JP2023141655A - Wound induction motor control device and method, and wound induction motor system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、1次巻線と2次巻線とを備える巻線形誘導電動機を制御する巻線形誘導電動機用制御装置および巻線形誘導電動機用制御方法、ならびに、前記巻線形誘導電動機用制御装置を備えた巻線形誘導電動機システムに関する。 The present invention provides a wound-type induction motor control device and a wound-type induction motor control method for controlling a wound-type induction motor including a primary winding and a secondary winding, as well as a wound-type induction motor control device. The present invention relates to a wound induction motor system comprising:
誘導電動機は、巻線形誘導電動機とかご形誘導電動機とに大別される。この巻線形誘導電動機は、2次抵抗制御により、トルク制御や回転速度制御を実施できることから、例えば、ポンプや電車やクレーン等の比較的大容量が要求される機器に採用されている。この2次抵抗制御に関し、例えば、特許文献1がある。
Induction motors are broadly classified into wound induction motors and squirrel cage induction motors. This wound induction motor can perform torque control and rotational speed control through secondary resistance control, and is therefore used in equipment that requires relatively large capacity, such as pumps, trains, and cranes. Regarding this secondary resistance control, for example, there is
この特許文献1には、巻線形誘導電動機と、速度検出器と、ダイオード整流器と、2次抵抗器と、前記速度検出器で検出した前記巻線形誘導電動機の回転速度が定格回転速度の50[%]~70[%]以上の場合には、前記ダイオード整流器に、コンダクタを介して前記巻線形誘導電動機の2次巻線を接続し、前記値未満の場合には、前記2次抵抗器に、他のコンダクタを介して前記巻線形誘導電動機の2次巻線を接続する2次切換制御回路とを備えるシステムが開示されている。
This
ところで、前記特許文献1の2次抵抗器は、その抵抗値を可変できることがその図1ないし図3に図示されているが、その可変方法は、開示されていない。一般的には、手動で、例えば所望の回転速度になるように2次抵抗器の抵抗値が変更されている。
Incidentally, although it is shown in FIGS. 1 to 3 that the secondary resistor of
本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、自動的に2次抵抗値を変更できる巻線形誘導電動機用制御装置および巻線形誘導電動機用制御方法、ならびに、前記巻線形誘導電動機用制御装置を備えた巻線形誘導電動機システムを提供することである。 The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and its purpose is to provide a control device for a wound induction motor, a control method for a wound induction motor, and a control method for a wound induction motor, which can automatically change the secondary resistance value. An object of the present invention is to provide a wound induction motor system including a control device for a wound induction motor.
本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様にかかる巻線形誘導電動機用制御装置は、1次巻線と2次巻線とを備える巻線形誘導電動機を制御する装置であって、前記2次巻線に接続され、可変な抵抗値を持つ2次抵抗部と、前記2次抵抗部における時系列な抵抗値パターンを、互いに異なるように複数、生成するパターン生成部と、前記パターン生成部で生成した複数の時系列な抵抗値パターンそれぞれについて、当該時系列な抵抗値パターンで前記2次抵抗部の抵抗値が変更された場合における前記巻線形誘導電動機の制御目的に関する所定の物理量の値を予測値として予測する予測部と、前記パターン生成部で生成した複数の時系列な抵抗値パターンの中から、前記予測部で予測した前記巻線形誘導電動機の各予測値の中で最も高い評価の予測値に対応する時系列な抵抗値パターンを選択するパターン選択部と、前記パターン選択部で選択した時系列な抵抗値パターンに基づいて、前記2次抵抗部を制御する2次抵抗制御部とを備える。 As a result of various studies, the present inventors have found that the above object can be achieved by the following present invention. That is, a control device for a wound induction motor according to one aspect of the present invention is a device for controlling a wound induction motor that includes a primary winding and a secondary winding, and is connected to the secondary winding. , a secondary resistance section having a variable resistance value, a pattern generation section that generates a plurality of time-series resistance value patterns in the secondary resistance section so as to be different from each other, and a plurality of time series resistance patterns generated by the pattern generation section. For each of the serial resistance value patterns, the value of a predetermined physical quantity related to the control purpose of the wound induction motor when the resistance value of the secondary resistance section is changed in the time-series resistance value pattern is predicted as a predicted value. Among the plurality of time-series resistance value patterns generated by the prediction unit and the pattern generation unit, the predicted value corresponds to the highest evaluated predicted value among the predicted values of the wound induction motor predicted by the prediction unit. It includes a pattern selection section that selects a time-series resistance value pattern, and a secondary resistance control section that controls the secondary resistance section based on the time-series resistance value pattern selected by the pattern selection section.
このような巻線形誘導電動機用制御装置は、予測制御によって2次抵抗部の抵抗値を決定できるから、自動的に2次抵抗値を変更できる。 Since such a control device for a wound induction motor can determine the resistance value of the secondary resistance section through predictive control, the secondary resistance value can be automatically changed.
他の一態様では、上述の巻線形誘導電動機用制御装置において、前記2次抵抗部は、抵抗素子と、前記抵抗素子を前記2次巻線に接続するか否かを切り換える切換えスイッチとを備える抵抗素子ユニットを少なくとも1個、備える。好ましくは、上述の巻線形誘導電動機用制御装置において、前記2次抵抗部は、縦続接続された複数の抵抗素子ユニットを備える。 In another aspect, in the above-described control device for a wound induction motor, the secondary resistance section includes a resistance element and a changeover switch that switches whether or not to connect the resistance element to the secondary winding. At least one resistance element unit is provided. Preferably, in the above-described controller for a wound induction motor, the secondary resistance section includes a plurality of resistance element units connected in cascade.
このような巻線形誘導電動機用制御装置は、抵抗素子ユニットを縦続接続で増やすという簡単な手法で抵抗値パターンを増やすことができる。抵抗素子ユニットを増やすことで、巻線形誘導電動機の制御目的に関する所定の物理量が細かく設定できるから(高い分解能で設定できるから)、巻線形誘導電動機を細かく制御できる(高い分解能で制御できる)。 In such a control device for a wound wire induction motor, the resistance value pattern can be increased by a simple method of increasing the resistance element units by cascade connection. By increasing the number of resistive element units, predetermined physical quantities related to the control purpose of the wound induction motor can be set finely (because they can be set with high resolution), so the wound induction motor can be finely controlled (can be controlled with high resolution).
他の一態様では、これら上述の巻線形誘導電動機用制御装置において、前記巻線形誘導電動機の制御目的に関する所定の物理量は、回転速度である。 In another aspect, in the above-described control device for a wound induction motor, the predetermined physical quantity related to the control objective of the wound induction motor is a rotational speed.
これによれば、回転速度制御できる巻線形誘導電動機用制御装置が提供できる。 According to this, it is possible to provide a control device for a wound induction motor that can control the rotational speed.
他の一態様では、これら上述の巻線形誘導電動機用制御装置において、前記巻線形誘導電動機の制御目的に関する所定の物理量は、トルクである。 In another aspect, in the above-described control device for a wound induction motor, the predetermined physical quantity related to the purpose of controlling the wound induction motor is torque.
これによれば、トルク制御できる巻線形誘導電動機用制御装置が提供できる。 According to this, it is possible to provide a control device for a wound induction motor that can control torque.
他の一態様では、これら上述の巻線形誘導電動機用制御装置において、前記パターン選択部は、制御目標値と前記予測値との偏差に基づく評価値を用いることによって前記最も高い評価の予測値を選定する。 In another aspect, in the above-described control device for a wound induction motor, the pattern selection unit selects the predicted value with the highest evaluation by using an evaluation value based on a deviation between the control target value and the predicted value. Select.
このような巻線形誘導電動機用制御装置は、制御目標値と予測値との偏差に基づく評価値で予測値を評価するので、制御目標値に対する追従性の高い予測値を選定できる。 Since such a controller for a wound induction motor evaluates a predicted value using an evaluation value based on the deviation between the control target value and the predicted value, it is possible to select a predicted value that is highly responsive to the control target value.
