JP2013190895A - Arbitrary characteristic circuit synthesis method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インバータ回路とエネルギー蓄積素子を含む主回路部を適切に制御することにより、任意の特性を有する回路を合成する方法に関する。 The present invention relates to a method for synthesizing a circuit having an arbitrary characteristic by appropriately controlling a main circuit unit including an inverter circuit and an energy storage element.
任意の線形1端子対回路の時間領域における特性は、図1(A)に示すように、過渡アドミタンスy(t)または過渡インピーダンスz(t)により表すことができる。同回路の端子電圧および端子電流の時間関数をそれぞれv(t)、i(t)とすると、端子電流i(t)および端子電圧v(t)の関係は相乗記号を*として次式の通りとなる。
また、任意の線形1端子対回路の周波数領域における特性は、図1(B)に示すように、アドミタンス関数Y(s)またはインピーダンス関数Z(s)により表すことができる。同回路の端子電圧および端子電流の周波数関数をそれぞれV(s)、I(s)とすると、端子電流I(s)および端子電圧V(s)の関係は次式の通りとなる。ただし、ωを角周波数としてs=jωである。
任意の特性を有する回路を合成する従来の方法としては、回路全体の特性が所望のアドミタンス特性(y(t)、Y(s))またはインピーダンス特性(z(t)、Z(s))となるように複数の回路素子(抵抗、キャパシタ、インダクタ等)を組み合わせる方法がある。しかしながら、この従来の合成方法は、特性を変更する際に具体的な回路素子を組み合わせなおす必要があるという問題があった。また、この合成方法は、現実に存在しない特性を持つ回路(例えば、負性インダクタ)を合成することができないという問題があった。 As a conventional method for synthesizing a circuit having an arbitrary characteristic, a characteristic of the entire circuit is a desired admittance characteristic (y (t), Y (s)) or an impedance characteristic (z (t), Z (s)). There is a method of combining a plurality of circuit elements (resistors, capacitors, inductors, etc.). However, this conventional synthesis method has a problem that it is necessary to recombine specific circuit elements when changing characteristics. In addition, this synthesis method has a problem that a circuit having characteristics that do not actually exist (for example, a negative inductor) cannot be synthesized.
なお、負性インダクタを合成することができる合成方法としては、非特許文献1に記載の方法が知られている。しかしながら、この合成方法は、オペアンプおよびアナログ乗算器を含むアナログ部品からなる帰還回路を用いた、負性インダクタの合成に特化した合成方法であり、汎用性が高くなかった。
As a synthesis method capable of synthesizing a negative inductor, a method described in
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、汎用性が高く、しかも現実に存在しない特性を持つ回路をも合成することができる任意特性回路合成方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an arbitrary characteristic circuit synthesizing method capable of synthesizing a circuit having high versatility and characteristics that do not actually exist. There is.
上記課題を解決するために、本発明に係る任意特性回路合成方法は、インバータ回路およびエネルギー蓄積素子を含む主回路部と、測定した主回路部の端子電圧または端子電流に基づいて主回路部の端子電流または端子電圧に関する基準信号を生成する基準信号生成部と、主回路部の端子電流または端子電圧が基準信号に一致するようにインバータ回路のスイッチ素子を制御する制御部とからなるシステムを用いて任意の特性を有する回路を合成する方法であって、(a)主回路部の端子電圧を測定する場合は、基準信号生成部が、予め求めておいた上記回路のアドミタンス特性および測定した端子電圧に基づいて端子電流に関する基準信号を生成し、(b)一方、主回路部の端子電流を測定する場合は、基準信号生成部が、予め求めておいた上記回路のインピーダンス特性および測定した端子電流に基づいて端子電圧に関する基準信号を生成することを特徴とする。 In order to solve the above problems, an arbitrary characteristic circuit synthesis method according to the present invention includes a main circuit unit including an inverter circuit and an energy storage element, and a main circuit unit based on the measured terminal voltage or terminal current of the main circuit unit. A system comprising a reference signal generation unit that generates a reference signal related to a terminal current or a terminal voltage, and a control unit that controls a switching element of the inverter circuit so that the terminal current or the terminal voltage of the main circuit unit matches the reference signal is used. And (a) when measuring the terminal voltage of the main circuit unit, the admittance characteristic of the circuit previously determined by the reference signal generation unit and the measured terminal (B) On the other hand, when measuring the terminal current of the main circuit unit based on the voltage, the reference signal generating unit obtains the reference signal in advance. And generating a reference signal related to the terminal voltage based on the impedance characteristic and the measured terminal current of the circuit.
