JP2000324890A - 回転機械を制御する方法、該方法を実施するためのサーボ制御システムおよびそのようなシステムに接続される回転機械 - Google Patents
回転機械を制御する方法、該方法を実施するためのサーボ制御システムおよびそのようなシステムに接続される回転機械Info
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- Y10S388/907—Specific control circuit element or device
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- Power Engineering (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高性能の機械の使用を必要しない、最適コマ
ンドシーケンスを計算できる方法を提供する。 【解決手段】 コンピュータ（４）は、センサによって
観測装置へ与えられた値に基づいて、機械のトルクΓ及
び固定子磁束ΦＳを基準値Γｒｅｆ及びΦＳｒｅ ｆへ近
づけるために、３つのベクトルを含むシーケンス形式で
制御信号をインバータのスイッチへ送る。計測サンプリ
ング期間は、インバータのスイッチング期間の半分に対
応するシーケンス期間ＤＴＭＬに等しく選択される。各
シーケンスのベクトルの特性は、次の連立方程式を解く
ことによって得られる。 【数８】
ンドシーケンスを計算できる方法を提供する。 【解決手段】 コンピュータ（４）は、センサによって
観測装置へ与えられた値に基づいて、機械のトルクΓ及
び固定子磁束ΦＳを基準値Γｒｅｆ及びΦＳｒｅ ｆへ近
づけるために、３つのベクトルを含むシーケンス形式で
制御信号をインバータのスイッチへ送る。計測サンプリ
ング期間は、インバータのスイッチング期間の半分に対
応するシーケンス期間ＤＴＭＬに等しく選択される。各
シーケンスのベクトルの特性は、次の連立方程式を解く
ことによって得られる。 【数８】
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、回転機械を制御す
る方法、この方法を実施するためのサーボ制御システ
ム、及びそのようなサーボ制御システムに接続される回
転機械に関する。
る方法、この方法を実施するためのサーボ制御システ
ム、及びそのようなサーボ制御システムに接続される回
転機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】多相ＡＣ電源から非同期回転機械の固定
子巻線へ与えられる電力は、固定子磁束ФＳ及び回転子
磁束ФＲを発生することによって回転機械を磁化するよ
うに働く。具体的には、それは電磁トルクΓを作り出す
ように働く。
子巻線へ与えられる電力は、固定子磁束ФＳ及び回転子
磁束ФＲを発生することによって回転機械を磁化するよ
うに働く。具体的には、それは電磁トルクΓを作り出す
ように働く。
【０００３】非同期回転機械の場合、固定子磁束制御を
使用することが一般的である。なぜなら、モータの動作
中に、機械をその電磁状態が可能な最良の状態の限界内
に保つことができ、従って、受け取られた電気エネルギ
ーを機械エネルギーへ変換する点に関して最高効率に上
げることができるからである。
使用することが一般的である。なぜなら、モータの動作
中に、機械をその電磁状態が可能な最良の状態の限界内
に保つことができ、従って、受け取られた電気エネルギ
ーを機械エネルギーへ変換する点に関して最高効率に上
げることができるからである。
【０００４】当然のことながら、モータとして動作して
いる機械については、トルク出力を全面的に制御するこ
とが必要である。
いる機械については、トルク出力を全面的に制御するこ
とが必要である。
【０００５】従来の方法では、コンコーディア（Ｃｏｎ
ｃｏｒｄｉａ）変換は、２つの独立成分ＶＳα及びＶ
Ｓβによって、三相モータの固定子へ印加される電源電
圧ＶＳを定めることを可能にし、その場合、中性点は配
分されない。
ｃｏｒｄｉａ）変換は、２つの独立成分ＶＳα及びＶ
Ｓβによって、三相モータの固定子へ印加される電源電
圧ＶＳを定めることを可能にし、その場合、中性点は配
分されない。
【０００６】既知の制御方法は、文献ＥＰ−Ａ−０８１
２０５９に具体的に説明されている。それはｍ個の状態
を取るｎ個のスイッチを有する電圧インバータによって
パワーを与えられ、単極ｍ論理レベル（ＳＰｍＬＬ）機
械として知られるｎ相回転機械に関する。この機械で
は、ｍｎ個の別個の出力状態を得ることができ、従って
その場合、機械のためにｍｎ個の別個の固定子電源電圧
を得ることが可能である。通常、前記電圧の各々は、所
与の時点におけるベクトルとして表される。サーボ制御
システムが使用されて、すべての時点で最適な電源ベク
トルを定め、機械のトルクΓ及び固定子磁束ФＳを既に
定められた基準トルク及び基準磁束へ近づけるように、
多状態スイッチが状態を変化させる。そのサーボ制御シ
ステムは、一組のセンサ、観測装置、及びコンピュータ
を有する。コンピュータは、スイッチへ選択的に作用す
ることによって、最適電源ベクトルの選択を制御する。
動作している機械の固定子電源電圧ベクトルＶＳの回転
は、その選択を時間と共に変化させる。従って、二状態
スイッチ、即ち１つの相当たり２つの論理状態を含む三
相インバータでは、図１の線図で示されるように、イン
バータの２３個の論理の組み合わせ（又は出力状態）に
対応する８つのベクトルから選択が行われる。それらの
２つはゼロ振幅であり、従来では、スイッチのすべてが
開放されているか、スイッチのすべてが閉止されている
かの場合に対応する。
２０５９に具体的に説明されている。それはｍ個の状態
を取るｎ個のスイッチを有する電圧インバータによって
パワーを与えられ、単極ｍ論理レベル（ＳＰｍＬＬ）機
械として知られるｎ相回転機械に関する。この機械で
は、ｍｎ個の別個の出力状態を得ることができ、従って
その場合、機械のためにｍｎ個の別個の固定子電源電圧
を得ることが可能である。通常、前記電圧の各々は、所
与の時点におけるベクトルとして表される。サーボ制御
