JP2673994B2 - Thyristor Leonard device current limiting method - Google Patents

Thyristor Leonard device current limiting method

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電動機駆動を行うサイリスタレオナード装置
の電流制御方法に関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a current control method for a thyristor Leonard device for driving an electric motor.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

直流電動機を駆動するためにサイリスタレオナード装
置が多用されているが、該装置は同じ点弧角のゲート信
号を与えても負荷電流の大きい場合(電流連続領域)と
負荷電流の小さい場合(電流断続領域)とでは、その出
力電圧が異なる性質がある。
Thyristor Leonard devices are often used to drive DC motors, but the devices provide large load currents (continuous current region) and small load currents (interrupted current) even when a gate signal with the same firing angle is applied. Region), the output voltage thereof is different.

このことは、制御利得が負荷電流の大きさにより変化
すること、制御系の安定性や応答の様子が負荷電流によ
って変化することを意味し、巾広く変動する負荷に対し
て安定性を保つために何らかの手段が必要になる。
This means that the control gain changes depending on the magnitude of the load current and that the stability and response of the control system change depending on the load current. Some means is needed for this.

第3図はサイリスタレオナード装置の一般的な接続構
成図でこれについて説明する。
FIG. 3 is a general connection block diagram of the thyristor Leonard device, which will be described.

1は交流電源ね2はサイリスタブリッジ、3は負荷機
を伴なった直流電動機、4は負荷電流検出器、5は電流
設定器、6は加減算器、7は電流制御増幅器、8はゲー
ト信号発生回路、Iは直流指令信号、Iは負荷電流信
号である。
1 is an AC power supply, 2 is a thyristor bridge, 3 is a DC motor with a load machine, 4 is a load current detector, 5 is a current setting device, 6 is an adder / subtractor, 7 is a current control amplifier, and 8 is a gate signal generator. A circuit, I * is a DC command signal, and I is a load current signal.

上記構成において、電流設定器5と負荷電流検出器4
の出力信号との差が加減算器6により得られ電流制御増
幅器7に与えられる。
In the above configuration, the current setter 5 and the load current detector 4
The difference between the output signal and the output signal is obtained by the adder / subtractor 6 and given to the current control amplifier 7.

ゲート信号発生回路8は電流制御増幅器7の出力に対
応した点弧角のケート信号をサイリスタブリッジ2に供
給し、サイリスタブリッジ2は直流電動機を駆動する。
The gate signal generation circuit 8 supplies the gate signal of the firing angle corresponding to the output of the current control amplifier 7 to the thyristor bridge 2, and the thyristor bridge 2 drives the DC motor.

第4図は、サイリスタレオナード装置の一般的な制御
ブロック図で、71は比例増幅器、72は積分増幅器、73は
加算器であり、第4図中第3図と同一符号を付したもの
は同じ構成部品を示す。
FIG. 4 is a general control block diagram of the thyristor Leonard device, in which 71 is a proportional amplifier, 72 is an integrating amplifier, and 73 is an adder, the same reference numerals as in FIG. The components are shown.

加算器6は、電流指令信号Iと負荷電流信号Iとの
偏差電流信号ΔIを出力する。
The adder 6 outputs a deviation current signal ΔI between the current command signal I * and the load current signal I.

電流制御増幅器7は、利得Kpの比例増幅器71と積分時
定数KIを持つ積分増巾器72、および比例増幅器71と積分
増幅器72の出力を加算する加算器73で構成され、該電流
制御相幅器7の出力Vは電圧指令値である。
The current control amplifier 7 is composed of a proportional amplifier 71 having a gain K p , an integral amplifier 72 having an integral time constant K I , and an adder 73 for adding the outputs of the proportional amplifier 71 and the integral amplifier 72. The output V * of the phase width device 7 is a voltage command value.

ゲート発生回路8は、前記電圧指令Vに相当する点
弧角αのゲートパルスを発生し、サイリスタブリッジ2
は、点弧角αのゲートパルスによりcosαに比例する直
流電圧Vを発生する。
The gate generation circuit 8 generates a gate pulse having a firing angle α corresponding to the voltage command V * , and the thyristor bridge 2
Generates a DC voltage V proportional to cos α by a gate pulse having a firing angle α.

負荷機を伴なった直流電動機3は、モータ時定数KM
ルク計数Kτ、慣性Jなどの特性定数で表すことができ
るが詳細な説明は省略する。
The DC motor 3 including the load machine can be represented by characteristic constants such as the motor time constant K M torque coefficient Kτ and the inertia J, but detailed description thereof will be omitted.

前述の構成からなるサイリスタレオナード装置の一般
的な出力特性は第5図に示され、点弧角と出力電圧の関
係を示す。
A general output characteristic of the thyristor Leonard device having the above-described structure is shown in FIG. 5, and shows the relationship between the firing angle and the output voltage.