上記任意特性回路合成方法では、基準信号生成部をディジタルフィルタで構成することができる。この場合、ディジタルフィルタは、基準信号生成部および制御部における制御遅れを考慮したものであることが好ましい。 In the arbitrary characteristic circuit synthesizing method, the reference signal generation unit can be constituted by a digital filter. In this case, the digital filter is preferably one that takes into account control delays in the reference signal generation unit and the control unit.
なお、(a)主回路部の端子電圧を測定する場合は、エネルギー蓄積素子としてインダクタを使用し、(b)主回路部の端子電流を測定する場合は、エネルギー蓄積素子としてキャパシタを使用すればよい。 Note that (a) when measuring the terminal voltage of the main circuit section, an inductor is used as the energy storage element, and (b) when measuring the terminal current of the main circuit section, a capacitor is used as the energy storage element. Good.
本発明によれば、汎用性が高く、しかも現実に存在しない特性を持つ回路をも合成することができる任意特性回路合成方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an arbitrary characteristic circuit synthesis method capable of synthesizing a circuit having high versatility and having characteristics that do not actually exist.
以下、添付図面を参照しつつ、本発明に係る任意特性回路合成方法の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of an arbitrary characteristic circuit synthesis method according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[システム全体の構成]
本発明に係る任意特性回路合成方法では、インバータ回路およびエネルギー蓄積素子を含む主回路部と、測定した主回路部の端子電圧または端子電流に基づいて主回路部の端子電流または端子電圧に関する基準信号を生成する基準信号生成部と、主回路部の端子電流または端子電圧が基準信号に一致するようにインバータ回路を制御する制御部とからなるシステムを用いる。
[Entire system configuration]
In the method for synthesizing an arbitrary characteristic circuit according to the present invention, a main circuit unit including an inverter circuit and an energy storage element, and a reference signal related to the terminal current or terminal voltage of the main circuit unit based on the measured terminal voltage or terminal current of the main circuit unit And a control unit that controls the inverter circuit so that the terminal current or the terminal voltage of the main circuit unit matches the reference signal.
図2に主回路部の一例を示す。図2(A)は、アドミタンス形の合成を行う場合、すなわち所望のアドミタンス特性(y(t))を有するようにインバータ回路のスイッチ素子を制御して合成を行う場合に使用する主回路部である。同図に示すように、この主回路部は、4つのスイッチ素子と4つのダイオードからなる電圧形のインバータ回路と、エネルギー蓄積素子としてのインダクタと、直流電圧源とを備えている。一方、図2(B)は、インピーダンス形の合成を行う場合、すなわち所望のインピーダンス特性(z(t))を有するようにインバータ回路のスイッチ素子を制御して合成を行う場合に使用する主回路部である。同図に示すように、この主回路部は、4つのスイッチ素子と4つのダイオードからなる電流形のインバータ回路と、エネルギー蓄積素子としてのキャパシタと、直流電流源とを備えている。 FIG. 2 shows an example of the main circuit unit. FIG. 2A shows a main circuit unit used when admittance-type synthesis is performed, that is, when synthesis is performed by controlling the switching elements of the inverter circuit so as to have a desired admittance characteristic (y (t)). is there. As shown in the figure, the main circuit section includes a voltage-type inverter circuit including four switch elements and four diodes, an inductor as an energy storage element, and a DC voltage source. On the other hand, FIG. 2B shows a main circuit used in the case of performing impedance-type synthesis, that is, in the case of performing synthesis by controlling the switching elements of the inverter circuit so as to have a desired impedance characteristic (z (t)). Part. As shown in the figure, the main circuit section includes a current source inverter circuit including four switch elements and four diodes, a capacitor as an energy storage element, and a direct current source.
図1および(1)式を用いて説明したように、アドミタンス形の合成を行う場合は、端子電圧v(t)を測定し、v(t)*y(t)に一致するように端子電流i(t)を制御する。一方、インピーダンス形の合成を行う場合は、端子電流i(t)を測定し、i(t)*z(t)に一致するように端子電圧v(t)を制御する。 As described with reference to FIGS. 1 and (1), when admittance synthesis is performed, the terminal voltage v (t) is measured, and the terminal current is matched with v (t) * y (t). i (t) is controlled. On the other hand, when the impedance type is synthesized, the terminal current i (t) is measured, and the terminal voltage v (t) is controlled so as to match i (t) * z (t).
