JP2010528385A - 閉ループ制御方法、および多チャンネルフィードバックを有する閉ループ制御装置 - Google Patents
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Abstract
多チャンネルフィードバックを有する閉ループ制御方法を説明する。該方法では、サンプリングレートfAで閉ループ制御変数xをサンプリングすることにより決定されるフィードバック変数r1、および、期間TSにわたる閉ループ制御変数xを平均化することにより決定される、さらなるフィードバック変数r2を、ガイド変数wとそれぞれ別々に比較する。処理において決定される制御エラーe1,e2のそれぞれを、個別閉ループ制御出力変数m1,m2をそれぞれ生成する分離されたコントローラ31,32に入力する。最後に、個別閉ループ制御出力変数m1,m2から生成される閉ループ制御出力変数mを、閉ループ制御変数xがガイド変数wを追従するように、閉ループ制御変数xを調節するために用いる。
Description
図1は、PI−コントローラおよびパルス幅変調によって負荷の電流制御を行う制御ループのブロック図を示す。
図2は、パルス幅変調によって実行された電流制御における時間的な電圧−/電流曲線を示す。
図3は、アンチエイリアシングローパスフィルタによる電流測定における時間的な電圧−/電流曲線を示す。
図4は、スイッチング周波数の期間の積分による電流測定における時間的な電圧−/電流曲線を示す。
図5は、時間における特定の高周波のない点にて、電流の進行を同期的にサンプリングすることによる電流測定における時間的な電圧−/電流曲線を示す。
図6Aは、2チャンネル電流フィードバックを有する、新しい電流コントローラのブロック図を示す。
図6Bは、3チャンネル電流フィードバックを有する、新しい電流コントローラのブロック図を示す。
図7は、サーボモータ用の新しい電流制御装置のブロック図を示す。
図8は、2つの異なる電流成分が互いに独立して決定され制御される、3相モータ用の電流コントローラのブロック図を示す。
図9は、上記電流制御装置により重畳される回転速度制御装置を有する、閉ループ制御システムのブロック図を示す。
より高いサンプリングレートは、一般的に意味を成さない。ここでは、パルス幅変調はより速く切り替わるべきではあるが、技術的に好ましくない、または不可能である。また、より低いサンプリングレートも意味を成さない。これは、閉ループ制御が不必要に遅く行われるためである。
Claims (26)
- 閉ループ制御方法であって、
サンプリングレート(fA)にて制御変数(x)をサンプリングすることにより第1フィードバック変数(r1)を決定するステップであって、上記制御変数(x)の実効値(xist)が上記サンプリングレート(fA)により決定される時間(t1,t2,t3,t4)の点においてそれぞれ登録され、上記実効値(xist)が第1フィードバック変数(r1)として与えられるステップと、
上記第1フィードバック変数(r1)をコマンド変数(w)と比較することにより第1制御偏差(e1)を決定するステップと、
第1コントローラ(31)によって、上記第1制御偏差(e1)から第1個別コントローラ出力変数(m1)を生成するステップと、
上記制御変数(x)を平均化することにより第2フィードバック変数(r2)を決定するステップであって、上記制御変数(x)の実効値(xist)が期間(TS)にわたって登録され、当該実効値から平均値が生成され、上記平均化された実効値(xint)が第2フィードバック変数(r2)として与えられるステップと、
上記第2フィードバック変数(r2)を上記コマンド変数(w)と比較することにより第2制御偏差(e2)を決定するステップと、
第2コントローラ(32)によって、上記第2制御偏差(e2)から第2個別コントローラ出力変数(m2)を生成するステップと、
上記2つの個別コントローラ出力変数(m1,m2)からコントローラ出力変数(m)を生成するステップとを含み、
上記制御変数(x)が上記コマンド変数(w)を追従するように、上記制御変数(x)を設定するための上記コントローラ出力変数(m)を用いる、閉ループ制御方法。 - 上記第1個別コントローラ出力変数(m1)は、比例コントローラ(31)によって、上記第1制御偏差(e1)から生成され、かつ/または、