システムが使用されて、すべての時点で最適な電源ベク
トルを定め、機械のトルクΓ及び固定子磁束ФＳを既に
定められた基準トルク及び基準磁束へ近づけるように、
多状態スイッチが状態を変化させる。そのサーボ制御シ
ステムは、一組のセンサ、観測装置、及びコンピュータ
を有する。コンピュータは、スイッチへ選択的に作用す
ることによって、最適電源ベクトルの選択を制御する。
動作している機械の固定子電源電圧ベクトルＶＳの回転
は、その選択を時間と共に変化させる。従って、二状態
スイッチ、即ち１つの相当たり２つの論理状態を含む三
相インバータでは、図１の線図で示されるように、イン
バータの２３個の論理の組み合わせ（又は出力状態）に
対応する８つのベクトルから選択が行われる。それらの
２つはゼロ振幅であり、従来では、スイッチのすべてが
開放されているか、スイッチのすべてが閉止されている
かの場合に対応する。
【０００７】前述したところにより、文献ＥＰ−Ａ−０
８１２０５９及び本発明の方法が実施される作業空間
は、（ΦＳα、ΦＳβ、Γ）領域である。この領域は２
つの副空間に分割することができる。即ち、一方の副空
間は（ΦＳα、ΦＳβ）平面によって構成され、他方の
副空間はトルクの時間変動（Γ、ｔ）によって構成され
る。
８１２０５９及び本発明の方法が実施される作業空間
は、（ΦＳα、ΦＳβ、Γ）領域である。この領域は２
つの副空間に分割することができる。即ち、一方の副空
間は（ΦＳα、ΦＳβ）平面によって構成され、他方の
副空間はトルクの時間変動（Γ、ｔ）によって構成され
る。
【０００８】サーボ制御の目的は、｜ΦＳ｜ｒｅｆ及び
Γｒｅｆによってそれぞれ与えられる磁束基準値及びト
ルク基準値に応じて、トルクΓ及び固定子磁束振幅｜Φ
Ｓ｜に対する直接制御を達成することである。これらの
基準値は、図２の線図で示されるように、幾何学形式の
（ΦＳα、ΦＳβ、Γ）領域に変換することができる。
図２では、トルク値Γの目盛りを付けられた垂直軸、及
び磁束値の目盛りを付けられた２つの水平軸ΦＳα及び
ΦＳβを有する三次元基準座標が示される。
Γｒｅｆによってそれぞれ与えられる磁束基準値及びト
ルク基準値に応じて、トルクΓ及び固定子磁束振幅｜Φ
Ｓ｜に対する直接制御を達成することである。これらの
基準値は、図２の線図で示されるように、幾何学形式の
（ΦＳα、ΦＳβ、Γ）領域に変換することができる。
図２では、トルク値Γの目盛りを付けられた垂直軸、及
び磁束値の目盛りを付けられた２つの水平軸ΦＳα及び
ΦＳβを有する三次元基準座標が示される。
【０００９】基準磁束ΦＳｒｅｆのパスは回転磁界に対
応し、基準座標上のトルク軸Γに中心を有する垂直円柱
は基準磁束を表す。
応し、基準座標上のトルク軸Γに中心を有する垂直円柱
は基準磁束を表す。
【００１０】ここで、基準トルクは、トルクΓｒｅｆに
対応する垂直軸上のトルク値目盛りに関連づけられた水
平基準面（ΦＳα、ΦＳβ）に置かれるものと仮定され
る。
対応する垂直軸上のトルク値目盛りに関連づけられた水
平基準面（ΦＳα、ΦＳβ）に置かれるものと仮定され
る。
【００１１】高さΓｒｅｆの水平面が円柱と交差する水
平円は、基準（｜ΦＳ｜ｒｅｆ、Γ ｒｅｆ）に対応す
る。
平円は、基準（｜ΦＳ｜ｒｅｆ、Γ ｒｅｆ）に対応す
る。
【００１２】サーボ制御の目的は、インバータを適切に
制御し、スイッチによって構成された手段を最良に使用
し、他方では、基準トルク値へできるだけ近く保つこと
によって、上記交差円によって限定される軌道を再生す
ることである。インバータが作り出すことのできる異な
った出力電圧ベクトルの数が制限されている限り、三次
元で理想の軌道を正確にたどることは不可能である。
制御し、スイッチによって構成された手段を最良に使用
し、他方では、基準トルク値へできるだけ近く保つこと
によって、上記交差円によって限定される軌道を再生す
ることである。インバータが作り出すことのできる異な
った出力電圧ベクトルの数が制限されている限り、三次
元で理想の軌道を正確にたどることは不可能である。
【００１３】従って、図２で示されるように、機械が動
作しているとき、所与の時点における磁束レベル及びト
ルクレベルに対応する現在の状態を表す点Ａから出発し
て、制御システムの目的は、交差円上に置かれているＤ
のような点に達するように、且つ例えば１／（２ｆｄ）
に等しい所定の時間間隔内に達するように、インバータ
を制御することである。ここで、ｆｄはインバータのチ
ョッパ周波数である。
作しているとき、所与の時点における磁束レベル及びト
ルクレベルに対応する現在の状態を表す点Ａから出発し
て、制御システムの目的は、交差円上に置かれているＤ
のような点に達するように、且つ例えば１／（２ｆｄ）
に等しい所定の時間間隔内に達するように、インバータ
を制御することである。ここで、ｆｄはインバータのチ
ョッパ周波数である。
【００１４】インバータから得られる出力電圧ベクトル
の数は少ないから、前述した結果を得るためには、単一
の時間間隔の間に複数の異なったコマンドを使用するこ
とが必要である。それは図２の３つのベクトルＡＢ、Ｂ
Ｃ、ＣＤによって表されている。これらベクトルの各々
は、インバータの出力電圧、従って固定子電源ＶＳから
の電圧に対応する。
の数は少ないから、前述した結果を得るためには、単一
の時間間隔の間に複数の異なったコマンドを使用するこ
とが必要である。それは図２の３つのベクトルＡＢ、Ｂ
Ｃ、ＣＤによって表されている。これらベクトルの各々
は、インバータの出力電圧、従って固定子電源ＶＳから
の電圧に対応する。
【００１５】サーボ制御システム内のコンピュータは、
アルゴリズムを使用することによって、サーボ制御シス
テムのセンサによって与えられる値と磁束及びトルクに
関する基準値とに基づき、機械の動作時間を再分割する
連続時間間隔の各々の間にインバータを制御する最適シ
ーケンスを選択させることができる。
アルゴリズムを使用することによって、サーボ制御シス
テムのセンサによって与えられる値と磁束及びトルクに
関する基準値とに基づき、機械の動作時間を再分割する
連続時間間隔の各々の間にインバータを制御する最適シ
ーケンスを選択させることができる。
【００１６】具体的には、前述したヨーロッパの文献で