合成すべき回路に抵抗成分がなく、合成回路内でエネルギーの消費および回生が行われない場合は、主回路部の直流電圧源または直流電流源をキャパシタまたはインダクタに置き換え、構成を簡略化することができる(図3参照)。 If the circuit to be synthesized does not have a resistance component and energy is not consumed and regenerated in the synthesis circuit, the DC voltage source or DC current source in the main circuit section is replaced with a capacitor or inductor to simplify the configuration. (See FIG. 3).
図4に、本発明に係るアドミタンス形の合成方法で使用するシステムの全体構成を示す。前記の通り、本発明で使用するシステムは、図2および図3に示す主回路部の他、基準信号x*(t)またはx*[k]を生成する基準信号生成部と、インバータ回路のスイッチ素子を制御する制御部とを備えている。基準信号生成部は、アドミタンス形の合成を行う場合は端子電流i(t)に関する基準信号i*(t)またはi*[k]を生成し、インピーダンス形の合成を行う場合は、端子電圧v(t)に関する基準信号v*(t)またはv*[k]を生成する。 FIG. 4 shows the overall configuration of a system used in the admittance synthesis method according to the present invention. As described above, the system used in the present invention includes a reference signal generation unit that generates the reference signal x * (t) or x * [k] in addition to the main circuit unit illustrated in FIGS. And a control unit for controlling the switch element. The reference signal generation unit generates a reference signal i * (t) or i * [k] related to the terminal current i (t) when performing admittance type synthesis, and the terminal voltage v when performing impedance type synthesis. A reference signal v * (t) or v * [k] for (t) is generated.
図4(A)は、基準信号生成部および制御部の両方をディジタル的処理を行う回路で構成した場合のシステムである。この場合、基準信号生成部は、測定した端子電圧v(t)をAD変換するAD変換機と、該AD変換により得られた端子電圧v[k]に基づいて基準信号i*[k]を生成するディジタル処理部(例えば、DSP(Digital Signal Processor))とを備えている。また、制御部は、実際の端子電流i(t)をAD変換することにより得られた端子電流i[k]を基準信号i*[k]に一致させるような制御信号u[k]を生成するディジタル制御部(例えば、DSP)と、制御信号u[k]を制御信号u(t)に変換するDA変換器とを備えている。主回路部のインバータ回路は、この制御信号u(t)によって制御される。 FIG. 4A shows a system in which both the reference signal generation unit and the control unit are configured by a circuit that performs digital processing. In this case, the reference signal generation unit obtains the reference signal i * [k] based on the AD converter that AD converts the measured terminal voltage v (t) and the terminal voltage v [k] obtained by the AD conversion. And a digital processing unit (for example, DSP (Digital Signal Processor)) to be generated. In addition, the control unit generates a control signal u [k] that matches the terminal current i [k] obtained by AD conversion of the actual terminal current i (t) with the reference signal i * [k]. A digital control unit (for example, a DSP), and a DA converter that converts the control signal u [k] into the control signal u (t). The inverter circuit of the main circuit unit is controlled by this control signal u (t).
図4(B)は、基準信号生成部をアナログ的処理を行う回路で構成した場合のシステム、図4(C)は、基準信号生成部と制御部の両方をアナログ的処理を行う回路で構成した場合のシステムである。図示していないが、制御部だけをアナログ的処理を行う回路で構成することもできる。つまり、本発明に係るアドミタンス形の合成方法では、4通りのシステムを使用することができる。 4B shows a system in which the reference signal generation unit is configured by a circuit that performs analog processing, and FIG. 4C illustrates that both the reference signal generation unit and the control unit are configured by circuits that perform analog processing. This is the system when Although not shown, only the control unit can be configured by a circuit that performs analog processing. That is, in the admittance type synthesis method according to the present invention, four systems can be used.
当然ながら、本発明に係るインピーダンス形の合成方法でも、4通りのシステムを使用することができる。インピーダンス形の合成を行う場合は、主回路部の構成を一部変更するとともに、端子電圧および端子電流を表す記号を入れ替えればよい。 Naturally, four types of systems can also be used in the impedance type synthesis method according to the present invention. When combining impedance types, it is only necessary to change the configuration of the main circuit part and replace symbols representing terminal voltage and terminal current.