上記第2個別コントローラ出力変数(m2)は、積分コントローラ(32)によって、上記第2制御偏差(e2)から生成される、請求項1に記載の閉ループ制御方法。 - 上記コントローラ出力変数(m)は、上記2つの個別コントローラ出力変数(m1,m2)を合計することにより生成される、請求項1または2に記載の閉ループ制御方法。
- 上記第2フィードバック変数(r2)は、上記期間(TS)にわたる上記制御変数(x)の実効値(xist)の積分により決定される、請求項1〜3のいずれか1項に記載の閉ループ制御方法。
- スイッチング周波数(fS)で計測された作動変数(y)が、上記制御変数(x)を設定するための上記コントローラ出力変数(m)から生成され、
上記制御変数(x)のサンプリングは、上記スイッチング周波数(fS)の2倍にて行われ、かつ/または、
上記制御変数(x)の平均値(xint)は、上記作動変数(y)のスイッチング周波数(fS)により予め決定されるスイッチング期間(TS)、または、当該スイッチング期間(TS)の整数倍、に対応する期間にわたって生成される、請求項1〜4のいずれか1項に記載の閉ループ制御方法。 - 上記制御変数(x)のサンプリングは、上記作動変数(y)の計測に用いられるクロック信号と同期して行われる、請求項5に記載の閉ループ制御方法。
- 各ケースにおいて、上記サンプリングは、上記制御変数(x)の時間における高周波のない点にて行われる、請求項1〜6のいずれか1項に記載の閉ループ制御方法。
- 上記作動変数(y)の計測は、パルス幅変調によって行われる、請求項5〜7のいずれか1項に記載の閉ループ制御方法。
- 上記制御変数(x)は、デジタルコントローラによって制御され、
アナログ信号は、デルタ−シグマ変調器によってデジタル化される、請求項1〜8のいずれか1項に記載の閉ループ制御方法。 - 制御変数(x)として、負荷(60)の電流が制御される、請求項1〜9のいずれか1項に記載の閉ループ制御方法。
- 電気モータ(60)の電流が、制御変数(x)として制御され、かつ、
上記コマンド変数(w)は、上位の回転速度制御ループ(2)によって与えられる、または、上位の回転速度制御ループ(2)およびフィードフォワードシステムによって与えられる、請求項10に記載の閉ループ制御方法。 - 閉ループ制御装置であって、
測定装置(10)と、
第1および第2比較素子(21,22)を有する比較装置(20)と、
第1および第2コントローラ(31,32)を有する閉ループ制御装置(30)と、
加算装置(40)と、
作動ユニット(50)とを備え、
上記測定装置(10)は、制御変数(x)をサンプリングすることにより第1フィードバック変数(r1)を決定するように構成され、上記制御変数(x)の実効値(xist)は、サンプリング周波数(fA)により決定される時間(t1,t2,t3,t4)の点ごとに登録され、上記制御変数(x)の実効値(xist)は第1フィードバック変数(r1)として与えられ、
上記測定装置(10)は、上記制御変数(x)を平均化することにより第2フィードバック変数(r2)を決定するようにさらに構成され、上記制御変数(x)の実効値(xist)は期間(TS)にわたって決定および平均化され、上記平均化された実効値(xint)は第2フィードバック変数(r2)として与えられ、
上記第1比較素子(21)は、上記第1フィードバック変数(r2)とコマンド変数(w)との比較によって、第1制御偏差(e1)を生成するように構成され、
上記第2比較素子(22)は、上記第2フィードバック変数(r2)とコマンド変数(w)との比較によって、第2制御偏差(e2)を生成するように構成され、
上記第1コントローラ(31)は、上記第1制御偏差(e1)から第1個別コントローラ出力変数(m1)を生成するように構成され、
上記第2コントローラ(32)は、上記第2制御偏差(e2)から第2個別コントローラ出力変数(m2)を生成するように構成され、
上記加算装置(40)は、上記2つの個別コントローラ出力変数(m1,m2)からコントローラ出力変数(m)を生成するように構成され、
上記作動ユニット(50)は、上記制御変数(x)が上記コマンド変数(w)を追従するように、上記コントローラ出力変数(m)によって上記制御変数(x)を設定する、閉ループ制御装置。 - 上記第1コントローラ(31)は比例コントローラであり、かつ/または、上記第2コントローラ(32)は積分コントローラである、請求項12に記載の閉ループ制御装置。