は、各シーケンスが１／（２ｆｄ）に等しい時間間隔に
わたり、３つの別個のインバータコマンドを含むように
される。これらコマンドは連続して実行され、その各コ
マンドは異なった固定子電圧ベクトルＶＳに対応する。
最初の２つのコマンドは能動的であって、固定子磁束Φ
Ｓに対応する回転ベクトルが、回転子磁束ΦＲに対応す
る回転ベクトルに対して加速又は減速するように、モー
タトルクを変化させる。第３のコマンドは受動的であっ
て、固定子磁束ベクトルが、回転子磁束ベクトルをキャ
ッチアップすることに対応してトルクを減少させる。
は、各シーケンスが１／（２ｆｄ）に等しい時間間隔に
わたり、３つの別個のインバータコマンドを含むように
される。これらコマンドは連続して実行され、その各コ
マンドは異なった固定子電圧ベクトルＶＳに対応する。
最初の２つのコマンドは能動的であって、固定子磁束Φ
Ｓに対応する回転ベクトルが、回転子磁束ΦＲに対応す
る回転ベクトルに対して加速又は減速するように、モー
タトルクを変化させる。第３のコマンドは受動的であっ
て、固定子磁束ベクトルが、回転子磁束ベクトルをキャ
ッチアップすることに対応してトルクを減少させる。
【００１７】最適シーケンスのために各時間間隔で実行
される探索は、利用可能な時間間隔内で前述した交差円
上の点に達することを可能とする、それぞれの正の持続
時間を有する唯一のコマンドトリプレット（３つのコマ
ンド）を決定しようとする。最適シーケンスのこの探索
は、大きな過渡現象の場合成功しないことがある。その
場合には、前記のヨーロッパの文献ＥＰ−Ａ−０８１２
０５９で詳細に説明されるように、より適切な方法が使
用される。
される探索は、利用可能な時間間隔内で前述した交差円
上の点に達することを可能とする、それぞれの正の持続
時間を有する唯一のコマンドトリプレット（３つのコマ
ンド）を決定しようとする。最適シーケンスのこの探索
は、大きな過渡現象の場合成功しないことがある。その
場合には、前記のヨーロッパの文献ＥＰ−Ａ−０８１２
０５９で詳細に説明されるように、より適切な方法が使
用される。
【００１８】従来の方式では、コマンドトリプレットを
決定するのに必要な計算、更に具体的には、各コマンド
段が実行される持続時間はそれ自体複雑であり、ソフト
ウェア及びハードウェアの高価な投資を必要とする。
決定するのに必要な計算、更に具体的には、各コマンド
段が実行される持続時間はそれ自体複雑であり、ソフト
ウェア及びハードウェアの高価な投資を必要とする。
【００１９】最適シーケンスを探す各サイクルの初め
に、コンピュータによって使用されるアルゴリズムは、
時間間隔１／（２ｆｄ）の終わりに、交差円に到達させ
る正の持続時間を有する唯一のコマンドトリプレットを
選択する。
に、コンピュータによって使用されるアルゴリズムは、
時間間隔１／（２ｆｄ）の終わりに、交差円に到達させ
る正の持続時間を有する唯一のコマンドトリプレットを
選択する。
【００２０】図２から図４におけるベクトルＡＢに対応
する第１のステップにおいて、点Ａ及びベクトルＡＢに
沿ってＡに続き且つ連続サンプルに対応するすべての現
在の点Ａ’について計算することが必要である。これら
の計算は、次の方程式に基づいて、シーケンス中で与え
られる３つのコマンドの各々を適用するために、残りの
導通時間ｄｔ１、ｄｔ２、ｄｔ３を決定しようとする。
ここで、ｔは現在の時間である。
する第１のステップにおいて、点Ａ及びベクトルＡＢに
沿ってＡに続き且つ連続サンプルに対応するすべての現
在の点Ａ’について計算することが必要である。これら
の計算は、次の方程式に基づいて、シーケンス中で与え
られる３つのコマンドの各々を適用するために、残りの
導通時間ｄｔ１、ｄｔ２、ｄｔ３を決定しようとする。
ここで、ｔは現在の時間である。
【００２１】
【数３】 ３つの未知数に関して３つの式を含むこの連立方程式
は、動作点に関して線形化される。円柱の式は二次式で
あるから、図２に示される円柱ターゲットＤを、現在の
到着点Ｄ’に接した平面ターゲットによって置換するこ
とができる。
は、動作点に関して線形化される。円柱の式は二次式で
あるから、図２に示される円柱ターゲットＤを、現在の
到着点Ｄ’に接した平面ターゲットによって置換するこ
とができる。
【００２２】結果の式１は次のように書ける。
【００２３】
【数４】 それは、最適シーケンスに適用される３つの持続時間、
及び交差円への正接上でシーケンスの端点Ｄを定めるパ
ラメータλを与える。計算がサンプリング期間Ｔより小
さな値をｄｔ２に与えるとき、第１のステップから第２
のステップへ切替が生じる時間が起こる。この時間は図
２から図４までの点Ｂに対応する。
及び交差円への正接上でシーケンスの端点Ｄを定めるパ
ラメータλを与える。計算がサンプリング期間Ｔより小
さな値をｄｔ２に与えるとき、第１のステップから第２
のステップへ切替が生じる時間が起こる。この時間は図
２から図４までの点Ｂに対応する。
【００２４】図２から図４までのベクトルＢＣに対応す
る第２の能動コマンド段では、前記の方程式１は、ｄｔ
２＝０、及び、残念ながらｄｔ３の正確な解は存在しな
いことを考慮して解くことが必要である。従って、誤差
を最小にする近似解を使用することが必要であり、この
場合、前記解は最小二乗法を適用することによって得ら
れるものと仮定される。方程式１から誘導され、前述し
た要素を考慮に入れた方程式２は、この第２の段の持続
時間ｄｔ３、従って考慮されているシーケンスの３つの
段の最後の段の持続時間ｄｔ１、及びλの新しい値を決
定するように働く。
る第２の能動コマンド段では、前記の方程式１は、ｄｔ
２＝０、及び、残念ながらｄｔ３の正確な解は存在しな
いことを考慮して解くことが必要である。従って、誤差
を最小にする近似解を使用することが必要であり、この
場合、前記解は最小二乗法を適用することによって得ら
れるものと仮定される。方程式１から誘導され、前述し
た要素を考慮に入れた方程式２は、この第２の段の持続
時間ｄｔ３、従って考慮されているシーケンスの３つの
段の最後の段の持続時間ｄｔ１、及びλの新しい値を決
定するように働く。
【００２５】計算がサンプリング期間Ｔよりも小さな値