[制御部の構成]
続いて、図5を参照しながら、制御部の具体的な構成について説明する。
[Configuration of control unit]
Next, a specific configuration of the control unit will be described with reference to FIG.
(アナログ的処理を行う回路で構成した制御部)
図5(A)は、アナログ的処理を行う回路で構成した制御部の一例である。同図に示すように、この制御部は、主回路部を状態フィードバック制御するとともに、2次の積分補償を行う。補償を2次としたのは、1次の補償では一定値への補償しか行うことができず、基準信号x*(t)の動的な変化に追従することができないからである。図5(A)の例では、主回路部が直流電圧源または直流電流源を含んでおり(図2参照)、主回路部自身が1次の補償を行うため、制御系全体でみたときの補償は3次となる。このため、フィードバックゲインは、f、g1、g2の3つとなる。補償器の次数や構成は必要に応じて適宜変更することができ、例えば、より高次としたり、正弦波補償器等を組み合わせたりしてもよい。
(Control unit composed of analog processing circuits)
FIG. 5A illustrates an example of a control unit including a circuit that performs analog processing. As shown in the figure, this control unit performs state feedback control of the main circuit unit and performs second-order integral compensation. The reason why the compensation is secondary is that the primary compensation can only compensate to a constant value and cannot follow the dynamic change of the reference signal x * (t). In the example of FIG. 5A, the main circuit unit includes a DC voltage source or a DC current source (see FIG. 2), and the main circuit unit itself performs the primary compensation. Compensation is third order. Therefore, there are three feedback gains, f, g 1 , and g 2 . The order and configuration of the compensator can be appropriately changed as necessary. For example, a higher order or a sine wave compensator may be combined.
図5(A)に示す制御系の状態方程式は、主回路部の状態遷移行列および入力ベクトルをそれぞれAc、hcとすると、次式となる。
(ディジタル的処理を行う回路で構成した制御部)
図5(B)は、ディジタル的処理を行う回路で構成した制御部の一例である。状態遷移行列をA、入力ベクトルをh、サンプル時間間隔をTとすると、サンプル時間t=t[k]=kTにおけるこの制御系の状態方程式は次式となる。
FIG. 5B is an example of a control unit configured by a circuit that performs digital processing. Assuming that the state transition matrix is A, the input vector is h, and the sampling time interval is T, the state equation of this control system at the sampling time t = t [k] = kT is as follows.
[基準信号生成部の構成]
次に、基準信号生成部の具体的な構成について説明する。なお、ここではアドミタンス形の合成を行う場合に使用する基準信号生成部について説明するが、この基準信号生成部は、端子電流と端子電流の関係を入れ替えて対応する記号を変換するだけでインピーダンス形の合成を行う場合に使用する基準信号生成部となる。
[Configuration of reference signal generator]
Next, a specific configuration of the reference signal generation unit will be described. Here, a reference signal generation unit used in the case of performing admittance type synthesis will be described. This reference signal generation unit replaces the relationship between the terminal current and the terminal current and simply converts the corresponding symbol to change the impedance type. This is a reference signal generation unit used when combining the above.
(アナログ的処理を行う回路で構成した基準信号生成部)
周波数領域におけるアドミタンス特性Y(s)は次式で表すことができる。
The admittance characteristic Y (s) in the frequency domain can be expressed by the following equation.
測定した端子電圧v(t)および上記アドミタンス特性Y(s)に基づいて、端子電流に関する基準信号i*(t)を生成する基準信号生成部のブロック図を図6に示す。同図に示すように、この基準信号生成部では、(7)式の各項に相当する処理が並列的に行われる。すなわち、この基準信号生成部では、sC0に相当するブロックと、G0に相当するブロックと、2次分数多項式に相当するNc段のブロックと、1次分数多項式に相当するNs段のブロックとが並列に接続されている。この基準信号生成部からは、端子電流に関する基準信号i*(t)が出力される。 FIG. 6 shows a block diagram of a reference signal generation unit that generates a reference signal i * (t) related to a terminal current based on the measured terminal voltage v (t) and the admittance characteristic Y (s). As shown in the figure, in this reference signal generation unit, processing corresponding to each term of equation (7) is performed in parallel. That is, in this reference signal generation unit, a block corresponding to sC 0 , a block corresponding to G 0 , a block of N c stages corresponding to a second-order fractional polynomial, and N s stages corresponding to a first-order fractional polynomial The block is connected in parallel. The reference signal generation unit outputs a reference signal i * (t) related to the terminal current.
