JP3729734B2 - 磁束制御交流システムにおいて磁束中点を補正する方法 - Google Patents

Description

【０００１】
（発明の背景）
本発明は磁束制御交流システムにおいて磁束中点（flux midpoint）を補正する方法に関し、この方法は固定子（ステータ）磁束予測値を決定するステップと固定子電流の大きさを決定するステップとを備えている。
【０００２】
交流機械の制御において、機械（マシン）の電気状態を表す固定子磁束予測値を用いることが知られている。この種の磁束制御システムは、例えば、トルクの直接制御に基づいておりかつドライブの制御が固定子磁束の連続的な予測に基づいているようなインバータである。固定子磁束予測値は、固定子電流により生じる抵抗損を式（１）に従って減算した固定子電圧ベクトルを積分することによって通常決定される。

【０００３】
固定子電圧ベクトルｕ_sおよび固定子電流ベクトルｉ_sが全てのシステム相の電圧および電流を表すベクトル変数として結合されるような固定子座標系で式（１）は表され、従って固定子磁束予測値Ψ_s,estもベクトル変数である。実際上、式（１）のパラメータは誤差を含んでいる。積分は全然誤差なしでは完全には行われ得ず、そのため固定子磁束予測値にも同様誤差がある。交流システムの電圧および電流は正弦波的に交番するため、対応する変数に基づいて計算されたベクトルの頂点は原点中心の円を描く。このため、電圧および電流に基づいて決定された磁束は原点中心の円によって表される。
【０００４】
しかしながら、計算された固定子磁束は上述した誤差因子のため原点を中心とはしない。実際上、磁束制御システムは計算された磁束を、それが原点中心となるように補正し、そのためモータの真の磁束は誤差のあるものとなる。この結果、固定子磁束予測値Ψ_s,estは、それが実際の制御のために使用される前に種々の異なる方法によって補正されなければならない。
【０００５】
磁束に対応する変数も他の交流システムのため、例えば電気回路網のために決定されることができ、その場合に電気回路網に供給されるべき電力は上記交流マシンと同一の原理によって制御可能である。回路網に供給されるべき電力の制御にあって、回路網電圧に対応する磁束値のための実際の予測値を得ることも重要である。
【０００６】
磁束制御モータにおいて、磁束の偏心はマシンに対して作成された電流モデルによって通常補正され、その際にマシンの交流電流に基づいて決定された固定子電流ベクトルはフィードバック変数として機能する。同期マシンにおいては、測定された磁化電流もフィードバック変数として使用可能である。電流モデルはマシンの全てのインダクタンスおよびレジスタンスパラメータと何らかの減少係数とを含んでおり、その精度は電流モデルから得られた磁束予測値の精度を決定する。実際上、不正確なマシンパラメータのために電流モデルには常に誤差が存在する。
【０００７】
電流ベクトルおよびモータモデルはマシンの固定子磁束を計算するために使用されるが、これは磁束制御装置においてマシン制御の基礎として必ずしも使用される訳ではなく、その理由はモータモデルのインダクタンスパラメータに誤差がある場合、それらが固定子磁束予測値の角度および大きさに誤差を生じさせてしまうためである。しかしながら、計算された予測値は、それが他の誤差を含んでいるが、固定子磁束ベクトルを原点中心を持つように保持するために使用可能である。このため、静的なトルク誤差は電流モデルを用いては除去され得ない。磁束制御において、マシンは固定子電圧積分値と測定された電流ベクトルとによって直接制御され、このためマシンのために作成された電流モデルは不要となる。しかしながら、電流モデルはモータ制御の精度を向上するために使用される。
【０００８】
固定子磁束の偏心は固定子の相電流を監視することによって間接的に注意出来る。磁束の偏心は固定子相電流に直流成分を生じさせる。これらＤＣ成分は相電流の波形を歪ませ、このためそれら波形から、固定子磁束が偏心したと結論付けることが可能である。固定子磁束が歪むようになったという事実は、例えば、相電流のゼロ交差時間あるいは振幅差を監視することによって結論できる。
【０００９】
（発明の簡単な説明）
本発明の目的は上述の欠点を解消する方法を提供することにあり、より信頼性ある態様でかつより簡単な方法で磁束制御交流システムにおける磁束中点を補正することができるようにする。
【００１０】
本発明の目的は次のステップからなる方法に特徴付けられる本発明の方法で達成される。すなわち、それらステップは、
基準変数を得るために固定子磁束予測値と固定子電流の間のスカラー積を作成するステップと、
この基準変数の低周波成分を得るためにこの基準変数を低域濾波するステップと、
差変数を得るために基準変数からこの低周波成分を減算するステップと、
この差変数を固定子磁束の成分および補正係数と乗算することによって固定子磁束予測値の補正項成分を決定するステップと、
固定子磁束予測値の成分および補正項成分に基づいて補正された中点を有する固定子磁束を形成するステップと、
からなる。
【００１１】
本発明の方法は、固定子磁束の偏心があればこれが固定子磁束予測値および固定子電流の間のスカラー積によって並びに固定子磁束予測値の成分によって補正されるという着想に基づいている。
【００１２】
本発明の方法の長所は固定子磁束が真の固定子磁束を表すようにする高い信頼性と大きな精度とである。更にまた、この方法は簡単であり、回転磁界マシンおよび電気回路網のような交流システムの中点を補正するために広く適用可能である。
【００１３】
固定機械（スタンデイング・マシン）および最も低い周波数を除くインダクションモータのような、回転磁界マシンに関連してこの方法が使用されるときには、モータパラメータの内の固定子レジスタンス（抵抗値）のみが知られるか又は測定される必要があるが、これに対して、中点を補正する従来技術の方法ではレジスタンスに加えてマシンのインダクタンスパラメータが予測される必要がある。本発明の方法は全ての回転磁界マシンにそれらの飽和度に係わらずふさわしく使用され得る。