他の一態様では、これら上述の巻線形誘導電動機用制御装置において、前記パターン生成部は、前記複数の時系列な抵抗値パターンを生成する場合に、時系列で前後に並ぶ2個の抵抗値の中の後の抵抗値を、前記2次抵抗部における可変で生成し得る複数の抵抗値を大小順に並べた場合に、前の抵抗値、前記前の抵抗値より1つだけ大きい抵抗値および前記前の抵抗値より1つだけ小さい抵抗値の中から選択する。 In another aspect, in the above-described control device for a wound induction motor, when generating the plurality of time-series resistance value patterns, the pattern generation unit generates two resistance values arranged one behind the other in time series. When a plurality of variable resistance values that can be generated in the secondary resistance section are arranged in order of magnitude, the following resistance value is the previous resistance value, the resistance value that is one value larger than the previous resistance value, and Select from resistance values that are one value smaller than the previous resistance value.
このような巻線形誘導電動機用制御装置は、時系列で前後に並ぶ2個の抵抗値を1個ずつずらした抵抗値となるように2次抵抗部を制御するので、スムーズに駆動するように巻線形誘導電動機を制御できる。 Such a control device for a wound induction motor controls the secondary resistance section so that the resistance value is shifted by one value from the two resistance values arranged one after the other in time series, so that it can be driven smoothly. Can control wound induction motors.
本発明の他の一態様にかかる巻線形誘導電動機用制御方法は、1次巻線と、可変な抵抗値を持つ2次抵抗部に接続される2次巻線とを備える巻線形誘導電動機を制御する方法であって、前記2次抵抗部における時系列な抵抗値パターンを、互いに異なるように複数、生成するパターン生成工程と、前記パターン生成工程で生成した複数の時系列な抵抗値パターンそれぞれについて、当該時系列な抵抗値パターンで前記2次抵抗部の抵抗値が変更された場合における前記巻線形誘導電動機の制御目的に関する所定の物理量の値を予測値として予測する予測工程と、前記パターン生成工程で生成した複数の時系列な抵抗値パターンの中から、前記予測工程で予測した前記巻線形誘導電動機の各予測値の中で最も高い評価の予測値に対応する時系列な抵抗値パターンを選択するパターン選択工程と、前記パターン選択工程で選択した時系列な抵抗値パターンに基づいて、前記2次抵抗部を制御する2次抵抗制御工程とを備える。 A method for controlling a wound type induction motor according to another aspect of the present invention provides a method for controlling a wound type induction motor including a primary winding and a secondary winding connected to a secondary resistance section having a variable resistance value. A method for controlling, comprising: a pattern generation step of generating a plurality of time-series resistance value patterns in the secondary resistance section so as to be different from each other; and each of the plurality of time-series resistance value patterns generated in the pattern generation step. a prediction step of predicting the value of a predetermined physical quantity related to the control purpose of the wound induction motor as a predicted value when the resistance value of the secondary resistance section is changed in the time-series resistance value pattern; and A time-series resistance value pattern corresponding to the highest evaluated predicted value among the predicted values of the wound induction motor predicted in the prediction step from among the plurality of time-series resistance value patterns generated in the generation step. and a secondary resistance control step of controlling the secondary resistance section based on the time-series resistance value pattern selected in the pattern selection step.
このような巻線形誘導電動機用制御方法は、予測制御によって2次抵抗部の抵抗値を決定できるから、自動的に2次抵抗値を変更できる。 Such a control method for a wound induction motor allows the resistance value of the secondary resistance section to be determined by predictive control, so that the secondary resistance value can be automatically changed.
本発明の他の一態様にかかる巻線形誘導電動機システムは、1次巻線と2次巻線とを備える巻線形誘導電動機と、前記巻線形誘導電動機を制御する巻線形誘導電動機用制御部とを備え、前記巻線形誘導電動機用制御部は、これら上述のいずれかの巻線形誘導電動機用制御装置である。 A wound induction motor system according to another aspect of the present invention includes a wound induction motor including a primary winding and a secondary winding, and a wound induction motor control unit that controls the wound induction motor. The wound-type induction motor control unit is any one of the above-mentioned wound-type induction motor control devices.
これによれば、これら上述のいずれかの巻線形誘導電動機用制御装置を備えた巻線形誘導電動機システムが提供できる。上記巻線形誘導電動機システムは、これら上述のいずれかの巻線形誘導電動機用制御装置を備えるので、予測制御によって2次抵抗部の抵抗値を決定できるから、自動的に2次抵抗値を変更できる。 According to this, it is possible to provide a wound induction motor system including any one of the above-described controllers for a wound induction motor. Since the above-mentioned wound induction motor system is equipped with any of the above-mentioned control devices for the wound induction motor, the resistance value of the secondary resistance section can be determined by predictive control, so the secondary resistance value can be automatically changed. .
本発明にかかる巻線形誘導電動機用制御装置および巻線形誘導電動機用制御方法は、自動的に2次抵抗値を変更できる。本発明によれば、前記巻線形誘導電動機用制御装置を備えた巻線形誘導電動機システムが提供できる。 The control device for a wound induction motor and the control method for a wound induction motor according to the present invention can automatically change the secondary resistance value. According to the present invention, it is possible to provide a wound induction motor system including the above-mentioned control device for a wound induction motor.
以下、図面を参照して、本発明の1または複数の実施形態が説明される。しかしながら、発明の範囲は、開示された実施形態に限定されない。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。 Hereinafter, one or more embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the scope of the invention is not limited to the disclosed embodiments. It should be noted that structures with the same reference numerals in each figure indicate the same structure, and the description thereof will be omitted as appropriate. In this specification, when referring to a general term, a reference numeral without a subscript is used, and when referring to an individual configuration, a reference numeral with a suffix is used.
実施形態における巻線形誘導電動機システムは、1次巻線と2次巻線とを備える巻線形誘導電動機と、前記巻線形誘導電動機を制御する巻線形誘導電動機用制御部とを備える。前記巻線形誘導電動機用制御部は、前記2次巻線に接続され、可変な抵抗値を持つ2次抵抗部と、前記2次抵抗部における時系列な抵抗値パターンを、互いに異なるように複数、生成するパターン生成部と、前記パターン生成部で生成した複数の時系列な抵抗値パターンそれぞれについて、当該時系列な抵抗値パターンで前記2次抵抗部の抵抗値が変更された場合における前記巻線形誘導電動機の制御目的に関する所定の物理量の値を予測値として予測する予測部と、前記パターン生成部で生成した複数の時系列な抵抗値パターンの中から、前記予測部で予測した前記巻線形誘導電動機の各予測値の中で最も高い評価の予測値に対応する時系列な抵抗値パターンを選択するパターン選択部と、前記パターン選択部で選択した時系列な抵抗値パターンに基づいて、前記2次抵抗部を制御する2次抵抗制御部とを備える。以下、このような巻線形誘導電動機用制御部を備える巻線形誘導電動機システムについて、より具体的に説明する。 A wound induction motor system in an embodiment includes a wound induction motor including a primary winding and a secondary winding, and a wound induction motor control unit that controls the wound induction motor. The wound type induction motor control section is configured to control a secondary resistance section connected to the secondary winding and having a variable resistance value, and a plurality of time-series resistance value patterns in the secondary resistance section so as to be different from each other. , for each of the plurality of time-series resistance value patterns generated by the pattern generation section and the pattern generation section, the winding when the resistance value of the secondary resistance section is changed in the time-series resistance value pattern. a prediction unit that predicts the value of a predetermined physical quantity related to the control purpose of the linear induction motor as a predicted value; and the winding shape predicted by the prediction unit from among a plurality of time-series resistance value patterns generated by the pattern generation unit. a pattern selection section that selects a time-series resistance value pattern corresponding to the predicted value with the highest evaluation among the respective predicted values of the induction motor; and a secondary resistance control section that controls the secondary resistance section. Hereinafter, a wound induction motor system including such a controller for a wound induction motor will be described in more detail.