なお、インピーダンス形の合成を行う場合は、(7)式で表されるアドミタンス特性Y(s)の代わりに、次式で表されるインピーダンス特性Z(s)を使用すればよい。
(ディジタル的処理を行う回路で構成した基準信号生成部)
ディジタル的処理を行う回路で基準信号生成部を構成する場合は、積分要素の代わりに時間遅れ要素を用いてフィードバック系を構成すればよい。
(Reference signal generator composed of digital processing circuits)
When the reference signal generation unit is configured by a circuit that performs digital processing, a feedback system may be configured using a time delay element instead of an integration element.
ところで、このように構成した基準信号生成部および上記アナログ的処理を行う回路で構成した基準信号生成部では、基準信号と実際の信号との間、例えば、基準信号i*(t)と実際の端子電流i(t)との間にずれ(制御遅れ)が生じてしまう。そこで、以下では、制御遅れをキャンセルし得るディジタルフィルタで構成された基準信号生成部について説明する。 By the way, in the reference signal generating unit configured as described above and the reference signal generating unit configured by the circuit that performs the analog processing, for example, between the reference signal and the actual signal, for example, the reference signal i * (t) and the actual signal Deviation (control delay) occurs with respect to the terminal current i (t). Therefore, hereinafter, a reference signal generation unit configured with a digital filter capable of canceling the control delay will be described.
ディジタル的処理を行う回路で構成した基準信号生成部を用い、かつアドミタンス形の合成を行う場合、端子電流の伝達関数I[z]、端子電圧の伝達関数V[z]およびアドミタンス関数Y[z]の間には(9)式の関係が成立する。
ここで、アドミタンス関数Y[z]は次式の通りである。
図7および(11)式における係数a1,a2,・・・,aNiおよび係数b1,b2,・・・,bNvは、以下の手順により決定することができる。すなわち、(9)式に(11)式を代入し、分母を払うことにより(12)式および(13)式を得、さらに(13)式をベクトルを用いて書き直すことにより(14)式を得る。
(14)式について最小自乗法を用いることにより係数ベクトルxを求めることができる。
[合成例1:負性インダクタ]
本発明に係る合成方法によれば、任意の特性を持つ回路を合成することができるが、その一例として、図6(A)に示すシステムを用いて−5mHの負性インダクタを合成した実験結果について説明する。なお、負性インダクタの周波数特性は高周波域で減衰するので、本合成例ではアドミタンス形の合成を行った。
[Synthesis Example 1: Negative Inductor]
According to the synthesis method of the present invention, a circuit having an arbitrary characteristic can be synthesized. As an example, a result of an experiment in which a negative inductor of −5 mH is synthesized using the system shown in FIG. Will be described. In addition, since the frequency characteristic of the negative inductor attenuates in a high frequency region, an admittance type synthesis was performed in this synthesis example.
合成すべき回路が負性インダクタなので、端子電流i(t)、I(s)はそれぞれ端子電圧v(t)、V(s)の積分に比例する。したがって、次式が成立する。
本合成例で使用した実験系を図9に示す。同図に示すように、主回路部は、インバータ回路と、エネルギー蓄積素子としてのインダクタと、インダクタに直列接続された抵抗と、直流電圧源とを備えている。また、主回路部の端子間には、任意の電圧波形(本合成例では、正弦波および矩形波)を出力可能な電圧源が接続されている。抵抗を設けたのは限流のためである。 The experimental system used in this synthesis example is shown in FIG. As shown in the figure, the main circuit section includes an inverter circuit, an inductor as an energy storage element, a resistor connected in series to the inductor, and a DC voltage source. Further, a voltage source capable of outputting an arbitrary voltage waveform (in this synthesis example, a sine wave and a rectangular wave) is connected between the terminals of the main circuit unit. The resistor is provided for current limiting.