をｄｔ３に与えるとき、第２の段が第３の段へ切り替わ
る時点が決定される。この時点は図２から図４までの点
Ｃに対応する。
をｄｔ３に与えるとき、第２の段が第３の段へ切り替わ
る時点が決定される。この時点は図２から図４までの点
Ｃに対応する。
【００２６】ベクトルＣＤに対応する第３の受動コマン
ド段では、方程式１から得られた方程式２が、ｄｔ３＝
０を考慮して解かれなければならない。その方程式は前
と同じく正確な解を与えず、再び最小二乗法を使用して
近似解を求めなければならない。
ド段では、方程式１から得られた方程式２が、ｄｔ３＝
０を考慮して解かれなければならない。その方程式は前
と同じく正確な解を与えず、再び最小二乗法を使用して
近似解を求めなければならない。
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】前記に要約した段を実
行するサーボ制御システムによって制御される機械を動
作させるために必要な計算、及び連続的に必要となる最
適コマンドシーケンスの各々に必要な計算を実行するた
めには、現在では、それ自体非常に高価な機械、例え
ば、もっと普通の機械を制御するためには適していない
非常に高性能の機械を使用してのみソフトウェア及びハ
ードウェア手段を実現する必要があることを意味する。
行するサーボ制御システムによって制御される機械を動
作させるために必要な計算、及び連続的に必要となる最
適コマンドシーケンスの各々に必要な計算を実行するた
めには、現在では、それ自体非常に高価な機械、例え
ば、もっと普通の機械を制御するためには適していない
非常に高性能の機械を使用してのみソフトウェア及びハ
ードウェア手段を実現する必要があることを意味する。
【００２８】
【課題を解決するための手段】そのような欠点を克服す
るため、本発明は各スイッチがｍ個の状態を有するｎ個
のスイッチを有し、それによって固定子電圧ベクトルＶ
ｉ（ここで、ｉ∈｛１、．．．、ｍｎ｝）についてｍｎ
個の状態が定められるインバータを介してパワーを与え
られるｎ相を有する回転機械の電磁トルクを制御する方
法を提案する。この機械は、一組のセンサ、観測装置、
及びコンピュータを含むサーボ制御システムによって、
電磁トルクΓ及び固定子磁束ΦＳに関し、基準電磁トル
クΓｒｅ ｆ及び基準固定子磁束ΦＳｒｅｆへサーボ制御
される。コンピュータは、センサによって観測装置へ与
えられる値に基づいて、インバータの多状態スイッチ
へ、制御信号を３つの連続したコマンドの連続シーケン
スとして送る。コンピュータは、各シーケンスのため
に、固定子電圧ベクトルのＶｉ個の可能な状態の中か
ら、連続して使用される３つのコマンドベクトルを決定
し、トルクΓ及び固定子磁束ΦＳを、基準トルクΓ
ｒｅｆ及び基準磁束ΦＳｒｅｆへ向けて最適に近づけ、
それに従って多状態スイッチに命令を与えるようにす
る。
るため、本発明は各スイッチがｍ個の状態を有するｎ個
のスイッチを有し、それによって固定子電圧ベクトルＶ
ｉ（ここで、ｉ∈｛１、．．．、ｍｎ｝）についてｍｎ
個の状態が定められるインバータを介してパワーを与え
られるｎ相を有する回転機械の電磁トルクを制御する方
法を提案する。この機械は、一組のセンサ、観測装置、
及びコンピュータを含むサーボ制御システムによって、
電磁トルクΓ及び固定子磁束ΦＳに関し、基準電磁トル
クΓｒｅ ｆ及び基準固定子磁束ΦＳｒｅｆへサーボ制御
される。コンピュータは、センサによって観測装置へ与
えられる値に基づいて、インバータの多状態スイッチ
へ、制御信号を３つの連続したコマンドの連続シーケン
スとして送る。コンピュータは、各シーケンスのため
に、固定子電圧ベクトルのＶｉ個の可能な状態の中か
ら、連続して使用される３つのコマンドベクトルを決定
し、トルクΓ及び固定子磁束ΦＳを、基準トルクΓ
ｒｅｆ及び基準磁束ΦＳｒｅｆへ向けて最適に近づけ、
それに従って多状態スイッチに命令を与えるようにす
る。
【００２９】本発明の特徴に従えば、測定目的のための
サンプリング期間が、３つの連続コマンドのシーケンス
に特定された期間ＤＴＭＬに等しくなるように選択さ
れ、その期間がそれ自身インバータのスイッチング期間
の半分に等しいシステムにおいて、各シーケンスのベク
トルの時点及び持続時間は、次の連立方程式を解くこと
によって得られる。
サンプリング期間が、３つの連続コマンドのシーケンス
に特定された期間ＤＴＭＬに等しくなるように選択さ
れ、その期間がそれ自身インバータのスイッチング期間
の半分に等しいシステムにおいて、各シーケンスのベク
トルの時点及び持続時間は、次の連立方程式を解くこと
によって得られる。
【００３０】
【数５】 ここで、ｄΓ／ｄｔａは能動ベクトルＶａが加えられて
いる間のトルクの時間変動に対応し、ｄΓ／ｄｔｐは受
動ベクトルＶｐが加えられている間のトルクの時間変動
に対応し、Γｒｅｆは基準トルクであり、Γｎは現在の
トルクであり、ｔ ａ及びｔｐは、能動ベクトル及び受動
ベクトルがそれぞれ加えられる時間である。
いる間のトルクの時間変動に対応し、ｄΓ／ｄｔｐは受
動ベクトルＶｐが加えられている間のトルクの時間変動
に対応し、Γｒｅｆは基準トルクであり、Γｎは現在の
トルクであり、ｔ ａ及びｔｐは、能動ベクトル及び受動
ベクトルがそれぞれ加えられる時間である。
【００３１】これによって、特に、コマンドベクトルの
配分によってインバータのスイッチへ与えられるコマン
ド順序を対称にすることが可能となり、それによって機
械のシャフト上のトルクインパルスを最小にするトルク
調波内容を生じるインバータコマンド方法が可能とな
る。
配分によってインバータのスイッチへ与えられるコマン
ド順序を対称にすることが可能となり、それによって機
械のシャフト上のトルクインパルスを最小にするトルク
調波内容を生じるインバータコマンド方法が可能とな
る。
【００３２】本発明、その特徴、及び利点は、図面を参
照してなされる次の説明で更に詳細に説明される。図面
の最初の５つは従来技術に関連している。
照してなされる次の説明で更に詳細に説明される。図面
の最初の５つは従来技術に関連している。
【００３３】
【発明の実施の形態】本発明のコマンド方法は、図５の
線図で示される種類のアセンブリに関連して回転機械の
