JP5350239B2 - 駆動装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、駆動装置および方法に関する。

従来技術（たとえば、特許文献１を参照）からは、回転磁界機械を制御する方法が知られている。その場合に、そこの図２によれば、モータにおける電流と電圧が検出される。その場合に、機械のモデル形成に相当する、制御器構造から、フラックスの実際値の成分が形成される。これが、フラックス制御器へ供給され、その出力が操作量として、機械に給電するパワーインバータの切替え状態を調節する。

他の従来技術（たとえば、特許文献２を参照）からは、非同期機械を制御する方法が知られており、そこではホールセンサ３が使用される。

さらに他の従来技術（たとえば、特許文献３を参照）からは、非同期機械を始動させる方法が知られており、そこでは始動させるために、トルク目標値ゼロが設定される。

そして、さらに他の従来技術（たとえば、特許文献４を参照）からは、非同期モータにコンバータを接続する方法が知られている。

欧州特許公報ＥＰ０１７９３５６ 独国特許公報ＤＥ１９４１３１２ 独国公開公報ＤＥ１９５３２４７７Ａ１ ドイツ特許公報ＤＥ１９９７５２Ｃ１

本発明の課題は、磁気飽和効果に関するパラメータを考慮して電気的な駆動装置の制御特性を改良することである。

本発明によれば、この課題は、駆動装置においては、請求項１に記載された特徴に従って、方法においては、請求項６に記載された特徴に従って、解決される。

駆動装置における本発明の重要な特徴は、それが、コンバータから給電される電動機を有していることであり、
その場合に、コンバータが、離散時間的な制御構造を有しており、それが、モータに印加される電圧の操作を用いて、電動機のステータ電流を制御し、
その場合に、モータの電流が、離散時間的に検出され、
その場合に、制御構造が、第１の制御器を有しており、その目標値が、第１の非線形の伝達素子の出力値であって、
その実際値が、第２の非線形の伝達素子の出力値であり、
その場合に、第１の非線形の伝達素子の入力値が、電流の第１の電流成分の目標値であり、
その場合に、第２の非線形の伝達素子の入力値が、電流の第１の電流成分の実際値である。

その場合の利点は、非線形の伝達素子がそれぞれ、モータパラメータの電流依存性による制御特性の悪化が補償可能であるように、形成されていることである。特に飽和によってもたらされる、パラメータの偏差が、補償可能である。

好ましい形態において、第１と第２の非線形の伝達素子は、同種である。その場合の利点は、入力値において、たとえば電流ベクトルの電流成分のような、同一の物理的変量が使用可能なことである。

好ましい形態において、非線形の伝達素子は、モータの磁化特性曲線に相当する。その場合の利点は、それによってモータパラメータの電流依存性が反転可能なことである。その場合にもちろん、制御が離散時間的に実施されることが、特に重要である。

好ましい形態において、非線形の伝達素子は、形式

の伝達関数を有しており、その場合にIは、素子の入力量である。その場合の利点は、実施が離散時間的であって、その際に使用されるタイムステップが大きい場合でも、タイムステップの間にもたらされる電流変化によるインダクタンスの変化が、実質的に考慮されていることである。

好ましい形態において、非線形の伝達素子は、モータの電流に依存する誘導機能の伝達関数、汎関数、特に積分である。その場合の利点は、素子の出力値が、迅速かつ簡単に、従ってわずかな計算の手間で決定できることである。特に、それに応じたテーブルが格納可能であって、そのテーブルが、出力値の決定をさらに高速かつ簡単にする。

好ましい形態において、制御器は、Ｐ−制御器、ＰＩ−制御器またはＰＩＤ−制御器のような、線形の制御器である。その場合の利点は、既知の制御器が使用できることである。従って製造の手間と費用が少ない。

さらに、プレコントロールが、付加的に効果的に適用できる。

好ましい形態において、検出された電流から、座標系内で電流成分が定められる。その場合の利点は、任意のシステム内で変換が実施できることである。好ましくは、電流成分の１つがフラックス形成するもので、他がトルク形成するものである、システムが選択される。