実験パラメータの公称値は下表の通りである。
図10は、入力する任意電圧波形を正弦波(振幅5V,50Hz)とし、端子電圧(図9の入力電圧vin)を測定しながら、−5mHの負性インダクタに対応した基準信号i*に追従するように端子電流(図9のインダクタ電流iL)をインバータ回路でPWM制御した結果であり、このうち、同図(A)は、基準信号生成部および制御部を構成するDSPに取り込まれた端子電圧vin、端子電流iLおよびDSP内で生成された基準信号i*の波形である。この図からは、端子電流iLが基準信号i*にほぼ一致していること、および端子電流iLが端子電圧vinに対して90°進んでおり、負性インダクタの特性を再現できていることが分かる。 FIG. 10 shows a reference signal i * corresponding to a negative inductor of −5 mH while measuring a terminal voltage (input voltage v in ) of an arbitrary voltage waveform to be input as a sine wave (amplitude 5 V, 50 Hz). This is a result of PWM control of the terminal current (inductor current i L in FIG. 9) by the inverter circuit so as to follow, among which (A) in FIG. 9 is taken in by the DSP constituting the reference signal generation unit and the control unit. The terminal voltage v in , the terminal current i L and the waveform of the reference signal i * generated in the DSP. From this figure, the terminals current i L is approximately equal to the reference signal i *, and terminal current i L is proceeding 90 ° with respect to the terminal voltage v in, and able to reproduce the characteristics of the negative inductor I understand that.
また、同図(B)は、オシロスコープで測定した端子電圧vinおよび端子電流iLの波形である。この図からも、端子電流iLが端子電圧vinに対して90°進んでおり、負性インダクタの特性を再現できていることが分かる。 Further, FIG. (B) is a waveform of the terminal voltage measured by oscilloscope v in and the terminal current i L. From also this figure, terminal current i L is proceeding 90 ° with respect to the terminal voltage v in, it can be seen that can reproduce the characteristics of negative inductor.
図11は、入力する任意電圧波形を矩形波(振幅5V,50Hz)とした場合の実験結果であり、このうち、同図(A)は、DSPに取り込まれた端子電圧vin、端子電流iLおよびDSPで生成された基準信号i*の波形、同図(B)は、オシロスコープで測定した端子電圧vinおよび端子電流iLの波形である。正弦波の場合と同様、これらの図からは、端子電流iLが基準信号i*にほぼ一致していることが分かる。 FIG. 11 shows the experimental results when the input arbitrary voltage waveform is a rectangular wave (amplitude 5 V, 50 Hz). Among these, FIG. 11A shows the terminal voltage v in and the terminal current i captured by the DSP. reference signal generated by the L and DSP i * of the waveform, FIG. (B) is a waveform of the terminal voltage measured by oscilloscope v in and the terminal current i L. As in the case of the sine wave, it can be seen from these figures that the terminal current i L substantially matches the reference signal i * .
[合成例2:LCR回路]
次に、図6(A)に示すシステムを用いて図12(A)に示すLCR回路を合成した実験結果について説明する。なお、LCR回路の周波数特性は高周波域で減衰するので、本合成例ではアドミタンス形の合成を行った。
[Synthesis Example 2: LCR circuit]
Next, experimental results obtained by synthesizing the LCR circuit shown in FIG. 12A using the system shown in FIG. Since the frequency characteristics of the LCR circuit are attenuated in the high frequency range, admittance type synthesis was performed in this synthesis example.
LCR回路の等価回路は図12(B)に示す通りなので、合成すべきLCR回路のアドミタンス特性Y(s)は次式で表すことができる。
実験系は図14に示す通りであり、合成例1で使用した実験系にさらにLCR回路を付加した構成となっている。このような構成とすることにより、電圧源から主回路部に向かって流れていく電流isyn(以下、端子電流という)と実際のLCR回路に向かって流れていく電流iLCRが一致しているかどうか、すなわち、合成により得られた回路の特性と実際のLCR回路の特性が一致しているかどうかを判断することができる。実験パラメータの公称値は下表の通りである。
図15は、入力する任意電圧波形を正弦波(振幅5V,50Hz)とし、端子電圧(図14の入力電圧vin)を測定しながら、上記LCR回路に対応した基準信号i*に追従するように端子電流isynをインバータ回路でPWM制御した結果であり、このうち、同図(A)は、基準信号生成部および制御部を構成するDSPに取り込まれた端子電流isyn、DSP内で生成された基準信号i*および電流iLCRの波形である。この図からは、端子電流isynと電流iLCRとがほぼ一致しており、所望のLCR回路が合成できていることが分かる。 FIG. 15 shows that an arbitrary voltage waveform to be input is a sine wave (amplitude 5 V, 50 Hz), and follows a reference signal i * corresponding to the LCR circuit while measuring a terminal voltage (input voltage vin in FIG. 14). The result of the PWM control of the terminal current i syn by the inverter circuit is shown in FIG. 5A. The figure (A) shows the terminal current i syn taken in the DSP constituting the reference signal generation unit and the control unit, and is generated in the DSP. Is a waveform of the reference signal i * and the current i LCR . From this figure, it can be seen that the terminal current i syn and the current i LCR substantially match, and a desired LCR circuit can be synthesized.