図1は、実施形態における巻線形誘導電動機システムの構成を示す図である。図1Aは、全体を示し、図1Bは、MPC制御部の構成を示すブロック図である。図2は、前記巻線形誘導電動機システムの2次抵抗部で実現可能な時系列な抵抗値パターンの一例を説明するための図である。 FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a wound induction motor system in an embodiment. FIG. 1A shows the entire system, and FIG. 1B is a block diagram showing the configuration of the MPC control section. FIG. 2 is a diagram for explaining an example of a time-series resistance value pattern that can be realized in the secondary resistance section of the wound induction motor system.
実施形態における巻線形誘導電動機システムSMは、例えば、図1Aに示すように、1次巻線と2次巻線とを備える巻線形誘導電動機IMと、予測制御制御部(MPC制御部)CLと、2次抵抗部RUとを備える。本実施形態では、後述から分かるように、これら2次抵抗部RUおよびMPC制御部CLは、前記巻線形誘導電動機を制御する巻線形誘導電動機用制御部、すなわち、線形誘導電動機用制御装置の一例に相当する。 For example, as shown in FIG. 1A, the wound induction motor system SM in the embodiment includes a wound induction motor IM including a primary winding and a secondary winding, a predictive control control unit (MPC control unit) CL, , and a secondary resistance unit RU. In this embodiment, as will be understood from the description below, these secondary resistance unit RU and MPC control unit CL are a wound induction motor control unit that controls the wound induction motor, that is, an example of a linear induction motor control device. corresponds to
巻線形誘導電動機IMには、図略の電源より、3相の交流電力が給電され、その2次巻線には、2次抵抗部RUが接続される。 Three-phase AC power is supplied to the wound induction motor IM from an unillustrated power supply, and a secondary resistance unit RU is connected to its secondary winding.
2次抵抗部RUは、可変な抵抗値を持つ抵抗器である。2次抵抗部RUは、MPC制御部CLに接続され、MPC制御部CLの制御に従ってその抵抗値を変更する。2次抵抗部RUは、スライダ位置や回転位置等を電動で制御できるスライダ式や回転式等の可変抵抗器であってよいが、例えば、本実施形態では、2次抵抗部RUは、抵抗素子Rと、前記抵抗素子Rを前記2次巻線に接続するか否かを切り換える切換えスイッチSとを備える抵抗素子ユニットUTを少なくとも1個、備え、階段状に抵抗値を変更する(離散的に抵抗値を変更する)。図1Aに示す例では、2次抵抗部RUは、4個の第1ないし第4抵抗素子ユニットUT1~UT4を備え、巻線形誘導電動機IMにおける前記2次巻線の抵抗値Rrmを含め、次表1に示すように、5段階で2次側(2次回路、2次巻線側)の抵抗値を変更できる。 The secondary resistance unit RU is a resistor with a variable resistance value. The secondary resistance unit RU is connected to the MPC control unit CL, and changes its resistance value under the control of the MPC control unit CL. The secondary resistance unit RU may be a slider type variable resistor, a rotary type variable resistor, etc. that can electrically control the slider position, rotational position, etc., but for example, in this embodiment, the secondary resistance unit RU is a resistance element. R, and a changeover switch S for switching whether or not to connect the resistance element R to the secondary winding. (change resistance value). In the example shown in FIG. 1A, the secondary resistance unit RU includes four first to fourth resistance element units UT 1 to UT 4 , and has a resistance value R rm of the secondary winding in the wound induction motor IM. As shown in Table 1 below, the resistance value on the secondary side (secondary circuit, secondary winding side) can be changed in five steps.
より具体的には、第4抵抗素子ユニットUT4は、第1相の抵抗素子R4と、第2相の抵抗素子R4と、第3相の抵抗素子R4と、第1相と第2相との接続をオンオフするスイッチS4と、第2相と第3相との接続をオンオフするスイッチS4と、第3相と第1相との接続をオンオフするスイッチS4とを備え、2次巻線に接続される。第3抵抗素子ユニットUT3は、第1相の抵抗素子R3と、第2相の抵抗素子R3と、第3相の抵抗素子R3と、第1相と第2相との接続をオンオフするスイッチS3と、第2相と第3相との接続をオンオフするスイッチS3と、第3相と第1相との接続をオンオフするスイッチS3とを備え、第4抵抗素子ユニットUT4に縦続接続される。同様に、第2抵抗素子ユニットUT2は、第1相の抵抗素子R2と、第2相の抵抗素子R2と、第3相の抵抗素子R2と、第1相と第2相との接続をオンオフするスイッチS2と、第2相と第3相との接続をオンオフするスイッチS2と、第3相と第1相との接続をオンオフするスイッチS2とを備え、第3抵抗素子ユニットUT3に縦続接続される。第1抵抗素子ユニットUT1は、第1相の抵抗素子R1と、第2相の抵抗素子R1と、第3相の抵抗素子R1と、第1相と第2相との接続をオンオフするスイッチS1と、第2相と第3相との接続をオンオフするスイッチS1と、第3相と第1相との接続をオンオフするスイッチS1とを備え、第1相、第2相および第3相は、互いに結線される。言い換えれば、第1相のラインには、前記2次巻線から、第4抵抗素子ユニットUT4における第1相の抵抗素子R4、第3抵抗素子ユニットUT3における第1相の抵抗素子R3、第2抵抗素子ユニットUT2における第1相の抵抗素子R2および第1抵抗素子ユニットUT1における第1相の抵抗素子R1がこの順で順次に直列接続され、第2相のラインには、前記2次巻線から、第4抵抗素子ユニットUT4における第2相の抵抗素子R4、第3抵抗素子ユニットUT3における第2相の抵抗素子R3、第2抵抗素子ユニットUT2における第2相の抵抗素子R2および第1抵抗素子ユニットUT1における第2相の抵抗素子R1がこの順で順次に直列接続され、第3相のラインには、前記2次巻線から、第4抵抗素子ユニットUT4における第3相の抵抗素子R4、第3抵抗素子ユニットUT3における第3相の抵抗素子R3、第2抵抗素子ユニットUT2における第3相の抵抗素子R2および第1抵抗素子ユニットUT1における第3相の抵抗素子R1がこの順で順次に直列接続され、各相の抵抗素子R1、R1、R1が互いに結線される。前記2次巻線と第4抵抗素子ユニットUT4における各相の抵抗素子R4、R4、R4との間に第4抵抗素子ユニットUT4における各スイッチS4、S4、S4が配置され、第4抵抗素子ユニットUT4における各相の抵抗素子R4、R4、R4と第3抵抗素子ユニットUT3における各相の抵抗素子R3、R3、R3との間に第3抵抗素子ユニットUT3における各スイッチS3、S3、S3が配置され、第3抵抗素子ユニットUT3における各相の抵抗素子R3、R3、R3と第2抵抗素子ユニットUT2における各相の抵抗素子R2、R2、R2との間に第2抵抗素子ユニットUT2における各スイッチS2、S2、S2が配置され、第2抵抗素子ユニットUT2における各相の抵抗素子R2、R2、R2と第1抵抗素子ユニットUT1における各相の抵抗素子R1、R1、R1との間に第1抵抗素子ユニットUT1における各スイッチS1、S1、S1が配置される。これら各スイッチS4、S4、S4、S3、S3、S3、S2、S2、S2、S1、S1、S1は、MPC制御部CLに接続され、そのオンオフがMPC制御部CLによって制御される。これら各スイッチS4、S4、S4、S3、S3、S3、S2、S2、S2、S1、S1、S1は、それぞれ、例えば、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)等の、いわゆるパワー電力用のスイッチング素子を備えて構成される。なお、抵抗素子の符号Rは、説明の都合上、その抵抗値も表すものとする。
More specifically, the fourth resistance element unit UT 4 includes a first phase