- 上記測定装置(10)は、上記期間(TS)にわたる上記制御変数(x)の積分によって上記平均化された実効値(xist)を生成するために、積分装置(12)を備えている、請求項12または13に記載の閉ループ制御装置。
- 上記作動ユニット(50)は、上記制御変数(x)を設定するために、上記コントローラ出力変数(m)から、スイッチング周波数(fS)で計測される作動変数(y)を生成するように構成され、
上記測定装置(10)は、上記スイッチング周波数(fS)の2倍にて上記制御変数(x)を採取するように構成され、かつ/または、
上記測定装置(10)は、上記作動変数(y)のスイッチング周波数(fS)により予め決定されるスイッチング期間(TS)、または、当該スイッチング期間(TS)の整数倍、に対応する期間にわたって、上記制御変数(x)の平均値(xint)を生成するように構成されている、請求項12〜14のいずれか1項に記載の閉ループ制御装置。 - 上記測定装置(10)は、上記作動ユニット(50)が上記作動変数(y)の計測に用いるクロック信号と同期して上記制御変数(x)を採取するように構成されている、請求項15に記載の閉ループ制御装置。
- 上記測定装置(10)は、高周波のない上記制御変数(x)の時間の点ごとに上記サンプリングを行うように構成されている、請求項16に記載の閉ループ制御装置。
- 上記作動ユニット(50)は、上記作動変数(y)を計測するために、パルス幅変調器(51)を備えている、請求項15〜17のいずれか1項に記載の閉ループ制御装置。
- 上記制御装置(30)は、デジタルコントローラとして構成されている、請求項12〜18のいずれか1項に記載の閉ループ制御装置。
- 上記測定装置(10)は、アナログ信号をデジタル化するデルタ−シグマ変調器(13)を備え、かつ、
上記測定装置(10)における上記積分装置(12)および/またはサンプリング装置(11)は、プログラマブル半導体装置におけるアルゴリズムとして実行される、請求項19に記載の閉ループ制御装置。 - 上記閉ループ制御装置(1)は、負荷(60)の電流コントローラとして構成されている、請求項12〜20のいずれか1項に記載の閉ループ制御装置。
- 上記電流制御装置(1)は、上位の回転速度制御ループ(2)の一部であり、上記作動変数は、上記電流コントローラ(1)のコマンド変数(w)を、単独で、または、フィードフォワードシステムとともに生成する、請求項21に記載の閉ループ制御装置。
- 上記閉ループ制御装置(1)は、サーボモータ(60)のための電流制御装置として構成されている、請求項21または22に記載の閉ループ制御装置。
- 上記閉ループ制御装置(1)は、ステイター固定フレームにおける三相モータ(60)の電流を制御するように構成され、かつ、
上記適用されたステイター固定フレームに応じて、2つまたは3つの測定装置(10’,10’’)、並びに、2つまたは3つの制御装置(20’,20’’)が、相互に独立して、上記各ステイター固定フレームにおける個別電流成分(ia,ib,ic,iα,iβ)を登録および制御するために設けられている、請求項21〜23のいずれか1項に記載の閉ループ制御装置。 - 上記閉ループ制御装置(1)は、フィールド指向座標システムにおける三相モータ(60)の電流を制御するように構成され、かつ、
上記フィールド指向座標システムにおける各電流成分(iq,id)のための、各制御装置(20’,20’’)が設けられ、かつ、
2つまたは3つの測定装置(10’,10’’)が、相互に独立して、上記フィールド指向座標システムにおける2つの電流成分(iq,id)、または、上記三相モータ(60)における3つの電流成分(ia,ib,ic)の全て、を登録するために設けられている、請求項21〜23のいずれか1項に記載の閉ループ制御装置。 - 閉ループ制御システム(3)であって、
電気モータ(60)と回転速度制御ループ(2)とを備え、
上記回転速度制御ループ(2)は、請求項12〜25のいずれか1項に記載の閉ループ制御装置(1)を備え、上記回転速度制御ループ(2)は、上記電気モータ(60)のための電流制御装置として機能する、閉ループ制御システム。
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