第5図について説明すると、負荷電流が十分に大きく
連続している状態では、VDCは出力電圧、VINは電源電圧
として、点弧角αが変化した時の直流出力電圧は次式に
なる。
Referring to FIG. 5, when the load current is sufficiently large and continuous, V DC is the output voltage, V IN is the power supply voltage, and the DC output voltage when the firing angle α changes is .

VDC=1.35VIN×cosα (1) 上記の特性は破線イに示される。しかし負荷電流が小
さく連続しない状態では、実戦ロや一点鎖線ハのように
変化し、この特性は負荷電流の大きさ、直流電動機の逆
起電力、直流電動機の電機子抵抗やインダクタンスによ
り変化する。
V DC = 1.35V IN × cos α (1) The above characteristics are indicated by the broken line a. However, when the load current is small and does not continue, it changes like a real battle and a dashed-dotted line c, and this characteristic changes depending on the magnitude of the load current, the back electromotive force of the DC motor, and the armature resistance and inductance of the DC motor.

上述のことは、負荷状態によって制御回路の安定性が
変化することを示している。
The above shows that the stability of the control circuit changes depending on the load state.

そこで、安定性を改善するための従来の方法を制御ブ
ロック図の第6図で説明する。
Therefore, a conventional method for improving the stability will be described with reference to FIG. 6 of the control block diagram.

第6図は第4図と同一符号を付したものは同じ構成部
品を示し、リミッタ回路93で構成された積分時定数算出
回路9が追加されたもので、該リミッタ回路93の特性図
を第7図に示す。
FIG. 6 shows the same components as those in FIG. 4 with the same components, with the addition of an integral time constant calculation circuit 9 composed of a limiter circuit 93. The characteristic diagram of the limiter circuit 93 is shown in FIG. It shows in FIG.

積分時定数算出回路9は負荷電流Iに比例した積分時
定数KIを得るが、負荷電流が連続となる状態の負荷電流
IOに対応する値以上には増加しない。またオーバフロー
や演算精度が極端に低下する小電流領域でもリミットさ
れる。
The integral time constant calculation circuit 9 obtains an integral time constant K I proportional to the load current I, but the load current in the state where the load current is continuous
It does not increase above the value corresponding to I O. In addition, it is limited even in the small current region where overflow and calculation accuracy drop significantly.

本方法においては、定常的な負荷に対して良好な安定
性を示すが、次に示しように過渡応答に問題がある。
The method exhibits good stability under steady load, but has a problem in transient response as shown below.

第8図は、上述の安定性を改善した装置の過渡特性曲
線を示したものでIは電流指令信号、Iは負荷電流信
号、KIは積分時定数を示す。
FIG. 8 shows a transient characteristic curve of the above-described device with improved stability, where I * is a current command signal, I is a load current signal, and K I is an integration time constant.

先ず、時刻tIで電流指令信号Iがステップ状に上昇
する場合、負荷電流は未だ小さく、積分時定数KIも小さ
いため、電流指令信号Iの変化分により電流制御増幅
器7に出力は大きく変化し急激に負荷電流は上昇し一気
に電流設定値を越えてしまう。
First, when the current command signal I * rises stepwise at time t I , the load current is still small and the integration time constant K I is also small, so the output to the current control amplifier 7 is changed by the change in the current command signal I *. It changes greatly and the load current rises rapidly and exceeds the current set value at once.

さらに、積分時定数KIは負荷電流が上昇するにつれて
大きくなるのが、サイリスタレオナード装置は、電源周
波数の電気角60度分の制御遅れをともなうため、負荷電
流は大きくオーバーシュートしてしまう。
Further, the integral time constant K I increases as the load current increases, but in the thyristor Leonard device, the load current largely overshoots because of a control delay of 60 electrical degrees of the power supply frequency.

次に、時刻t2で電流指令信号Iがステップ状に低下
する場合、t2直後の積分時定数KIは大きく、電流制御増
幅器7の出力の急変を許さず、負荷電流Iの変化は緩や
かな変化となる。
Next, when the current command signal I * decreases stepwise at time t 2 , the integration time constant K I immediately after t 2 is large, a sudden change in the output of the current control amplifier 7 is not allowed, and the load current I changes It will be a gradual change.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