このような構成の2次抵抗部RUにおいて、第1抵抗値に変更する場合では、ノッチ段数n=1とされ、次表2に示すように、全ての各スイッチS4、S4、S4、S3、S3、S3、S2、S2、S2、S1、S1、S1がオフ(OFF)に制御され、この第1抵抗値Rr 1は、表1に示すように、Rrm+R4+R3+R2+R1となる(Rr 1=Rrm+R4+R3+R2+R1)。第2抵抗値に変更する場合では、ノッチ段数n=2とされ、表2に示すように、第1抵抗素子ユニットTU1の各スイッチS1、S1、S1のみがオン(ON)に制御され、残余の各スイッチS3、S3、S3、S2、S2、S2、S1、S1、S1がオフに制御され、この第2抵抗値Rr 2は、表1に示すように、Rrm+R4+R3+R2となる(Rr 2=Rrm+R4+R3+R2)。第3抵抗値に変更する場合では、ノッチ段数n=3とされ、表2に示すように、第1および第2抵抗素子ユニットTU1、TU2の各スイッチS1、S1、S1、S2、S2、S2がオンに制御され、残余の各スイッチS4、S4、S4、S3、S3、S3がオフに制御され、この第3抵抗値Rr 3は、表1に示すように、Rrm+R4+R3となる(Rr 3=Rrm+R4+R3)。第4抵抗値に変更する場合では、ノッチ段数n=4とされ、表2に示すように、第1ないし第3抵抗素子ユニットTU1、TU2、TU3の各スイッチS1、S1、S1、S2、S2、S2、S2、S2、S2がオンに制御され、残余の各スイッチS4、S4、S4のみがオフに制御され、この第4抵抗値Rr 4は、表1に示すように、Rrm+R4となる(Rr 4=Rrm+R4)。第5抵抗値に変更する場合では、ノッチ段数n=5とされ、表2に示すように、全ての各スイッチS4、S4、S4、S3、S3、S3、S2、S2、S2、S1、S1、S1がオンに制御され、この第5抵抗値Rr 5は、表1に示すように、Rrmとなる(Rr 5=Rrm、すなわち、2次抵抗部RUの抵抗値は0である)。 In the secondary resistance unit RU having such a configuration, when changing to the first resistance value, the number of notch stages n=1, and as shown in Table 2 below, all the switches S 4 , S 4 , S 4 , S 3 , S 3 , S 3 , S 2 , S 2 , S 2 , S 1 , S 1 , and S 1 are controlled to be OFF, and this first resistance value R r 1 is shown in Table 1. Thus, R rm +R 4 +R 3 +R 2 +R 1 (R r 1 =R rm +R 4 +R 3 +R 2 +R 1 ). In the case of changing to the second resistance value, the number of notch stages is n=2, and as shown in Table 2, only the switches S 1 , S 1 , and S 1 of the first resistance element unit TU 1 are turned ON. The remaining switches S 3 , S 3 , S 3 , S 2 , S 2 , S 2 , S 1 , S 1 , S 1 are turned off, and this second resistance value R r 2 is As shown in FIG. 1, R rm +R 4 +R 3 +R 2 (R r 2 =R rm +R 4 +R 3 +R 2 ). In the case of changing to the third resistance value, the number of notch stages n=3, and as shown in Table 2, each switch S 1 , S 1 , S 1 , S 2 , S 2 , and S 2 are controlled to be on, and the remaining switches S 4 , S 4 , S 4 , S 3 , S 3 , and S 3 are controlled to be OFF, and this third resistance value R r 3 is , as shown in Table 1, R rm +R 4 +R 3 (R r 3 =R rm +R 4 +R 3 ). In the case of changing to the fourth resistance value, the number of notch stages n=4, and as shown in Table 2, each switch S 1 , S 1 , S 1 , S 2 , S 2 , S 2 , S 2 , S 2 , S 2 are controlled to be on, and only the remaining switches S 4 , S 4 , S 4 are controlled to be off, and this fourth resistance value As shown in Table 1, R r 4 is R rm +R 4 (R r 4 =R rm +R 4 ). In the case of changing to the fifth resistance value, the number of notch stages n=5, and as shown in Table 2, all the switches S 4 , S 4 , S 4 , S 3 , S 3 , S 3 , S 2 , S 2 , S 2 , S 1 , S 1 , and S 1 are controlled to be on, and the fifth resistance value R r 5 becomes R rm as shown in Table 1 (R r 5 =R rm , that is, , the resistance value of the secondary resistance unit RU is 0).
なお、図1Aに示す例における2次抵抗部RUの抵抗値の個数を増やす場合には、増やす抵抗値の個数に応じた個数の抵抗素子ユニットUTを、第1抵抗素子ユニットTU1に順次に縦続接続させ、末端の抵抗素子ユニットUTにおける各相を互いに結線すればよい。すなわち、本実施形態では、2次側の抵抗値の1つに、巻線形誘導電動機IMにおける前記2次巻線の抵抗値Rrmを含むので(2次抵抗部RUの抵抗値0を含むので)、2次側の抵抗値の個数をα個とする場合、2次抵抗部RUは、前記個数αから1を減算した個数(α-1)の第1抵抗素子ユニットTUを順次に縦続接続することで構成できる。
Note that when increasing the number of resistance values of the secondary resistance unit RU in the example shown in FIG. 1A, the number of resistance element units UT corresponding to the number of resistance values to be increased is sequentially added to the first resistance element unit TU 1 . They may be connected in cascade and each phase in the terminal resistive element unit UT may be connected to each other. That is, in this embodiment, one of the resistance values on the secondary side includes the resistance value Rrm of the secondary winding in the wound induction motor IM (because it includes the
MPC制御部CLは、2次抵抗部RUの抵抗値を制御することによって、予測制御によって巻線形誘導電動機IMを制御するための装置である。MPC制御部CLは、例えば、CPU(Central Processing Unit)、メモリおよびその周辺回路を備えて構成されるマイクロコンピュータで構成される。MPC制御部CLには、所定のプログラムの実行により、制御部11、パターン生成部12、予測部13、パターン選択部14および2次抵抗制御部15が機能的に構成される。
The MPC control unit CL is a device for controlling the wound induction motor IM through predictive control by controlling the resistance value of the secondary resistance unit RU. The MPC control unit CL is composed of, for example, a microcomputer including a CPU (Central Processing Unit), a memory, and its peripheral circuits. The MPC control unit CL is functionally configured with a
制御部11は、巻線形誘導電動機システムSMの各部を当該各部の機能に応じて制御し、巻線形誘導電動機システムSM全体の制御を司るものである。
The
パターン生成部12は、2次抵抗部RUにおける時系列な抵抗値パターンを、互いに異なるように複数、生成するものである。すなわち、パターン生成部12は、2次抵抗部RUにおける時系列な抵抗値パターンを、互いに異なるように複数、生成するパターン生成処理を実施する。2次抵抗部RUは、本実施形態では、上述のように、5通りの抵抗値Rr