トルクを制御するように構成される。このアセンブリ
は、電圧インバータ２によって交流を送られ、ｎ個の相
を有する回転機械１を含む。各スイッチがｍ個の状態を
取るｎ個のスイッチを有し、従って出力電圧ベクトルＶ
Ｓのためにｍｎ個の状態を定める。図５は、各スイッチ
が２つの状態を有する３つのスイッチ３、３’、３”を
示す。
線図で示される種類のアセンブリに関連して回転機械の
トルクを制御するように構成される。このアセンブリ
は、電圧インバータ２によって交流を送られ、ｎ個の相
を有する回転機械１を含む。各スイッチがｍ個の状態を
取るｎ個のスイッチを有し、従って出力電圧ベクトルＶ
Ｓのためにｍｎ個の状態を定める。図５は、各スイッチ
が２つの状態を有する３つのスイッチ３、３’、３”を
示す。
【００３４】サーボ制御システムは、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３
として参照される信号によって、スイッチの各々の選択
的且つ調整された制御を提供する。これらの信号は、適
切にプログラムされ基準トルクΓｒｅｆ及び基準磁束Φ
ｒｅｆに関する指示を受け取ったコンピュータ４によっ
て設定される。更に、サーボ制御システムは、電子機械
トルクΓ及び固定子磁束ΦＳの瞬時値を、機械への給電
リンク上で一組のセンサ６によって実行された計測から
推定する観測装置５を有する。前記の各種部材の構成は
ここで説明されない。なぜなら、本発明の主題はそれら
と直接の関連をもたず、それらは当業者に既知であるか
らである。
として参照される信号によって、スイッチの各々の選択
的且つ調整された制御を提供する。これらの信号は、適
切にプログラムされ基準トルクΓｒｅｆ及び基準磁束Φ
ｒｅｆに関する指示を受け取ったコンピュータ４によっ
て設定される。更に、サーボ制御システムは、電子機械
トルクΓ及び固定子磁束ΦＳの瞬時値を、機械への給電
リンク上で一組のセンサ６によって実行された計測から
推定する観測装置５を有する。前記の各種部材の構成は
ここで説明されない。なぜなら、本発明の主題はそれら
と直接の関連をもたず、それらは当業者に既知であるか
らである。
【００３５】本発明の制御方法は、スイッチング時間を
予測するために、図１から図４までを参照して説明した
モデルを使用するが、本願の導入部で言及した従来技術
と比較して計算量を著しく制限することのできる手法を
使用する。この方法によって、磁束に関する制約を考慮
したトルク制御サーボ制御ループを提供することが可能
である。
予測するために、図１から図４までを参照して説明した
モデルを使用するが、本願の導入部で言及した従来技術
と比較して計算量を著しく制限することのできる手法を
使用する。この方法によって、磁束に関する制約を考慮
したトルク制御サーボ制御ループを提供することが可能
である。
【００３６】考慮される作業空間は、再び図２の線図で
示される（ΦＳα、ΦＳβ、Γ）基準座標である。各最
適コマンドシーケンスはコマンドトリプレットによって
構成されていること、及び、コマンドは１／（２
ｆｄ）、即ちインバータのスイッチング期間の半分に等
しい期間ＤＴＭＬで、相互に続くことが前もって決定さ
れている。本願の場合、サンプリング期間は、計測目的
のために期間ＤＴＭＬと等しく選択される。
示される（ΦＳα、ΦＳβ、Γ）基準座標である。各最
適コマンドシーケンスはコマンドトリプレットによって
構成されていること、及び、コマンドは１／（２
ｆｄ）、即ちインバータのスイッチング期間の半分に等
しい期間ＤＴＭＬで、相互に続くことが前もって決定さ
れている。本願の場合、サンプリング期間は、計測目的
のために期間ＤＴＭＬと等しく選択される。
【００３７】本発明に従えば、この方法は、コマンドト
リプレットによって構成される最適シーケンスの時間決
定に関連する計算を実行するとき、インバータ２によっ
て発生することのできるｍｎ個の出力電圧ベクトルＶＳ
の２つだけをコンピュータに選択させる。計算のこの簡
便性は、図６に示されるように、各シーケンスの計算中
に始点として取られた点をシフトすることによって可能
となる。
リプレットによって構成される最適シーケンスの時間決
定に関連する計算を実行するとき、インバータ２によっ
て発生することのできるｍｎ個の出力電圧ベクトルＶＳ
の２つだけをコンピュータに選択させる。計算のこの簡
便性は、図６に示されるように、各シーケンスの計算中
に始点として取られた点をシフトすることによって可能
となる。
【００３８】図４に示されるように、前に実施された最
適シーケンスの例では、最適シーケンスを計算するため
に使用される始点は、ベクトルＡＢの始点Ａである。そ
れは、サーボ制御機械の固定子へ加えられる前記ベクト
ルＡＢに対応する出力電圧Ｖ Ｓを発生するインバータの
スイッチング時点に対応する。
適シーケンスの例では、最適シーケンスを計算するため
に使用される始点は、ベクトルＡＢの始点Ａである。そ
れは、サーボ制御機械の固定子へ加えられる前記ベクト
ルＡＢに対応する出力電圧Ｖ Ｓを発生するインバータの
スイッチング時点に対応する。
【００３９】本発明に従えば、最適シーケンスに関連す
る計算を実行するとき、１つのＤＴＭＬ期間当たり考慮
される必要がある２つだけのベクトルを有するように始
点がシフトされる。このオフセットは、２つの能動コマ
ンド及び１つの受動コマンドから構成されるコマンドト
リプレットを含む最適シーケンスを保存する。連続する
ＤＴＭＬサンプリング期間の各々は、２つの連続する能
動コマンド、即ち２つの連続するシーケンスに属する２
つのコマンドの間の遷移時点で始まる。例として、この
時点は、ベクトルＡＢとベクトルＢＣの間の遷移点Ｂ、
又は連続するベクトルＤＥとＥＦとの間の遷移点Ｅに対
応する。これらベクトルは、時点ｎＤＴＭＬと（ｎ＋
１）ＤＴＭＬによって限定されるサンプリング期間の１
つに置かれ、他の１つは次の期間に置かれている。
る計算を実行するとき、１つのＤＴＭＬ期間当たり考慮
される必要がある２つだけのベクトルを有するように始
点がシフトされる。このオフセットは、２つの能動コマ
ンド及び１つの受動コマンドから構成されるコマンドト
リプレットを含む最適シーケンスを保存する。連続する