好ましい形態において、コンバータは、各電流成分のために、第１の電流成分のための制御構造に等しい制御構造を有している。その場合の利点は、電流成分が統一的に処理されることである。さらに、制御ソフトウェアの形成の手間と費用が、少ない。

本発明の重要な特徴は、方法においては、それが、コンバータから給電される電動機においてステータ電流を制御するために設けられていることであり、
その場合に、方法は、離散時間的に実施され、モータのステータ電流が、離散時間的に検出され、
その場合に、第１の電流成分の目標値が、第１の非線形の伝達素子の入力値であり、その出力値が目標値として制御器へ供給され、
その場合に、第１の電流成分の実際値は、第２の非線形の伝達素子の入力値であり、その出力値が実際値として制御器へ供給され、
その場合に、制御器の操作量が、モータに印加される電圧である。

その場合の利点は、コンバータ給電される同期モータ駆動装置が、電流がモータのインダクタンスに本質的な影響を与えるような、高い利用度で、極めて良好な制御特性を得ることである。

特に、制御構造が、スカラー構造であって、従って各電流成分について、他の電流成分の制御構造に依存しない。その場合にもちろん、操作量であるステータ電圧ベクトルは、それぞれ座標系に応じて、混合された操作量であり、あるいは独立した操作量である。

他の利点が、下位請求項から明らかにされる。

図面を用いて、本発明を詳細に説明する。

制御器構造を、図式的に示している。 目標値の推移を示しており、その場合に電圧が設けられている。 図４の推移から得られる形状を示している。 目標値推移I_Sollを、図２と同様に示している。 離散時間的な電流検出によって電流を検出する制御器構造を示している。 目標値推移I_Sollを、図２と同様に示している。

図１には、制御器構造の図式的な表示が行われている。その場合に、機械、たとえば電動機Ｍにおいて、電流実際値I_Istが検出される。この検出は、離散時間的で、従って離散時間的な制御器の各タイムステップで１回行われる。

機械の電流は、機械が三相の給電を有する場合に、多次元の変量であるので、電流は、ベクトルとして表示される。

このベクトルは、フラックス座標系、ロータ座標系などのような、座標系内で表示可能である。

その場合に、図の電流実際値I_Istは、この座標系内の電流成分である。

複数の電流成分において、この電流成分の各々について、図に示す制御構造を適用することができる。しかし特に、この制御構造は、トルク形成する電流成分I_Istに対して適用することができる。

目標値I_Sollと実際値I_Istは、電流制御器へ供給され、それが、制御偏差に応じて操作量を変化させる。この場合において、好ましくは電圧が、操作量である。

図２は、目標値が突然推移した場合を示している。その場合に、制御器が操作限界に到達する。従って、実際値が追従し終わるまでに、離散時間的な制御器の複数のタイムステップが必要である。その場合に、追従は、できるだけ速やかに行われる。

従来の技術では、機械Ｍが有する制御対象が、たとえば電流に依存しないインダクタンスのような、線形かつ積分する挙動を有していることが、前提とされる。

しかし、インダクタンスが電流に依存する場合には、図３に示す形式で、図４の推移が生じる。

図３において、インダクタンスの値は、飽和限界を上回った場合に、３分の１よりも小さく値に減少する。

図４には、図２と同様の、目標値推移I_Sollが記載されている。ここでも、操作値としての電圧のための操作限界を上回っているので、ここでも電流の実際値は、定常的な値に達するまでに、離散時間的な制御の幾つかのタイムステップを必要とする。その場合にもちろん、過渡振動が発生し、それが、モータに給電するインバータの電流限界を超えることがあり得る。その場合にこれは、インバータのエラーとそれに応じた自動的オフをもたらすことがあり得る。

本発明に基づく実施例においては、図５に示すように、離散時間的な電流検出を用いて、電流が検出され、電流ベクトルの電流成分が定められて、非線形の伝達素子へ供給される。目標値I_Sollが、同様に、同一の非線形の伝達素子へ供給される。

その後、制御器が、制御偏差に従ってモータの電圧を操作する。

非線形の伝達素子として、

が使用され、その場合にＩは素子の入力値であって、従ってI_SollないしI_IstとＬ_diff（ｉ）は、モータのインダクタンスの電流依存性を記述する。

電流成分、特にトルク形成する電流成分のために、スカラー制御器が設けられており、それは、多大な計算の手間なしで実現可能であって、従って時間的に高速のアルゴリズムが実現可能である。

