Schalteinheit 31 ein zweites Erregerstromkommando aus, wodurch das Steuerungssystem (mit dem Magnetfluss) gebildet wird, auf das die Magnetfluss-Steuerung angewendet wird.
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Bei Schritt S13 wählt die Erregerstromkommando-Schalteinheit 31 ein erstes Erregerstromkommando aus, wodurch das Steuerungssystem (ohne den Magnetfluss) gebildet wird, auf das die Magnetfluss-Steuerung nicht angewendet wird.
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Die Steuerung der Drehzahlkommando-Schalteinheit 13 wird willkürlich festgesetzt und hat keine spezifische Verbindung mit der Steuerung der Schritte S12 und S13.
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3 ist ein Schema, das eine Konfiguration illustriert, in der in dem Induktionsmaschinen-Steuerungssystem nach einem Ausführungsbeispiel ein Ergebnis einer „Zustandsfeststellung” zur Schaltauswahl der Erregerstromkommando-Schalteinheit 31 durch ein Ergebnis einer „Feststellung darüber, welche von der Positionssteuerung und der Drehzahlregelung ausgeführt wird” ersetzt wird.
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4 ist ein Ablaufdiagramm, welches das Verfahren in dem Induktionsmaschinen-Steuerungssystem des Ausführungsbeispiels illustriert, wenn die Erregerstromkommando-Schalteinheit 31 entsprechend dem oben erwähnten Ergebnis der „Feststellung darüber, welche von der Positionssteuerung und der Drehzahlregelung ausgeführt wird” geschaltet wird.
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Bei Schritt 21 wird eine „Feststellung darüber, welche von der Positionssteuerung und der Drehzahlregelung ausgeführt wird” vorgenommen, und wenn das Feststellungsergebnis Positionssteuerung ist, schreitet das Verfahren fort zu Schritt S22, und wenn das Feststellungsergebnis Drehzahlregelung ist, schreitet das Verfahren fort zu Schritt S23.
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Bei Schritt S22 wählt die Erregerstromkommando-Schalteinheit 31 ein zweites Erregerstromkommando aus, wodurch das Steuerungssystem (mit dem Magnetfluss) gebildet wird, auf das die Magnetfluss-Steuerung angewendet wird. Zu diesem Zeitpunkt wählt die Drehzahlkommando-Schalteinheit 13 ein zweites Drehzahlkommando aus, um zu veranlassen, dass das zweite Drehzahlkommando in die Drehzahl-Regelungseinheit 14 eingegeben wird. Dadurch bildet das Induktionsmaschinen-Steuerungssystem nach dem Ausführungsbeispiel das Steuerungssystem, das eine Positionssteuerung mit der Magnetfluss-Steuerung ausführt.
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Bei Schritt S23 wählt die Erregerstromkommando-Schalteinheit 31 ein erstes Erregerstromkommando aus, wodurch das Steuerungssystem (ohne den Magnetfluss) gebildet wird, auf das die Magnetfluss-Steuerung nicht angewendet wird. Zu diesem Zeitpunkt wählt die Drehzahlkommando-Schalteinheit 13 ein erstes Drehzahlkommando aus, um zu veranlassen, dass das erste Drehzahlkommando in die Drehzahl-Regelungseinheit 14 eingegeben wird. Dadurch bildet das Induktionsmaschinen-Steuerungssystem nach dem Ausführungsbeispiel das Steuerungssystem, das eine Drehzahlregelung ohne die Magnetfluss-Steuerung ausführt.
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5 ist ein Schema, das eine Konfiguration in dem Induktionsmaschinen-Steuerungssystem nach einem Ausführungsbeispiel illustriert, wenn die Auswahlen der Erregerstromkommando-Schalteinheit entsprechend externen Informationen geschaltet werden.
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6 ist ein Ablaufdiagramm, welches das Verfahren illustriert, wenn in dem Induktionsmaschinen-Steuerungssystem des Ausführungsbeispiels die Erregerstromkommando-Schalteinheit entsprechend den oben erwähnten externen Informationen geschaltet wird.
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Bei Schritt 31 wird festgestellt, ob externe Informationen EIN (werden eingegeben) oder AUS (werden nicht eingegeben) sind. Wenn die externen Informationen EIN sind, schreitet das Verfahren fort zu Schritt S32, und wenn die externen Informationen AUS sind, schreitet das Verfahren fort zu Schritt S33.