ＤＴＭＬサンプリング期間の各々は、２つの連続する能
動コマンド、即ち２つの連続するシーケンスに属する２
つのコマンドの間の遷移時点で始まる。例として、この
時点は、ベクトルＡＢとベクトルＢＣの間の遷移点Ｂ、
又は連続するベクトルＤＥとＥＦとの間の遷移点Ｅに対
応する。これらベクトルは、時点ｎＤＴＭＬと（ｎ＋
１）ＤＴＭＬによって限定されるサンプリング期間の１
つに置かれ、他の１つは次の期間に置かれている。
【００４０】本発明に従えば、任意の１つの期間で使用
される１つの受動ベクトルと２つの能動ベクトルが加え
られるそれぞれの時間に対応する持続時間ｔｐ及びｔａ
を計算する手段が設けられる。この計算によって、能動
ベクトル及び受動ベクトルに関連づけられたそれぞれの
トルク変動ｄΓ／ｄｔａ及びｄΓ／ｄｔｐを決定するこ
とができる。
される１つの受動ベクトルと２つの能動ベクトルが加え
られるそれぞれの時間に対応する持続時間ｔｐ及びｔａ
を計算する手段が設けられる。この計算によって、能動
ベクトル及び受動ベクトルに関連づけられたそれぞれの
トルク変動ｄΓ／ｄｔａ及びｄΓ／ｄｔｐを決定するこ
とができる。
【００４１】能動ベクトルＶａが加えられるときのトル
クの時間変動を表すｄΓ／ｄｔａの表記、受動ベクトル
Ｖｐが加えられるときのトルクの時間変動を表すｄΓ／
ｄｔ ｐの表記、基準トルクΓｒｅｆの表記、現在のトル
クΓｎの表記を使用すると、次の連立方程式からｔａ及
びｔｐの値を計算することができる。
クの時間変動を表すｄΓ／ｄｔａの表記、受動ベクトル
Ｖｐが加えられるときのトルクの時間変動を表すｄΓ／
ｄｔ ｐの表記、基準トルクΓｒｅｆの表記、現在のトル
クΓｎの表記を使用すると、次の連立方程式からｔａ及
びｔｐの値を計算することができる。
【００４２】
【数６】 図１の線図で示される基準座標（α、β）で、最も近時
に使用された能動ベクトルに隣接した可能な能動ベクト
ルの中から、磁束誤差を最小にすることに対応する能動
ベクトルを選択する手段が設けられる。
に使用された能動ベクトルに隣接した可能な能動ベクト
ルの中から、磁束誤差を最小にすることに対応する能動
ベクトルを選択する手段が設けられる。
【００４３】更に、任意の決定されたスイッチング周波
数でトルクのうねりを最小にするベクトルを、能動ベク
トルとして選択することができる。
数でトルクのうねりを最小にするベクトルを、能動ベク
トルとして選択することができる。
【００４４】もし結果の制御が数学的に正確であれば、
Γｒｅｆは常にΓｎに等しく、能動ベクトルを２つの部
分へ再分割すると、常に対称の配分を生じる。しかし、
実際には、現在のトルクΓｎは基準トルクΓｒｅｆと等
しくはなく、従って図６に示されるように、コマンド・
トリプレットのベクトル間の配分は、（Ｖａ、ｔ１）、
（Ｖｐ、ｔｐ）、（Ｖａ、（ｔａ−ｔ１））となる。
Γｒｅｆは常にΓｎに等しく、能動ベクトルを２つの部
分へ再分割すると、常に対称の配分を生じる。しかし、
実際には、現在のトルクΓｎは基準トルクΓｒｅｆと等
しくはなく、従って図６に示されるように、コマンド・
トリプレットのベクトル間の配分は、（Ｖａ、ｔ１）、
（Ｖｐ、ｔｐ）、（Ｖａ、（ｔａ−ｔ１））となる。
【００４５】トルクは、所与のトリプレットの２つの能
動ベクトルの間で分割される全能動持続時間ｔａに対応
する利用可能な範囲の中の持続時間ｔ１に作用すること
によって、調節することができる。
動ベクトルの間で分割される全能動持続時間ｔａに対応
する利用可能な範囲の中の持続時間ｔ１に作用すること
によって、調節することができる。
【００４６】この時間の分割は、次の方程式によって定
められる。
められる。
【００４７】
【数７】 コマンドシーケンス（Ｖａ、ｔ１）、（Ｖｐ、ｔｐ）、
（Ｖａ、（ｔａ−ｔ１））は、平均トルクが基準値に設
定され、固定子磁束誤差が最小になるように最終トルク
が基準値へ設定されることを保証する。
（Ｖａ、（ｔａ−ｔ１））は、平均トルクが基準値に設
定され、固定子磁束誤差が最小になるように最終トルク
が基準値へ設定されることを保証する。
【図１】各スイッチが２つの論理レベルを有する３つの
スイッチを含むインバータによって回転機械の固定子へ
与えられる各種の電圧の瞬時ベクトルを示す図である。
スイッチを含むインバータによって回転機械の固定子へ
与えられる各種の電圧の瞬時ベクトルを示す図である。
【図２】本発明の環境で使用される作業空間を示す図で
ある。
ある。
【図３】基準円（｜ΦＳ｜ｒｅｆ、Γｒｅｆ）に結合す
るように構成された一連のコマンドの、軸ΦＳα、Φ
Ｓβを有する作業平面の図である。
るように構成された一連のコマンドの、軸ΦＳα、Φ
Ｓβを有する作業平面の図である。
【図４】時間の関数としてのトルクを示し、且つコマン
ドシーケンスの段を示す図である。
ドシーケンスの段を示す図である。
【図５】サーボ制御システムに適合された回転機械のブ
ロック図である。
ロック図である。
【図６】本発明に従ってコマンドシーケンスが実行され
るときの、時間関数としてのトルクを示す図である。
るときの、時間関数としてのトルクを示す図である。
１ 回転機械 ２ 電圧インバータ ３ ３’ ３” スイッチ ４ コンピュータ ５ 観測装置 ６ センサ Ａ、Ａ’、Ｃ、Ｄ、Ｆ 点 ＡＢ、ＢＣ、ＣＤ、ＤＥ、ＥＦ、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ
４、Ｖ５、Ｖ６、Ｖ７、Ｖ８ ベクトル Ｂ、Ｅ 遷移点 Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３ 信号 ｄｔ１、ｄｔ２、ｄｔ３ 導通時間 ＤＴＭＬ 特定期間 ｆｄ チョッパ周波数 ｍ 状態の数 ｎ 位相の数 Ｔ サンプリング期間 ｔ 現在の時間 ｔａ 能動ベクトルが加えられる時間 ｔｐ 受動ベクトルが加えられる時間 Ｖａ 能動ベクトル Ｖｉ 固定子電圧ベクトル Ｖｐ 受動ベクトル ＶＳ 出力電圧ベクトル ＶＳα、ＶＳβ 独立成分 Γ 電磁トルク Γｎ 現在のトルク Γｒｅｆ 基準電磁トルク ΦＲ、ΦＳ 回転子磁束 ΦＳｒｅｆ 基準固定子磁束 Φｒｅｆ 基準磁束 ΦＳα、ΦＳβ 磁束軸