【００１４】
本発明による磁束補正方法は直接磁束制御方法の最もよい使用を可能にする。本発明の補正方法が使用されて初めて、回転磁界マシンはモータパラメータについての情報を殆ど持たずに広範囲の回転速度で制御可能になる。この方法のおかげで、磁束制御装置もフィードバックモータの回転速度についてのフィードバック情報を全く持たずに優れた動的能力（ダイナミック・キャパシティ）を達成する。
【００１５】
（発明の詳細な説明）
図１によれば、固定子電流ｉ_s,x、ｉ_s,yと固定子磁束予測値Ψ_s,x,est、Ψ_s,y,estを表す信号がスカラー積エレメント１に供給される。図１において、これらの変数はｘおよびｙ軸と平行な成分に分割されたものとして示されている。変数のｘおよびｙ成分を結合することによって、交流システムの全ての相の瞬時状態を表すベクトル変数が得られる。固定子電流はその正確な予測値を与える測定によって通常決定され、回転磁界マシンは制御可能となる。固定子磁束予測値は例えば式（１）に従って決定され得る。その場合は、マシンパラメータの固定子レジスタンス（抵抗値）を知ることが必要である。磁束はまたマシンの電流モデルによって決定されることができ、その場合は他のマシンパラメータについての情報も必要である。しかしながら、マシンの周波数がゼロ周波数に近いような使用にマシンが設計されるとしたら、電流モデルおよび関連したマシンパラメータを使用する必要がある。
【００１６】
図１のスカラー積エレメント１は固定子ベクトルｉ_sおよび固定子磁束予測値Ψ_s,est間のスカラー積を形成する。このスカラー積は変数の同じ方向の成分を互いに乗算して得られた積を互いに加算することによって得られる。従って、スカラー積エレメントはスカラー基準変数ｋを与える式Ψ_s,est・ｉ_s＝Ψ_s,x,estｉ_s,x＋Ψ_s,y,estｉ_s,yを計算する。回転磁界マシンが本明細書の一例として使用されているとしても、この制御方法は他の交流システム、例えば電気回路網の制御にも同様に適用可能である。
【００１７】
スカラー積エレメント１の出力は低域フィルタ２に接続され、そこで基準変数ｋが低域濾波されると共に、加算器３の正の入力に接続される。基準変数の低周波成分ｋ_filtを含む低域フィルタ２の出力は加算器３の負の入力に接続される。電気周期の値よりも大きな値が低域フィルタ２の濾波時定数として使用され、このため低域濾波は基準変数からより高い周波数を効果的に除去する。
【００１８】
加算器３の１つの入力は基準変数ｋを含み、他の入力に接続される基準変数の低域濾波された部分ｋ_filtが減算される。このため、加算器の出力は基準変数ｋおよびその低域濾波部分ｋ_filt間の差を表す差変数ｅとなり、従ってこの差はスカラー積エレメント１で形成されたスカラー積の高周波成分からなる。
【００１９】
本発明によれば、差変数ｅは乗算器エレメント４の入力に供給される。図１に示されるように、予測された固定子磁束のｘおよびｙ成分Ψ_s,x,est、Ψ_s,y,estは固定子磁束の補正項成分Ψ_s,x,corr、Ψ_s,y,corrを得るために乗算器エレメントの２つの他の入力に供給される。乗算器エレメントは差変数ｅと固定子磁束予測値の両成分とを別々に乗算する。乗算器エレメント４は、更に、計算されるべき積の両方における係数としても同様使用される補正因子Ｋ_{Ψ corr}を備えている。本発明の一実施例によれば、補正係数は乗算器エレメント４の出力として得られる補正項成分を更なる使用に適するようにスケーリングする一定の係数である。
【００２０】
他の実施例によれば、乗算器エレメント４に含まれる補正係数Ｋ_{Ψ corr}は周波数に比例しかつマシンパラメータに依存する補正項である。従って、補正係数は、例えば、乗算器エレメント４からの出力として得られた補正項成分の位相シフトに影響を及ぼすために使用可能である。
【００２１】
本発明によれば、乗算器エレメント４から得られた補正項成分Ψ_s,x,corr、Ψ_s,y,corrは補正された中点を有する固定子磁束予測値の成分Ψ_s,x,fin、Ψ_s,y,finを決定するために使用される。補正エレメント５によって行われる最終補正の結果として得られる固定子磁束値Ψ_s,x,fin、Ψ_s,y,finは回転磁界マシンの固定子磁束の大きさの最良の可能な予測値として使用される。乗算器エレメント４の出力および元の固定子磁束予測値Ψ_s,x,est、Ψ_s,y,estは補正エレメント５の入力に接続される。本発明の一実施例によれば、補正された中点を有する固定子磁束予測値の成分は補正項成分を対応する磁束予測値成分に加算することによって導出される。ベクトルに関しては、ｘおよびｙから成るベクトルΨ_s,est、Ψ_s,corrは互いに加算されて補正された中点を有する固定子磁束ベクトルΨ_s,finを得る。
【００２２】
本発明の方法の一実施例によれば、補正された中点を有する固定子磁束予測値を得るために、乗算器エレメント４から得られた補正項成分Ψ_s,x,corr、Ψ_s,y,corrのサインに比例する定数とオリジナル磁束予測値成分Ψ_s,x,est、Ψ_s,y,estとを加算するために補正エレメント５は使用される。その場合に、補正項成分のサインは補正エレメント５で検査され、所定の定数補正項がそれらのサインに応じて磁束予測値成分に加算される。
【００２３】
明瞭化および簡略化のため、本発明の方法が一例として回転磁界マシンを用いて記載された。しかしながら、本発明の方法は上記の場合に制限されず、電気回路網のような他の交流システムに使用されてもよい。
【００２４】
当業者にとって、本発明概念が幾つかの異なった態様で構成されてもよいことが明白となるであろう。従って、本発明およびその実施例は上に記載された例に制限されず、特許請求の範囲の適用範囲内で変更可能である。
【図面の簡単な説明】
本発明は添付図面を参照して好適実施例によってより詳細に説明される。
【図１】 本発明の方法を示すブロック図である。