iに可変できる(i=1、2、3、4、5)。前記時系列な電圧パターンは、予測する制御周期数である予測ホライズン、および、制御入力である抵抗値を可変とする制御周期数である制御ホライズンによって決定される。このため、MPC制御部CLには、予め予測ホライズンの数値および制御ホライズンの数値が、巻線形誘導電動機システムSの仕様等に応じて適宜に予め設定され、パターン生成部12は、2次抵抗部RUで可変できる抵抗値(上述では5通り)、予測ホライズンの数値および制御ホライズンの数値に応じて互いに異なる複数の時系列な電圧パターンを生成する。図2には、一例として、予測ホライズンが2であり、制御ホライズンが1である場合の2次抵抗部RUで実現可能な全ての時系列な抵抗値パターンが樹形図で図示されている。図2では、現在(Current)のk番目の制御における抵抗値に対し、予測ホライズンが2であるので、次の(k+1)番目の制御における抵抗値と、さらに次の(k+2)番目の制御における抵抗値とが予測され、制御ホライズンが1であるので、2次抵抗部RUで実現可能な全ての時系列な電圧パターンは、現在のk番目の制御における抵抗値から、次の(k+1)番目の制御では、5通りの第1ないし第5抵抗値Rr
1~Rr
5に分岐し、さらに次の(k+2)番目の制御では、各抵抗値Rr
1~Rr
5から、それぞれ当該抵抗値Rr
1~Rr
5に維持された5組の時系列な抵抗値パターンである。なお、他の一例として、予測ホライズンが2であり、制御ホライズンが2である場合、現在のk番目の制御における抵抗値に対し、予測ホライズンが2であるので、次の(k+1)番目の制御における抵抗値と、さらに次の(k+2)番目の制御における抵抗値とが予測され、制御ホライズンが2であるので、2次抵抗部RUで実現可能な全ての時系列な抵抗値パターンは、(k+1)番目の制御および(k+2)番目の制御それぞれで5通りの第1ないし第5抵抗値Rr
1~Rr
5に分岐し、25(=5×5)組の時系列な抵抗値パターンである。
The
予測部13は、パターン生成部12で生成した複数の時系列な抵抗値パターンそれぞれについて、当該時系列な抵抗値パターンで2次抵抗部RUの抵抗値が変更された場合における巻線形誘導電動機IMの制御目的に関する所定の物理量の値を予測値として予測するものである。すなわち、予測部13は、パターン生成部12で生成した複数の時系列な抵抗値パターンそれぞれについて、当該時系列な抵抗値パターンで2次抵抗部RUの抵抗値が変更された場合における巻線形誘導電動機IMの制御目的に関する所定の物理量の値を予測値として予測する予測処理を実施する。より具体的には、本実施形態では、前記巻線形誘導電動機IMの制御目的に関する所定の物理量は、回転速度であり、このため、予測部13は、パターン生成部12で生成した複数の時系列な抵抗値パターンそれぞれについて、次式1によって出力トルクTeを求め(予測し)、次式2によって、回転速度ωmを求める(予測する)。nは、ノッチ段数を表し、したがって、出力トルクTe
n(k+1)は、(k+1)番目の制御におけるノッチ段数nでの出力トルクTであり、回転速度ωm
n(k+1)は、(k+1)番目の制御におけるノッチ段数nでの回転速度ωである。
For each of the plurality of time-series resistance value patterns generated by the
式2のTlは、負荷トルクであり、例えば、次式3によって推定される推定値である。
T l in
上述の例では、現在のk番目の制御において、2次抵抗部RUで実現可能な5通りの第1ないし第5抵抗値Rr
1~Rr
5に対し、予測部13によって、5組の2制御周期先までの[Te
i(k+1)、Te
i(k+2)]および2制御周期先までの[ωm
i(k+1)、ωm
i(k+2)]が各予測値として求められる(i=1、2、3、4、5)。
In the above example, in the current k-th control, the
パターン選択部14は、パターン生成部12で生成した複数の時系列な抵抗値パターンの中から、予測部13で予測した巻線形誘導電動機IMの各予測値の中で最も高い評価の予測値に対応する時系列な抵抗値パターンを選択するものである。すなわち、パターン選択部14は、パターン生成部12で生成した複数の時系列な抵抗値パターンの中から、予測部13で予測した巻線形誘導電動機IMの各予測値の中で最も高い評価の予測値に対応する時系列な抵抗値パターンを選択するパターン選択処理を実施する。パターン選択部14は、制御目標値と前記予測値との偏差に基づく評価値を用いることによって前記最も高い評価の予測値を選定する。より具体的には、パターン選択部14は、パターン生成部12で生成した複数の時系列な抵抗値パターンそれぞれについて、上述の例では、前記巻線形誘導電動機IMの制御目的に関する所定の物理量が回転速度であるので、予測部13で予測した巻線形誘導電動機IMの回転速度の予測値[ωm
i(k+1)、ωm
i(k+2)]を、例えば次式4の評価式gnに用いることによって、前記時系列な抵抗値パターンを定量的に評価し、前記複数の時系列な抵抗値パターンの中から、最も高い評価の回転速度の予測値[ωm
i(k+1)、ωm
i(k+2)]に対応する時系列な抵抗値パターンを選択する。この式4では、小さい数値ほど、評価が高い。
The
2次抵抗制御部15は、パターン選択部14で選択した時系列な抵抗値パターンに基づいて、前記2次抵抗部RUを制御するものである。すなわち、2次抵抗制御部15は、パターン選択部14で選択した時系列な抵抗値パターンに基づいて、前記2次抵抗部RUを制御する2次抵抗制御処理を実施する。より具体的には、本実施形態では、2次抵抗制御部15は、現在、k番目の制御である場合に、パターン選択部1で選択した時系列な抵抗値パターンにおける次回の(k+1)番目の制御での抵抗値Rr
iとなるように、各スイッチS4、S4、S4、S3、S3、S3、S2、S2、S2、S1、S1、S1に、そのオンオフを切り換える制御信号を出力する。
The secondary
そして、制御部11は、前記パターン生成処理、前記予測処理、前記パターン選択処理および前記2次抵抗制御処理を、パターン生成部12、予測部13、パターン選択部14および2次抵抗制御部15に、所定の制御周期で繰り返し実施させる。
Then, the
次に、本実施形態の動作について説明する。図3は、前記巻線形誘導電動システムにおける動作を示すフローチャートである。 Next, the operation of this embodiment will be explained. FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the wound induction motor system.
このような巻線形誘導電動機システムSMでは、電源が投入されると、必要な各部の初期化を実行し、その稼働を始める。そして、例えば、プログラムの実行によって、前記CPUには、制御部11、パターン生成部12、予測部13、パターン選択部14および2次抵抗制御部15が機能的に構成される。
In such a wound induction motor system SM, when the power is turned on, necessary parts are initialized and the system starts operating. For example, by executing a program, the CPU is functionally configured with a
そして、図3に示す処理S11ないし処理S15の各処理が、巻線形誘導電動機IMの駆動が停止されるまで、制御部11によって所定の制御周期ごとに繰り返し実行される。
Then, each process from process S11 to process S15 shown in FIG. 3 is repeatedly executed by the
図3において、まず、今回(k番目)において、MPC制御部CLは、制御部11によって、前記図略の回転速度センサから、巻線形誘導電動機IMの回転速度ωm(k)を取得する(S11)。
In FIG. 3, first, at this time (kth), the MPC control unit CL uses the
次に、MPC制御部CLは、パターン生成部12によって、2次抵抗部RUにおける時系列な抵抗値パターンを、互いに異なるように複数、生成する(S12、パターン生成処理)。本実施形態では、予め設定された予測ホライズンの値および制御ホライズンの値に応じて、複数の時系列な抵抗値パターンが生成される。
Next, the MPC control unit CL causes the
次に、MPC制御部CLは、予測部13によって、処理S12によってパターン生成部12で生成した複数の時系列な抵抗値パターンそれぞれについて、当該時系列な抵抗値パターンで2次抵抗部RUの抵抗値が変更された場合における巻線形誘導電動機IMの制御目的に関する所定の物理量の値を予測値として予測する(S13、予測処理)。本実施形態では、前記所定の物理量は、回転速度であり、処理S12によってパターン生成部12で生成した複数の時系列な抵抗値パターンそれぞれについて、式1によって出力トルクTeが求められ、式2および式3によって、回転速度ωmが求められる。
Next, the MPC control unit CL causes the
次に、MPC制御部CLは、パターン選択部14によって、処理S12によってパターン生成部12で生成した複数の時系列な抵抗値パターンの中から、処理S13によって予測部13で予測した巻線形誘導電動機IMの各予測値の中で最も高い評価の予測値に対応する時系列な抵抗値パターンを選択する(S14、パターン選択処理)。本実施形態では、処理S12によってパターン生成部12で生成した複数の時系列な抵抗値パターンそれぞれについて、式4によってその評価値が求められ、最小の評価値を与える時系列な抵抗値パターンが選択される。
Next, the MPC control unit CL selects the wound type induction motor predicted by the
そして、MPC制御部CLは、2次抵抗制御部15によって、処理S14によってパターン選択部14で選択した時系列な抵抗値パターンに基づいて、2次抵抗部RUを制御し、今回の制御タイミングでの本処理を終了する(S15、2次抵抗制御処理)。本実施形態では、次回の(k+1)番目の制御での抵抗値Rr
iとなるように、2次抵抗部RUが制御される。
Then, the MPC control unit CL controls the secondary resistance unit RU by the secondary
このように巻線形誘導電動機IMが、制御目的の目標値の回転速度ωm *となるように、予測制御で制御され、駆動される。 In this way, the wound induction motor IM is controlled and driven by predictive control so that the rotational speed ω m * is the target value for control purposes.