４、Ｖ５、Ｖ６、Ｖ７、Ｖ８ ベクトル Ｂ、Ｅ 遷移点 Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３ 信号 ｄｔ１、ｄｔ２、ｄｔ３ 導通時間 ＤＴＭＬ 特定期間 ｆｄ チョッパ周波数 ｍ 状態の数 ｎ 位相の数 Ｔ サンプリング期間 ｔ 現在の時間 ｔａ 能動ベクトルが加えられる時間 ｔｐ 受動ベクトルが加えられる時間 Ｖａ 能動ベクトル Ｖｉ 固定子電圧ベクトル Ｖｐ 受動ベクトル ＶＳ 出力電圧ベクトル ＶＳα、ＶＳβ 独立成分 Γ 電磁トルク Γｎ 現在のトルク Γｒｅｆ 基準電磁トルク ΦＲ、ΦＳ 回転子磁束 ΦＳｒｅｆ 基準固定子磁束 Φｒｅｆ 基準磁束 ΦＳα、ΦＳβ 磁束軸
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 セルジユ・プラン フランス国、91290・アルパジヨン、ブー ルバール・ボルテール、４、レジダンス・ ル・クロ・ベリー
Claims (4)
- 【請求項１】 ｎ個のスイッチ（３、３’、３”）を有
し、各スイッチがｍ個の状態を取ることができ、それに
よって固定子電圧ベクトルＶｉ（ここで、ｉ∈
｛１、．．．、ｍｎ｝）についてｍｎ個の状態が定めら
れるインバータ（２）を介してパワーを与えられるｎ相
を有する回転機械の電磁トルクを制御する方法であっ
て、該回転機械は、一組のセンサ（６）、観測装置
（５）、及びコンピュータ（４）を含むサーボ制御シス
テムによって、電磁トルクΓ及び固定子磁束Φ Ｓに関し
て基準電磁トルクΓｒｅｆ及び基準固定子磁束Φ
Ｓｒｅｆへサーボ制御され、コンピュータは、センサに
よって観測装置へ与えられた値に基づいて、インバータ
の多状態スイッチへ制御信号を３つの連続コマンドの連
続シーケンスとして送ると共に、各シーケンスについ
て、トルクΓ及び固定子磁束ΦＳを基準トルクΓｒｅｆ
及び基準磁束ΦＳｒｅｆへ最適に近づけるように、多状
態スイッチを制御するため固定子電圧ベクトルのＶｉ個
の可能な状態の中から連続して使用される３つのコマン
ドベクトルを決定し、 前記方法が、測定目的のためのサンプリング期間が、３
つの連続コマンドのシーケンスに特定される期間ＤＴＭ
Ｌに等しく選択され、該期間ＤＴＭＬ自身が、インバー
タのスイッチング期間の半分に等しいシステムにおい
て、次の連立方程式 【数１】 （ここで、ｄΓ／ｄｔａは能動ベクトルＶａが加えられ
ている間のトルクの時間変動に対応し、ｄΓ／ｄｔｐは
受動ベクトルＶｐが加えられている間のトルクの時間変
動に対応し、Γｒｅｆは基準トルクであり、Γｎは現在
のトルクであり、ｔａ及びｔｐは、能動ベクトル及び受
動ベクトルがそれぞれ加えられる時間である）を解くこ
とによって、各シーケンスのベクトルの時点及び持続時
間が得られることを特徴とする電磁トルクの制御方法。 - 【請求項２】 シーケンスのために能動ベクトルが加え
られる時間が、次の 【数２】 に従って、受動ベクトルが加えられる時間の前後に分割
される、請求項１に記載の電磁トルクの制御方法。 - 【請求項３】 ｎ個のスイッチ（３、３’、３”）を有
し、各スイッチがｍ個の状態を取ることができ、それに
よって固定子電圧ベクトルＶｉ（ここで、ｉ∈
｛１、．．．、ｍｎ｝）についてｍｎ個の状態が定めら
れるインバータ（２）によってパワーを与えられるｎ相
を有する回転機械のサーボ制御システムであって、該回
転機械は、一組のセンサ（６）、観測装置（５）、及び
コンピュータ（４）を含むサーボ制御システムによっ
て、電磁トルクΓ及び固定子磁束ΦＳに関して基準電磁
トルクΓｒｅｆ及び基準固定子磁束ΦＳｒｅｆへサーボ
制御され、コンピュータは、センサによって観測装置へ
与えられた値に基づいて、インバータの多状態スイッチ
へ制御信号を３つの連続コマンドの連続シーケンスとし
て送ると共に、各シーケンスについて、トルクΓ及び固
定子磁束ΦＳを基準トルクΓ ｒｅｆ及び基準磁束Φ
Ｓｒｅｆへ最適に近づけ多状態スイッチを制御するよう
に、固定子電圧ベクトルのＶｉ個の可能な状態の中から
連続して使用される３つのコマンドベクトルを決定し、 前記システムが請求項１又は２に記載の電磁トルクの制
御方法に従って動作することを特徴とするサーボ制御シ
ステム。 - 【請求項４】 ｎ個のスイッチ（３、３’、３”）を有
し、各スイッチがｍ個の状態を取ることができ、それに
よって固定子電圧ベクトルＶｉ（ここで、ｉ∈
｛１、．．．、ｍｎ｝）についてｍｎ個の状態が定めら
れるインバータ（２）を介してパワーを与えられるｎ相
回転機械であって、該回転機械は、一組のセンサ
（６）、観測装置（５）、及びコンピュータ（４）を含
むサーボ制御システムによって、電磁トルクΓ及び固定
子磁束ΦＳに関して基準電磁トルクΓｒｅｆ及び基準固
定子磁束ΦＳｒｅｆへサーボ制御され、コンピュータ
は、センサによって観測装置へ与えられた値に基づい
て、インバータの多状態スイッチへ制御信号を３つの連
続コマンドの連続シーケンスとして送ると共に、各シー
ケンスについて、固定子電圧ベクトルのＶｉ個の可能な
状態の中から連続して使用される３つのコマンドベクト
ルを決定することによって、トルクΓ及び固定子磁束Φ
Ｓを基準トルクΓｒｅｆ及び基準磁束ΦＳｒｅｆへ最適
に近づけ、それに従って多状態スイッチを制御し、 該回転機械が、請求項１又は２に記載の電磁トルクの制
御方法を実施するサーボ制御システムへ接続されている
ことを特徴とするｎ相回転機械。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9813848 | 1998-11-04 | ||
| FR9813848A FR2785470B1 (fr) | 1998-11-04 | 1998-11-04 | Procede de commande pour machine electrique tournante, systeme d'asservissement pour la mise en oeuvre de ce procede et machine tournante equipee d'un tel systeme |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000324890A true JP2000324890A (ja) | 2000-11-24 |