図６にも、目標値推移I_Sollが、図２と同様に記載されており、その場合に図５に示す制御器が使用され、かつ図３に示すインダクタンスの電流依存性が考慮されている。ここでも、操作値としての電圧のための操作限界を上回っているので、電流の実際値は、定常的な値に達するまでに、離散時間的な制御の幾つかのタイムステップを必要とする。過渡振動は、発生せず、それにもかかわらずその場合に、定常的な値は極めて短時間で達成される。

特に好ましくは、この制御は、高い利用度を有し、従って著しく飽和する挙動を有する同期モータにおいて、適用可能である。しかしまた、本発明は、他のモータにおいても、適用することができる。

他の本発明に基づく実施例においては、電圧のための操作量として、少なくとも、モータＭの給電の電圧ベクトルの大きさが使用可能である。しかしまた、代替的に、電圧ベクトル全体を、操作量として使用することもできる。

電流成分として、特に、トルク形成する電流コンポーネントを設けることができる。

I_Soll 目標値
I_Ist 実際値
Ｕ 操作量としての電圧
ＳＲ 電流制御器
ＳＡ 電流検出
Ｒ 制御器
Ｍ モータ

Claims (6)

1. インバータによって給電されるモータを有し、
   前記インバータが離散時間制御を行う制御構造を有し、前記制御構造が、前記モータに印加される電圧の操作を用いて前記モータのステータ電流を制御し、
   前記モータのステータ電流が、離散時間的に検出される、
   駆動装置において、
   前記制御構造が、制御器を有し、この制御器の目標値が、第１の非線形の伝達素子の出力値により与えられ、
   前記制御器の実際値が、第２の非線形の伝達素子の出力値により与えられ、
   前記第１の非線形の伝達素子の入力値が、ステータ電流の第１の電流成分の目標値であり、
   前記第２の非線形の伝達素子の入力値が、ステータ電流の第１の電流成分の実際値であり、
   前記第１又は第２の非線形の伝達素子の伝達関数は、前記モータの電流に依存したインダクタンスの関数として表された前記モータの磁化特性であり、
   前記第１と第２の非線形の伝達素子は、同種であり、
   前記インダクタンスの関数は、前記モータの、電流に依存したインダクタンスの積分であることを特徴とする駆動装置。
2. 前記インダクタンスの関数が、式
   

   

   の形式であり、Ｉは前記第１、第２の非線形の伝達素子の入力量であることを特徴とする請求項１記載の駆動装置。
3. 前記制御器が、Ｐ−制御器、ＰＩ−制御器またはＰＩＤ−制御器を有する、線形の制御器であることを特徴とする請求項１又は２に記載の駆動装置。
4. 前記電流成分は、検出された電流から求められる請求項１から３の何れか１項に記載の駆動装置。
5. 前記ステータ電流は複数の電流成分を有し、前記インバータは、各電流成分を制御する複数の制御構造を有しており、１つの制御構造は、前記第１の電流成分を制御する前記制御構造に等しいことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の駆動装置。
6. インバータによって給電されるモータのモータ電流を制御する方法であって、
   前記方法は離散時間的に実行されて、前記モータのステータ電流が離散時間的に検出され、
   前記モータのステータ電流が制御される、
   前記方法において、
   第１の電流成分の目標値が、第１の非線形の伝達素子の入力値であって、前記第１の非線形の伝達素子の出力値が制御器へ目標値として供給され、
   第１の電流成分の実際値が、第２の非線形の伝達素子の入力値であって、前記第２の非線形の伝達素子の出力値が前記制御器へ実際値として供給され、
   前記第１と第２の非線形の伝達素子は、同種であり、
   前記制御器の制御変数は前記モータに印加される電圧であり、
   前記第１又は第２の非線形の伝達素子の伝達関数は、前記モータの電流に依存したインダクタンスの関数として表された前記モータの磁化特性であり、
   前記インダクタンスの関数は、前記モータの、電流に依存したインダクタンスの積分である方法。

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