以上説明したように、実施形態における巻線形誘導電動機用制御装置(2次抵抗部RUおよびMPC制御部CL)およびこれに実装された巻線形誘導電動機用制御方法、ならびに、巻線形誘導電動機システムSMは、予測制御によって2次抵抗部RUの抵抗値を決定できるから、自動的に2次抵抗値を変更できる。 As described above, the wound induction motor control device (secondary resistance unit RU and MPC control unit CL) in the embodiment, the wound induction motor control method implemented therein, and the wound induction motor system SM Since the resistance value of the secondary resistance unit RU can be determined by predictive control, the secondary resistance value can be automatically changed.
上記巻線形誘導電動機用制御装置、巻線形誘導電動機用制御方法および巻線形誘導電動機システムSMは、抵抗素子ユニットUTを縦続接続で増やすという簡単な手法で抵抗値パターンを増やすことができる。抵抗素子ユニットUTを増やすことで、巻線形誘導電動機IMの制御目的に関する所定の物理量(上述の例では回転速度)が細かく設定できるから(高い分解能で設定できるから)、巻線形誘導電動機IMを細かく制御できる(高い分解能で制御できる)。 The above-described control device for a wound-type induction motor, control method for a wound-type induction motor, and wound-type induction motor system SM can increase the resistance value pattern by a simple method of increasing the resistance element units UT by cascade connection. By increasing the number of resistance element units UT, a predetermined physical quantity (rotation speed in the above example) related to the control purpose of the wound induction motor IM can be set finely (because it can be set with high resolution). Can be controlled (can be controlled with high resolution).
上記巻線形誘導電動機用制御装置、巻線形誘導電動機用制御方法および巻線形誘導電動機システムSMは、制御目標値と予測値との偏差に基づく評価値で予測値を評価するので、制御目標値に対する追従性の高い予測値を選定できる。 The above-described control device for a wound-type induction motor, control method for a wound-type induction motor, and wound-type induction motor system SM evaluate the predicted value using an evaluation value based on the deviation between the control target value and the predicted value. A predicted value with high followability can be selected.
本実施形態によれば、回転速度制御できる巻線形誘導電動機用制御装置、巻線形誘導電動機用制御方法および巻線形誘導電動機システムSMが提供でき、前記巻線形誘導電動機用制御装置を備えた巻線形誘導電動機システムSMが提供できる。 According to the present embodiment, a wound induction motor control device, a wound induction motor control method, and a wound induction motor system SM capable of controlling rotational speed can be provided, and the wound induction motor is equipped with the wound induction motor control device. An induction motor system SM can be provided.
なお、上述の実施形態では、パターン選択部14は、最も高い評価値であれば、複数の時系列な抵抗値パターンの中からいずれでも選択できたが、選択肢に制約が設けられてもよい。より具体的には、例えば、複数の時系列な抵抗値パターンを生成する際に制約を設けることによって、選択肢が制約される。例えば、パターン生成部12は、前記複数の時系列な抵抗値パターンを生成する場合に、時系列で前後に並ぶ2個の抵抗値の中の後の抵抗値を、前記2次抵抗部RUにおける可変で生成し得る複数の抵抗値を大小順に並べた場合に、前の抵抗値、前記前の抵抗値より1つだけ大きい抵抗値および前記前の抵抗値より1つだけ小さい抵抗値の中から選択する。このような巻線形誘導電動機用制御装置、巻線形誘導電動機用制御方法および巻線形誘導電動機システムSMは、前後に並ぶ2個の抵抗値を1個ずつずらした抵抗値となるように2次抵抗部RUを制御するので、スムーズに駆動するように巻線形誘導電動機IMを制御できる。
Note that in the above-described embodiment, the
図4は、制約を設けた場合における、時系列な抵抗値パターンの一例を説明するための図である。例えば、図2に示す5組の時系列な抵抗値パターンは、図4に示す3組の時系列な抵抗値パターンとなり、パターン選択部14は、これら3組の時系列な抵抗値パターンの中から、最も高い評価値を与える抵抗値パターンを選択する。 FIG. 4 is a diagram for explaining an example of a time-series resistance value pattern when constraints are provided. For example, the five sets of time-series resistance value patterns shown in FIG. 2 become the three sets of time-series resistance value patterns shown in FIG. From these, select the resistance value pattern that gives the highest evaluation value.
この変形形態におけるシミュレーション結果が図5および図6それぞれに示されている。図5は、無負荷の場合におけるシミュレーション結果を示す図である。図6は、負荷トルクを与えた場合におけるシミュレーション結果を示す図である。図5Aおよび図6Aは、それぞれ、回転速度の時間変化を示し、図5Bおよび図6Bは、その際のノッチ段数の時間変化を示す。図5Aおよび図6Aそれぞれの各横軸は、始動開始(速度制御開始)からの経過時間であり、これら各縦軸は、回転速度である。図5Bおよび図6Bそれぞれの各横軸は、始動開始からの経過時間であり、これら各縦軸は、ノッチ段数である。 Simulation results for this modification are shown in FIGS. 5 and 6, respectively. FIG. 5 is a diagram showing simulation results in the case of no load. FIG. 6 is a diagram showing simulation results when a load torque is applied. 5A and 6A each show a change in rotational speed over time, and FIGS. 5B and 6B show a change in the number of notches over time at that time. Each of the horizontal axes in FIGS. 5A and 6A represents the elapsed time from the start of startup (start of speed control), and each of the vertical axes represents the rotational speed. Each of the horizontal axes in FIGS. 5B and 6B represents the elapsed time from the start of startup, and each of the vertical axes represents the number of notches.
図5Aから、無負荷で加速を伴う速度制御を実行した場合、目標速度に遅れや大きな偏差を伴わずに追従できていることが分かる。そして、図5Bから、この際に、ノッチ段数も1ずつ変化させて速度制御が実行できていることが分かる。一方、図6は、一定速度で巻線形誘導電動機を駆動中に、負荷トルクを与えた場合のシミュレーション結果であるが、図6Aから、図5Aの場合と同様に、目標速度に追従できていることが分かる。そして、この場合でも、図6Bから、この際に、ノッチ段数も1ずつ変化させて速度制御が実行できていることが分かる。なお、図5および図6において、実測結果は、実線で表され、シミュレーション結果は、破線で表されているが、これらは、略重なっているので、これらを区別して視認できない。 From FIG. 5A, it can be seen that when speed control accompanied by acceleration is executed with no load, the target speed can be followed without any delay or large deviation. From FIG. 5B, it can be seen that at this time, the speed control can be performed by changing the number of notches by one. On the other hand, Fig. 6 shows the simulation results when a load torque is applied while driving a wound induction motor at a constant speed, and from Fig. 6A, it can be seen that the target speed can be followed as in the case of Fig. 5A. I understand that. Even in this case, it can be seen from FIG. 6B that speed control can be performed by changing the number of notches by one at this time. Note that in FIGS. 5 and 6, the actual measurement results are represented by a solid line, and the simulation results are represented by a broken line, but since these substantially overlap, they cannot be visually distinguished.