Family
ID=9532334
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11306301A Pending JP2000324890A (ja) | 1998-11-04 | 1999-10-28 | 回転機械を制御する方法、該方法を実施するためのサーボ制御システムおよびそのようなシステムに接続される回転機械 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6198248B1 (ja) |
| EP (1) | EP0999639A1 (ja) |
| JP (1) | JP2000324890A (ja) |
| FR (1) | FR2785470B1 (ja) |
| NO (1) | NO320412B1 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2517579A1 (en) * | 2002-02-28 | 2003-09-04 | Zetacon Corporation | Predictive control system and method |
| US7274865B2 (en) * | 2003-09-04 | 2007-09-25 | Patricio Lagos Lehuede | General purpose 100% solid state drive for direct current rotary machines |
| DE102007014728A1 (de) * | 2007-03-24 | 2008-10-02 | Woodward Seg Gmbh & Co. Kg | Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb einer doppeltgespeisten Asynchronmaschine bei transienten Netzspannungsänderungen |
| CN103346585B (zh) * | 2013-07-08 | 2015-05-27 | 合肥工业大学 | 一种基于状态观测器的并网逆变器控制方法 |
| CN104898071B (zh) * | 2015-06-12 | 2018-02-02 | 东南大学 | 基于状态观测的模块化多电平逆变器故障诊断方法 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4707651A (en) * | 1986-07-22 | 1987-11-17 | Westinghouse Electric Corp. | Voltage-controlled field-oriented induction motor control system |
| FR2731568B1 (fr) * | 1995-03-09 | 1997-04-18 | Alsthom Cge Alcatel | Correcteur, dispositif et procede pour la commande du couple electromagnetique d'une machine asynchrone |
| FR2759216B1 (fr) * | 1997-02-06 | 1999-03-05 | Alsthom Cge Alcatel | Procede de regulation d'une machine tournante, systeme d'asservissement pour mettre en oeuvre ledit procede, et machine tournante pourvue d'un tel systeme |
| US6008618A (en) * | 1997-11-26 | 1999-12-28 | General Motors Corporation | Zero speed start-up for a speed sensorless induction motor drive |
| JPH11235099A (ja) * | 1997-12-08 | 1999-08-27 | Meidensha Corp | 誘導機のベクトル制御方式 |
| US6137258A (en) * | 1998-10-26 | 2000-10-24 | General Electric Company | System for speed-sensorless control of an induction machine |
| US6014006A (en) * | 1999-06-24 | 2000-01-11 | Ford Global Technologies, Inc. | Induction motor control system with speed and flux estimation |
-
1998
- 1998-11-04 FR FR9813848A patent/FR2785470B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
1999
- 1999-10-26 EP EP99402654A patent/EP0999639A1/fr not_active Withdrawn
- 1999-10-28 JP JP11306301A patent/JP2000324890A/ja active Pending
- 1999-11-03 US US09/433,287 patent/US6198248B1/en not_active Expired - Fee Related
- 1999-11-03 NO NO19995369A patent/NO320412B1/no unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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