かような理由から、上述の改善した方式は定常的に良
好な特性を得るが、過渡的な変化時にオーバーシュート
が発生したり、著しく緩やかな変化となる、また立ち上
りと立ち下りで応答速度が異なる等の欠点があった。
For these reasons, the improved method described above constantly obtains good characteristics, but overshoot occurs during transient changes, changes are extremely gentle, and the response speed at rising and falling is high. There were drawbacks such as differences.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明は上述の不具合を解決するためになされたもの
で、定常的な安定性を失うことなくかつ過渡的にも速い
応答速度をもち、また立ち上り立ち下りの応答速度に差
のない電流制御方法を提供するものであり、具体的には
電流制御増幅器の該積分増幅器は積分時定数を可変にで
きるものし、この積分増幅器の積分時定数を負荷電流信
号と電流指令信号の平均値に比例して変化させるように
したものである。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and has a fast response speed transiently without losing steady stability, and a current control method having no difference in the response speed of rising and falling. Specifically, the integrating amplifier of the current control amplifier is capable of varying the integrating time constant, and the integrating time constant of the integrating amplifier is proportional to the average value of the load current signal and the current command signal. It was made to change.

〔作 用〕(Operation)

積分増幅器の積分時定数を変化させるパラメータとし
て、電流指令信号を用いて負荷急変時の応答を速くし、
かつ負荷電流信号を用いてオーバーシュートを抑制する
ことができる。また、該二つのパラメータを均等に作用
させることにより、立ち上りと立ち下りの両方の変化の
速度を同じとすることができる。
As a parameter for changing the integration time constant of the integrating amplifier, the current command signal is used to speed up the response during sudden load changes,
In addition, overload can be suppressed by using the load current signal. Further, by making the two parameters act equally, it is possible to make the rate of change of both the rising edge and the falling edge the same.

〔実 施 例〕〔Example〕

第1図は本発明によるサイリスタレオナード装置の制
御ブロック図で、第1図中第6図と同一符号を付したも
のは同じ構成部品を示す。
FIG. 1 is a control block diagram of the thyristor Leonard device according to the present invention, in which the same reference numerals as in FIG. 6 in FIG. 1 indicate the same components.

91は加算器、92は利得(1/2)の増幅器、KI′は積分
時定数であり、積分時定数算出回路9′は、加算器91と
利得(1/2)の増幅器92が第6図に追加されて構成され
る。
91 an adder, 92 is an amplifier gain (1/2), K I 'is the integration time constant, the integration time constant calculating circuit 9', amplifier 92 of the adder 91 and the gain (1/2) of the It is configured by adding it to FIG.

第1図では電流指令信号Iと負荷電流信号Iとを加
算器91で加算し、増幅器92にて(1/2)の値を得る。即
ちIとI平均値を得、該平均値に応じて、積分増幅器
72の積分時定数を変化させるものである。
In FIG. 1, the current command signal I * and the load current signal I are added by the adder 91, and the value of (1/2) is obtained by the amplifier 92. That is, I * and I average value are obtained, and an integrating amplifier is obtained according to the average value.
It changes the integration time constant of 72.

第2図は本発明の過渡特性曲線を示したもので、K1
積分時定数であり、第8図と同一符号を付したものは同
じ構成部品を示す。
FIG. 2 shows a transient characteristic curve of the present invention, K 1 is an integral time constant, and the same reference numerals as in FIG. 8 show the same components.

電流指令信号Iがステップ状に上昇した場合を第8
図の従来方式と比較して説明すれば、第8図に示す従来
のものは、t1直度では小さい積分時定数KIによる制御の
ため一気に負荷電流は上昇しオーバーシュートする。
If the current command signal I * rises stepwise, the eighth
In comparison with the conventional method shown in the figure, in the conventional method shown in FIG. 8, the load current rises at once and overshoots due to the control by the small integration time constant K I in the straightness of t 1 .

しかし、第2図に示す今回の発明のものは、積分時定
数KIのパラメータに電流指令信号Iが加えられている
ため、t1直後での積分時定数KI′は速やかに約半分迄上
昇し、電流制御増幅器7の出力変化を抑えることによ
り、負荷電流の変化は第8図よりは緩やかになる。
However, those of this invention shown in Figure 2, integration time for the parameters of the constant K I is the current command signal I * is applied, the integral time constant K I at immediately after t 1 'is about half quickly By increasing the output current of the current control amplifier 7 and suppressing the change in the output of the current control amplifier 7, the change in the load current becomes slower than in FIG.

次に、t2にて電流指令信号Iがステップ状に低下し
た場合は、第8図に示す従来方式のものでは、t2後も負
荷電流が大きいため電流制限信号も大きいままで、制御
増幅器7の出力は緩やかな変化しかできず、負荷電流も
緩やかな減少しかできない。
Next, when the current command signal I * drops stepwise at t 2 , the conventional method shown in FIG. 8 keeps the current limit signal large because the load current is large even after t 2 and the control is continued. The output of the amplifier 7 can only change gently, and the load current can only decrease gently.