また、同図(B)は、オシロスコープで測定した端子電流isynおよび電流iLCRの波形である。この図からも、端子電流isynと電流iLCRとがほぼ一致しており、所望のLCR回路が合成できていることが分かる。 FIG. 5B shows waveforms of the terminal current i syn and current i LCR measured with an oscilloscope. Also from this figure, it can be seen that the terminal current i syn and the current i LCR substantially match, and a desired LCR circuit can be synthesized.
図16は、入力する任意電圧波形を矩形波(振幅5V,50Hz)とした場合の実験結果であり、このうち、同図(A)は、DSPに取り込まれた端子電流isyn、DSP内で生成された基準信号i*および電流iLCRの波形、同図(B)は、オシロスコープで測定した端子電流isynおよび電流iLCRの波形である。いずれの図においても、端子電流isynは電流iLCRよりもやや遅れており、オーバーシュート量もやや大きくなっている。任意電圧波形を矩形波とした場合は、制御遅れの影響がより顕著に表れるからである。なお、この制御遅れは、後述するディジタルフィルタを用いた合成を行うことにより改善することができる。 FIG. 16 shows the experimental results when the arbitrary voltage waveform to be input is a rectangular wave (amplitude 5 V, 50 Hz). Of these, FIG. 16A shows the terminal current i syn taken into the DSP and the DSP. Waveforms of the generated reference signal i * and current i LCR , FIG. 5B are waveforms of the terminal current i syn and current i LCR measured with an oscilloscope. In any of the figures, the terminal current i syn is slightly behind the current i LCR, and the overshoot amount is also slightly larger. This is because when the arbitrary voltage waveform is a rectangular wave, the influence of the control delay appears more remarkably. This control delay can be improved by performing synthesis using a digital filter described later.
[合成例3:LCR回路]
続いて、制御遅れをキャンセルするように考慮されたディジタルフィルタを用いて合成例2と同じLCR回路(図14、表3参照)を合成した実験結果について説明する。
[Synthesis Example 3: LCR circuit]
Next, an experimental result of synthesizing the same LCR circuit (see FIG. 14, Table 3) as in Synthesis Example 2 using a digital filter that is considered so as to cancel the control delay will be described.
ディジタルフィルタを作成するためには、まず、図14に示す実験系において、入力する端子電圧vinを正弦波(振幅5V,50Hz)としたときにLCR回路側に向かって流れる電流iLCR(以下、実電流という)と、基準信号i*を上記端子電圧vin/R(ただし、Rはスケールファクタ)とした場合の端子電流isynとを測定する必要がある。この測定の結果を図17(A)に示す。 To create a digital filter, first, in the experimental system shown in FIG. 14, a sinusoidal terminal voltage v in to enter (amplitude 5V, 50 Hz) and was current i LCR (hereinafter flowing toward the LCR circuit side when the And the terminal current i syn when the reference signal i * is the terminal voltage v in / R (where R is a scale factor). The result of this measurement is shown in FIG.
基準信号i*に対する端子電流isynの遅れの伝達関数をH[z]とすると、端子電流isynの伝達関数Isyn[z]と基準信号i*の伝達関数I*[z]との間には、次式が成立する。
補正伝達関数F[z]の係数、すなわち本合成例で使用するディジタルフィルタの係数は、(18)式により求めることができる。より詳しくは、ディジタルフィルタの係数は、図17(A)に示す端子電流isynが同じく図17(A)に示す実電流iLCRに一致するように、Isyn[z]に含まれる遅れの伝達関数H[z]を補正することにより求めることができる。このようにして求めた係数(ただし、Ni=6、Nv=5)を表4に示す。
上記係数を用いて作成したディジタルフィルタ(図7参照)を使用して図17(A)を得たのと同じ測定を行ったところ、図17(B)が得られた。この図からは、フィッティングの結果、端子電流isynが実電流iLCRにほぼ一致したことが分かる。 When the same measurement as that obtained in FIG. 17A was performed using a digital filter (see FIG. 7) created using the above coefficients, FIG. 17B was obtained. From this figure, it can be seen that the terminal current i syn substantially matches the actual current i LCR as a result of the fitting.