Claims (5)

1. 固定子磁束予測値（Ψ_s,est）を決定するステップと、
   固定子電流（ｉ_s）の大きさを決定するステップと、
   を備えた磁束制御交流システムで磁束中点を補正する方法において、
   基準変数（ｋ）を得るために固定子磁束予測値（Ψ_s,est）と固定子電流（ｉ_s）とのスカラー積を形成するステップと、
   基準変数（ｋ）の低周波成分（ｋ_filt）を得るために基準変数（ｋ）を低域濾波するステップと、
   差変数（ｅ）を得るために基準変数（ｋ）から低周波成分（ｋ_filt）を減算するステップと、
   差変数（ｅ）に固定子磁束の成分（Ψ_s,x,est、Ψ_s,y,est）および補正係数（Ｋ_{Ψ corr}）を乗算することによって固定子磁束予測値（Ψ_s,est）の補正項成分（Ψ_s,x,corr、Ψ_s,y,corr）を決定するステップと、
   固定子磁束予測値の成分（Ψ_s,x,est、Ψ_s,y,est）および補正項成分（Ψ_s,x,corr、Ψ_s,y,corr）に基づいて補正された中点を有する固定子磁束（Ψ_s,fin）を形成するステップと、
   を具備することを特徴とする方法。
2. 請求項１記載の方法において、補正された中点を有する固定子磁束（Ψ_s,fin）を形成するステップは、補正項成分（Ψ_s,x,corr、Ψ_s,y,corr）が固定子磁束予測値の成分（Ψ_s,x,est、Ψ_s,y,est）に加算されるステップからなることを特徴とする方法。
3. 請求項１記載の方法において、補正された中点を有する固定子磁束（Ψ_s,fin）を形成するステップは、補正項成分（Ψ_s,x,corr、Ψ_s,y,corr）のサインに基づいた定数補正項が固定子磁束予測値の成分（Ψ_s,x,est、Ψ_s,y,est）に加算されるステップを具備することを特徴とする方法。
4. 請求項１記載から請求項３のうちの任意の１項記載の方法において、補正係数（Ｋ_{Ψ corr}）は定数であることを特徴とする方法。
5. 請求項１記載から請求項３のうちの任意の１項記載の方法において、補正係数（Ｋ_{Ψ corr}）は交流システムの周波数に比例することを特徴とする方法。

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