しかし、第2図に示す今回の発明のものは、積分時定
数KIのパラメータに電流指令信号Iが加えられている
ため、第8図とくらべて積分時定数KI′は、電流指令信
号Iの変化直後に速やかに約半分迄低下し、負荷電流
の変化を速めている。
However, those of this invention shown in FIG. 2, since the applied current command signal I * to the parameters of the integration time constant K I, FIG. 8 and compared with integration time constant K I 'is a current command Immediately after the change of the signal I * , it is rapidly reduced to about half to accelerate the change of the load current.

また、電流設定が上昇、低下のいずれの時にも積分時
定数は、電流変化の(1/2)相当は速やかに変化し、以
降は収束に向うため、電流指令が急変してから負荷電流
定常に達する迄の応答時間は、上昇、低下ともほぼ同じ
となる。
Also, when the current setting rises or falls, the integral time constant changes rapidly (1/2) of the current change and then converges, so that the load current becomes steady after the current command suddenly changes. The response time until reaching the same level is almost the same for both rising and falling.

以上のように、積分時定数KIを負荷電流信号Iと電流
指令信号Iとの平均値により変化させることにより負
荷電流Iのみにより積分時定数を決定した場合に比べ
て、積分時定数KIの変化を適切な方向に速めることがで
き、良好な過渡応答を得ることができる。
As described above, as compared with the case where the integration time constant K I is changed only by the load current I by changing the integration time constant K I by the average value of the load current signal I and the current command signal I * , the integration time constant K The change of I can be accelerated in an appropriate direction, and a good transient response can be obtained.

〔効 果〕(Effect)

以上説明したように、本発明は積分時定数KIを制御す
るに当って、負荷電流信号をフィードバック的に、電流
指令信号をフィードフォワード的に用いたことになり、
つまり、制御増幅器の積分時定数KIを負荷電流のみで決
めるのでなく、負荷電流と電流指令信号との平均値によ
り決定することにより、積分時定数KIに対して電流指令
信号がフィードフォワードに作用できる。従って、積分
時定数が速やかに適切に変化し応答が速く、かつ立ち上
り、立ち下がりの応答時がほぼ同じとなる良好な応答が
得られるサイリスタレオナード装置を提供できる。
As described above, the present invention uses the load current signal in a feedback manner and the current command signal in a feedforward manner in controlling the integration time constant K I ,
In other words, rather than determining the integration time constant K I of the control amplifier only the load current, by determining the average value of the load current and the current command signal, current command signal to the feed forward relative integration time constant K I Can act. Therefore, it is possible to provide a thyristor Leonard device in which the integration time constant changes rapidly and appropriately, the response is fast, and a good response is obtained in which the response times of rising and falling are almost the same.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図と第2図は本発明による制御ブロック図と過渡特
性曲線を示す。 第3図と第4図は一般的なサイリスタレオナード装置の
接続構成図と制御ブロック図、第5図は一般的なサイリ
スタレオナード装置の出力特性曲線、第6図は安定性を
改善した従来方式の制御ブロック図、第7図はリミッタ
回路の特性図、第8図は安定性を改善した従来の過渡特
性曲線図を示す。 71,72……電流制御増幅器7の比例増幅器,積分増幅
器、92……積分時定数算出回路9′の増幅器、I……負
荷電流信号、I……電流指令信号、KI……積分時定
数。
1 and 2 show a control block diagram and a transient characteristic curve according to the present invention. 3 and 4 are a connection configuration diagram and a control block diagram of a general thyristor leonard device, FIG. 5 is an output characteristic curve of a general thyristor leonard device, and FIG. 6 is a conventional system with improved stability. FIG. 7 is a control block diagram, FIG. 7 is a characteristic diagram of the limiter circuit, and FIG. 8 is a conventional transient characteristic curve diagram with improved stability. 71, 72 ... proportional amplifier of current control amplifier 7, integral amplifier, 92 ... amplifier of integral time constant calculating circuit 9 ', I ... load current signal, I * ... current command signal, K I ... integral time constant.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】比例増幅器と積分増幅器からなる電流制御
増幅器の前記積分増幅器の積分時定数を変化させる手段
を備えるサイリスタレオナード装置の電流制御方法にお
いて、前記積分時定数を、負荷電流信号と電流指令信号
を加算した平均値に比例して変化させることを特徴とす
るサイリスタレオナード装置の電流制御方法。
1. A current control method for a thyristor Leonard device comprising means for changing an integration time constant of said integration amplifier of a current control amplifier comprising a proportional amplifier and an integration amplifier, wherein the integration time constant is a load current signal and a current command. A method for controlling current in a thyristor Leonard device, characterized in that the signal is changed in proportion to an average value.
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