図18にこのディジタルフィルタを用いた実験結果を示す。同図は、ディジタルフィルタを使用していない場合(図15(B)参照)よりも実電流iLCRに対する端子電流isynの遅れが低減され、追従性が向上したことを示している。 FIG. 18 shows the experimental results using this digital filter. The figure shows that the delay of the terminal current i syn with respect to the actual current i LCR is reduced and the followability is improved as compared with the case where the digital filter is not used (see FIG. 15B).
入力する端子電圧vinを矩形波(振幅5V,50Hz)とした場合は、同様の手法により、表5に示す係数(ただし、Ni=4、Nv=4)が得られた。
図20にこのディジタルフィルタを用いた実験結果を示す。同図も、ディジタルフィルタを使用していない場合(図16(B)参照)よりも実電流iLCRに対する端子電流isynの遅れが低減され、追従性が向上したことを示している。 FIG. 20 shows the experimental results using this digital filter. This figure also shows that the delay of the terminal current i syn with respect to the actual current i LCR is reduced and the followability is improved as compared with the case where the digital filter is not used (see FIG. 16B).
以上、本発明に係る任意特性回路合成方法の実施形態について説明したが、本発明は上記構成に限定されるものではなく、種々の変形例が考えられる。 The embodiment of the arbitrary characteristic circuit synthesis method according to the present invention has been described above. However, the present invention is not limited to the above-described configuration, and various modifications can be considered.
例えば、本発明に係る任意特性回路合成方法は、任意の特性を有する他端子回路も合成することができる。一例として、4端子回路の場合は次式が成立するので、基準信号生成部を図21に示す構成とすることで、各端子の端子電圧v1(t)〜v1(t)に基づいて各端子の端子電流に関する基準信号i* 1(t)〜i* 4(t)を生成することができる。ただし、図21では、例えばy11(t)を伝達特性Y11(s)=Y11で表現している。
また、合成例3では、ディジタルフィルタによって制御遅れをキャンセルしたが、本発明に係る任意特性回路合成方法では、アナログ的処理を行う回路で構成した基準信号生成部を使用して制御遅れをキャンセルすることもできる。 In the synthesis example 3, the control delay is canceled by the digital filter. However, in the arbitrary characteristic circuit synthesis method according to the present invention, the control delay is canceled by using the reference signal generation unit configured by the circuit that performs analog processing. You can also.
Claims (4)
前記主回路部の端子電圧を測定する場合は、
前記基準信号生成部が、予め求めておいた前記回路のアドミタンス特性および測定した前記端子電圧に基づいて端子電流に関する基準信号を生成し、
一方、前記主回路部の端子電流を測定する場合は、
前記基準信号生成部が、予め求めておいた前記回路のインピーダンス特性および測定した前記端子電流に基づいて端子電圧に関する基準信号を生成する、
ことを特徴とする任意特性回路合成方法。 A main circuit unit including an inverter circuit and an energy storage element; a reference signal generating unit that generates a reference signal related to the terminal current or terminal voltage of the main circuit unit based on the measured terminal voltage or terminal current of the main circuit unit; A method of synthesizing a circuit having arbitrary characteristics using a system including a control unit that controls a switching element of the inverter circuit so that a terminal current or a terminal voltage of the main circuit unit matches the reference signal. ,
When measuring the terminal voltage of the main circuit part,
The reference signal generation unit generates a reference signal related to a terminal current based on the admittance characteristics of the circuit obtained in advance and the measured terminal voltage,
On the other hand, when measuring the terminal current of the main circuit part,
The reference signal generation unit generates a reference signal related to a terminal voltage based on the impedance characteristics of the circuit obtained in advance and the measured terminal current;
A method of synthesizing an arbitrary characteristic circuit.
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JPN6015048574; 船渡寛人 外1名: '直流電源不要の電力用アクティブパッシブリアクタンス回路' 電気学会論文誌D(産業応用部門誌)[online] Vol. 114, No. 11, 1994, pp. 1100-1107, 一般社団法人電気学会 * |
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