これらシミュレーションでは、制御周期は、30[Hz]であり、したがって、ノッチ段数の切換え周期も最大で30[Hz]となる。一般的に、電動機の制御にインバータを用いる場合、前記インバータのスイッチング周期は、数kHzのオーダとなる。このため、二次回路にインバータを用いた場合、大きなサージ電圧が発生する可能性が高く、この結果、スリップリング等の周辺機器の劣化を早める等の影響が生じる可能性がある。本実施形態における巻線形誘導電動機システムでは、その1/100未満の30[Hz]で、上述の通り、良好な制御が実現できており、かつ、その切換え周期が小さいので、インバータを用いる場合に想定される上述の影響も大幅に低減できる。 In these simulations, the control cycle is 30 [Hz], and therefore the notch stage number switching cycle is also 30 [Hz] at maximum. Generally, when an inverter is used to control an electric motor, the switching period of the inverter is on the order of several kHz. For this reason, when an inverter is used in the secondary circuit, there is a high possibility that a large surge voltage will be generated, which may have the effect of accelerating the deterioration of peripheral devices such as slip rings. In the wound induction motor system of this embodiment, as mentioned above, good control can be achieved at 30 [Hz], which is less than 1/100 of that, and the switching period is small, so when using an inverter, The assumed above-mentioned effects can also be significantly reduced.
また、実施形態における巻線形誘導電動機システムSMをトロリー台車に適用した場合におけるシミュレーション結果およびその比較例のシミュレーション結果について説明する。 Further, a simulation result when the wound induction motor system SM in the embodiment is applied to a trolley car and a simulation result of a comparative example thereof will be explained.
図7は、前記巻線形誘導電動システムをトロリー台車に適用した場合における概略構成を示す図である。図8は、図7に示す前記巻線形誘導電動システムをトロリー台車に適用した場合におけるミュレーション結果を示す図である。図9は、比較例のミュレーション結果を示す図である。図8Aおよび図9Aは、それぞれ、トロリー台車の位置の時間変化を示し、図8Bおよび図9Bは、それぞれ、その際の回転速度の時間変化を示し、図8Cおよび図9Cは、その際のノッチ段数の時間変化を示す。図8Aおよび図9Aそれぞれの各横軸は、始動開始(速度制御開始)からの経過時間であり、これら各縦軸は、トロリー台車の位置(Position)である。図8Bおよび図9Bそれぞれの各横軸は、始動開始からの経過時間であり、これら各縦軸は、回転速度(Speed)である。図8Cおよび図9Cそれぞれの各横軸は、始動開始からの経過時間であり、これら各縦軸は、ノッチ段数である。図8および図9において、実測結果は、実線で表され、シミュレーション結果は、破線で表されている。 FIG. 7 is a diagram illustrating a schematic configuration when the wound induction electric system is applied to a trolley. FIG. 8 is a diagram showing simulation results when the wound induction electric system shown in FIG. 7 is applied to a trolley. FIG. 9 is a diagram showing simulation results of a comparative example. 8A and 9A each show the time change in the position of the trolley, FIGS. 8B and 9B each show the time change in the rotational speed at that time, and FIGS. 8C and 9C show the notch at that time. It shows the change in the number of stages over time. Each of the horizontal axes in FIGS. 8A and 9A represents the elapsed time from the start of startup (start of speed control), and each of these vertical axes represents the position of the trolley. Each of the horizontal axes in FIGS. 8B and 9B represents the elapsed time from the start of the engine, and each of the vertical axes represents the rotation speed (Speed). Each of the horizontal axes in FIGS. 8C and 9C represents the elapsed time from the start of startup, and each of the vertical axes represents the number of notches. In FIGS. 8 and 9, actual measurement results are represented by solid lines, and simulation results are represented by broken lines.
実施形態における巻線形誘導電動機システムSMは、トロリー台車VCの位置制御に用いられる。その巻線形誘導電動機IMは、図7に示すように、トロリー台車VCの動力源として用いられ、巻線形誘導電動機IMの出力軸は、減速機GAを介してトロリー台車VCの駆動輪DTに接続される。これにより、巻線形誘導電動機IMの出力トルクは、減速機GAを介して駆動輪DTに伝達され、駆動輪DTが回転し、トロリー台車VCが移動する。トロリー台車VCの現在の位置xと位置の制御目標値x*とが差分器SBで差分され、その差分がP制御器PCLでP制御(比例制御)され、回転速度の制御目標値ωm *となってMPC制御部CLに入力される。MPC制御部CLは、制御周期20[Hz]、予測ホライズン5および制御ホライズン1で上述のように予測制御で2次抵抗部RUの抵抗値を制御し、これにより巻線形誘導電動機IMが回転速度制御される。 The wound induction motor system SM in the embodiment is used for position control of the trolley car VC. As shown in FIG. 7, the wound induction motor IM is used as a power source for the trolley car VC, and the output shaft of the wound induction motor IM is connected to the drive wheel DT of the trolley car VC via a reduction gear GA. be done. Thereby, the output torque of the wound induction motor IM is transmitted to the drive wheel DT via the reduction gear GA, the drive wheel DT rotates, and the trolley bogie VC moves. The current position x of the trolley bogie VC and the position control target value x * are differentiated by a differentiator SB, and the difference is P-controlled (proportional control) by a P controller PCL to obtain a rotation speed control target value ω m * and is input to the MPC control unit CL. The MPC control unit CL controls the resistance value of the secondary resistance unit RU by predictive control as described above at a control period of 20 [Hz], a prediction horizon of 5, and a control horizon of 1, thereby controlling the rotational speed of the wound induction motor IM. controlled.
このような巻線形誘導電動機システムSMは、図8に示すように、差分器SBおよびP制御器PCLを備えて構成される位置制御コントローラにより生成された回転速度の制御目標値ωm *に追従することができ、位置の制御目標値x*に対し、僅かに偏差が生じているものの、トロリー台車VCの位置xを精度良く位置決めできる。 As shown in FIG. 8, such a wound induction motor system SM follows a rotational speed control target value ω m * generated by a position control controller including a differentiator SB and a P controller PCL. Although there is a slight deviation from the position control target value x * , the position x of the trolley car VC can be determined with high accuracy.
一方、比較例では、上述のMPC制御部CLに代え、一般的な速度フィードバック制御を行う速度フィードバック制御部が用いられている。この比較例では、図9に示すように、位置の偏差の大きさに応じて、ノッチ段数が決定されることから、入力ノッチ段数の変化量が大きく、回転速度にも比較的大きな脈動が発生している。特に、25[s]付近のシミュレーション結果において、これ以上大きなノッチ段数を選択すると位置の制御目標値x*を越えてしまう状況でも、ノッチ段数を上げる制御が行われ、結果として位置の偏差が生じてしまっている。スイッチング周期、制御周期を高くすることによって、位置の偏差が低減されるが、大きなサージ電圧が発生する可能性がある。 On the other hand, in the comparative example, a speed feedback control section that performs general speed feedback control is used in place of the above-mentioned MPC control section CL. In this comparative example, as shown in Fig. 9, the number of notches is determined according to the size of the position deviation, so the amount of change in the number of input notches is large, and relatively large pulsations occur in the rotational speed. are doing. In particular, in the simulation results around 25 [s], even in a situation where selecting a larger number of notches would exceed the position control target value x * , control is performed to increase the number of notches, resulting in position deviation. It's gone. By increasing the switching period and control period, position deviations can be reduced, but large surge voltages may occur.