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Bei Schritt 32 wählt die Erregerstromkommando-Schalteinheit 31 ein zweites Erregerstromkommando aus, wodurch das Steuerungssystem (mit dem Magnetfluss) gebildet wird, auf das die Magnetfluss-Steuerung angewendet wird.
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Bei Schritt 33 wählt die Erregerstromkommando-Schalteinheit 31 ein erstes Erregerstromkommando aus, wodurch das Steuerungssystem (ohne den Magnetfluss) gebildet wird, auf das die Magnetfluss-Steuerung nicht angewendet wird.
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Die Steuerung der Drehzahlkommando-Schalteinheit 13 wird willkürlich festgesetzt und hat keine spezifische Verbindung mit der Steuerung der Schritte S32 und S33.
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Es wird zum Beispiel angenommen, dass die Steuerung ausgeführt wird, wenn die Drehung der Induktionsmaschine 1 gestartet wird, so dass die Drehzahlregelung ohne die Magnetfluss-Steuerung für einen vorbestimmten Zeitraum unmittelbar nach dem Anfahren der Drehung ausgeführt wird und danach die Drehzahlregelung mit der Magnetfluss-Steuerung ausgeführt wird, und nachdem die Drehung in einem gewissen Ausmaß hochtourig wird, wird die Positionssteuerung mit der Magnetfluss-Steuerung ausgeführt. In diesem Fall wird die Einstellung derart vorgenommen, dass für den vorbestimmten Zeitraum nach dem Anfahren, die externen Informationen auf AUS geschaltet werden und die Drehzahlkommando-Schalteinheit 13 ein erstes Drehzahlkommando auswählt, um die Drehzahlregelung ohne die Magnetfluss-Steuerung auszuführen. Nach dem Ablauf des vorbestimmten Zeitraums wird ein Zustand aufrechterhalten, in dem die externen Informationen auf EIN geschaltet werden und die Drehzahlkommando-Schalteinheit 13 ein erstes Drehzahlkommando auswählt, um die Drehzahlregelung mit der Magnetfluss-Steuerung auszuführen. Ferner wird danach ein Zustand hergestellt, in dem die externen Informationen auf EIN gehalten werden und die Drehzahlkommando-Schalteinheit 13 ein zweites Drehzahlkommando auswählt, so dass die Positionssteuerung mit der Magnetfluss-Steuerung ausgeführt wird. Dies ermöglicht das Steuerungssystem, bei dem, wenn die Drehung der Induktionsmaschine 1 gestartet wird, eine hohe Beschleunigung erreicht werden kann, und wenn die Drehzahl in einem gewissen Ausmaß schnell wird, eine stabile Drehung ausgeführt werden kann.
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Obwohl oben die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben wird, dient die beschriebene Ausführungsform der Beschreibung der vorliegenden Erfindung, und eine Fachperson kann leicht verstehen, dass innerhalb des Rahmens der Ansprüche verschiedene modifizierte Beispiele hergestellt werden können.
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Nach der vorliegenden Erfindung können der Fall der Anwendung der Magnetfluss-Steuerung und der Fall der Nichtanwendung der Magnetfluss-Steuerung ausgewählt werden, so dass die Motorsteuerungsvorrichtung, die dazu in der Lage ist, die optimale Steuerung entsprechend einem Anwendungszustand auszuführen, umgesetzt werden kann.
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Zum Beispiel wird zum Zeitpunkt der Positionssteuerung die Schalteinheit so geschaltet, dass sie ein zweites Erregerstromkommando auswählt, und die Magnetfluss-Steuerung wird ausgeführt. Währenddessen wird zum Zeitpunkt der Drehzahlregelung die Schalteinheit so geschaltet, dass sie ein erstes Erregerstromkommando auswählt, so dass die Magnetfluss-Steuerung nicht ausgeführt wird. Ferner wird das Schalten zwischen Vorhandensein und Nichtvorhandensein der Magnetfluss-Steuerung möglich gemacht, wodurch, auch bei der Drehzahlregelung, wenn eine Steuerungsleistung erforderlich ist, externe Informationen eingegeben werden, so dass die Magnetfluss-Steuerung wirksam gemacht wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- „Theory and Practical Designing of AC Servo System (Theorie und praktische Konstruktion eines WS-Servosystems) (Fig. 5.23, Seite 122, 7. Auflage, Sougou Denshi Publishing Company)” [0008]