2次抵抗を切り換えて回転速度制御を行う場合、細かな回転速度の調整が困難であり、スイッチング周期や制御周期を高くすることで制御精度を確保する必要があるが、本実施形態における巻線形誘導電動機システムSMを用いることで、スイッチング周期を数十[Hz]に抑えつつ、従来手法と比較して精度の良い制御が実現できる。 When controlling the rotational speed by switching the secondary resistance, it is difficult to finely adjust the rotational speed, and it is necessary to ensure control accuracy by increasing the switching cycle and control cycle. By using the induction motor system SM, it is possible to suppress the switching period to several tens of Hz and achieve more accurate control compared to conventional methods.
また、上述の実施形態では、前記巻線形誘導電動機の制御目的に関する所定の物理量は、回転速度であったが、前記巻線形誘導電動機の制御目的に関する所定の物理量は、トルクであってもよい。これによれば、トルク制御できる巻線形誘導電動機用制御装置、巻線形誘導電動機用制御方法および巻線形誘導電動機システムSMが提供できる。この場合では、評価値を求める式4に代え、例えば、評価値の演算に次式5が用いられる。あるいは、例えば、トルク制御に回転速度制限ωm_limを設ける場合には、次式6が用いられる。
Further, in the above-described embodiment, the predetermined physical quantity related to the control purpose of the wound induction motor was the rotation speed, but the predetermined physical quantity related to the control purpose of the wound induction motor may be torque. According to this, it is possible to provide a control device for a wound induction motor, a control method for a wound induction motor, and a wound induction motor system SM that can control torque. In this case, instead of
本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および/または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。 In order to express the present invention, the present invention has been adequately and fully described through embodiments with reference to the drawings in the above description, but those skilled in the art will easily be able to modify and/or improve the embodiments described above. It should be recognized that this is possible. Therefore, unless the modification or improvement made by a person skilled in the art does not depart from the scope of the claims stated in the claims, such modifications or improvements do not fall outside the scope of the claims. It is interpreted as encompassing.
SM 巻線形誘導電動機システム
IM 巻線形誘導電動機
CL 予測制御制御部(MPC制御部)
RU 2次抵抗部
UT 抵抗素子ユニット
S スイッチ
R 抵抗素子
11 制御部
12 パターン生成部
13 予測部
14 パターン選択部
15 2次抵抗制御部
SM Wound induction motor system IM Wound induction motor CL Predictive control control unit (MPC control unit)
RU Secondary resistance section UT Resistance element unit S Switch
Claims (8)
前記2次巻線に接続され、可変な抵抗値を持つ2次抵抗部と、
前記2次抵抗部における時系列な抵抗値パターンを、互いに異なるように複数、生成するパターン生成部と、
前記パターン生成部で生成した複数の時系列な抵抗値パターンそれぞれについて、当該時系列な抵抗値パターンで前記2次抵抗部の抵抗値が変更された場合における前記巻線形誘導電動機の制御目的に関する所定の物理量の値を予測値として予測する予測部と、
前記パターン生成部で生成した複数の時系列な抵抗値パターンの中から、前記予測部で予測された前記巻線形誘導電動機の各予測値の中で最も高い評価の予測値に対応する時系列な抵抗値パターンを選択するパターン選択部と、
前記パターン選択部で選択された時系列な抵抗値パターンに基づいて、前記2次抵抗部を制御する2次抵抗制御部とを備える、
巻線形誘導電動機用制御装置。 A control device for a wound induction motor that controls a wound induction motor including a primary winding and a secondary winding,
a secondary resistance section connected to the secondary winding and having a variable resistance value;
a pattern generation unit that generates a plurality of time-series resistance value patterns in the secondary resistance unit so as to be different from each other;
For each of the plurality of time-series resistance value patterns generated by the pattern generation section, a predetermined purpose regarding the control purpose of the wound induction motor when the resistance value of the secondary resistance section is changed in the time-series resistance value pattern. a prediction unit that predicts the value of the physical quantity as a predicted value;
Among the plurality of time-series resistance value patterns generated by the pattern generation unit, a time-series pattern corresponding to the highest predicted value among the predicted values of the wound induction motor predicted by the prediction unit is selected. a pattern selection section for selecting a resistance value pattern;
a secondary resistance control section that controls the secondary resistance section based on the time-series resistance value pattern selected by the pattern selection section;
Control device for wound induction motor.
請求項1に記載の巻線形誘導電動機用制御装置。 The secondary resistance section includes at least one resistance element unit including a resistance element and a changeover switch that switches whether or not to connect the resistance element to the secondary winding.
A control device for a wound induction motor according to claim 1.
請求項1または請求項2に記載の巻線形誘導電動機用制御装置。 The predetermined physical quantity related to the control purpose of the wound induction motor is the rotation speed,
A control device for a wound induction motor according to claim 1 or 2.
請求項1または請求項2に記載の巻線形誘導電動機用制御装置。 The predetermined physical quantity related to the control purpose of the wound induction motor is torque;
A control device for a wound induction motor according to claim 1 or 2.
請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の巻線形誘導電動機用制御装置。 The pattern selection unit selects the predicted value with the highest evaluation by using an evaluation value based on a deviation between the control target value and the predicted value.
A control device for a wound induction motor according to any one of claims 1 to 4.
請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の巻線形誘導電動機用制御装置。 When generating the plurality of time-series resistance value patterns, the pattern generation section generates a later resistance value of two resistance values arranged one after the other in time series using a variable function in the secondary resistance section. When a plurality of possible resistance values are arranged in order of magnitude, selecting from among the previous resistance value, a resistance value that is one value larger than the previous resistance value, and a resistance value that is one value smaller than the previous resistance value,
A control device for a wound induction motor according to any one of claims 1 to 5.
前記2次抵抗部における時系列な抵抗値パターンを、互いに異なるように複数、生成するパターン生成工程と、
前記パターン生成工程で生成した複数の時系列な抵抗値パターンそれぞれについて、当該時系列な抵抗値パターンで前記2次抵抗部の抵抗値が変更された場合における前記巻線形誘導電動機の制御目的に関する所定の物理量の値を予測値として予測する予測工程と、
前記パターン生成工程で生成した複数の時系列な抵抗値パターンの中から、前記予測工程で予測された前記巻線形誘導電動機の各予測値の中で最も高い評価の予測値に対応する時系列な抵抗値パターンを選択するパターン選択工程と、
前記パターン選択工程で選択された時系列な抵抗値パターンに基づいて、前記2次抵抗部を制御する2次抵抗制御工程とを備える、
巻線形誘導電動機用制御方法。 1. A control method for a wound-type induction motor, which controls a wound-type induction motor including a primary winding and a secondary winding connected to a secondary resistance section having a variable resistance value, the method comprising:
a pattern generation step of generating a plurality of time-series resistance value patterns in the secondary resistance section so as to be different from each other;
For each of the plurality of time-series resistance value patterns generated in the pattern generation step, a predetermined purpose regarding the control purpose of the wound induction motor when the resistance value of the secondary resistance section is changed in the time-series resistance value pattern. a prediction step of predicting the value of the physical quantity as a predicted value;
Among the plurality of time-series resistance value patterns generated in the pattern generation step, a time-series pattern corresponding to the highest predicted value among the predicted values of the wound induction motor predicted in the prediction step is selected. a pattern selection step of selecting a resistance value pattern;
a secondary resistance control step of controlling the secondary resistance section based on the time-series resistance value pattern selected in the pattern selection step;
Control method for wound induction motor.
前記巻線形誘導電動機を制御する巻線形誘導電動機用制御部とを備え、
前記巻線形誘導電動機用制御部は、請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の巻線形誘導電動機用制御装置である、
巻線形誘導電動機システム。
a wound induction motor comprising a primary winding and a secondary winding;
and a wound-type induction motor control unit that controls the wound-type induction motor,
The wound type induction motor control unit is the wound type induction motor control device according to any one of claims 1 to 6.
Wound induction motor system.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2022048090A JP2023141655A (en) | 2022-03-24 | 2022-03-24 | Wound induction motor control device and method, and wound induction motor system |
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