JP6125124B1 - モータの制御方法及び制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
『また、負荷が主機関5の舶用3乗特性より高い場合は、コントローラ40で「負荷出力−主機関の出力」を演算してプラス(+)側になるので、プラストルク指令であるインバータ指令信号を双方向インバータ27に出力すればモータジェネレータ20は「電動機」となり、主機関5による推進出力に対してトルクアシストをすることができる。』
ガバナにより制御される主機関と、インバータによりトルク制御されるモータとによりプロペラを回転させて船舶を推進させるハイブリッド推進におけるモータの制御方法であって、
現在主機関出力を取得する現在主機関出力取得工程と、
現在のプロペラ回転速度から目標主機関出力を算出する目標主機関出力算出工程と、
前記目標主機関出力と前記現在主機関出力の偏差を使用したPID演算式によりアシストトルク指令値を算出して前記インバータに指示するモータトルク制御工程と、
を備えたことを特徴としている。
前記目標主機関出力が前記現在主機関出力を上回る場合は、前記アシストトルク指令値を減少させ、前記目標主機関出力が前記現在主機関出力を下回る場合は、前記アシストトルク指令値を増加させることを特徴としている。
前記現在主機関出力が前記目標主機関出力を下回る場合に、前記アシストトルク指令値をインバータに指示するに際して下限値を定めることを特徴としている。
前記目標主機関出力算出工程は、前記目標主機関出力と前記プロペラ回転速度の関係を示すデータと、現在の前記プロペラ回転速度から算出することを特徴としている。
ガバナにより制御される主機関と、インバータによりトルク制御されるモータとによってプロペラを回転させるハイブリッド推進に用いるモータの制御装置であって、
現在主機関出力を求める現在主機関出力取得部と、
現在の前記プロペラ回転速度から目標主機関出力を算出する目標主機関出力算出部と、
前記目標主機関出力と前記現在主機関出力の偏差を算出する偏差算出部と、
前記偏差算出部が算出した偏差に基づきアシストトルク指令値を算出して前記インバータに出力するPIDレギュレータと、
を備えたことを特徴としている。
前記現在主機関出力が前記目標主機関出力を下回る場合に、アシストトルク指令値をインバータに指示する際に下限値を定めることを特徴としている。
図2を参照して上記算出の手順の一例をより具体的に説明すれば、例えば、この図2のグラフにおいて、入力されたプロペラ回転速度が450[min -1] である時の目標主機関出力は、
プロペラ回転速度が400 〜500[min -1] での直線の傾きが2.5 なので、
2.5 ×(450[min -1]-400[min -1] )+500[kW]=625 [kW]
となる。
新造船のとき:回転マージン+4%曲線
理想的な就航中: 回転マージン+ 2%曲線
トルクリッチ上限作動線:回転マージン−4%曲線
トルク指令演算値=Kp×{(E(n)−E(n −1)) +Δt /Tl×E(n)
+Td/Δt (E(n)−2E(n−1)+E(n −2)) }
トルク指令値(n) =トルク指令値(n−1) +トルク指令演算値 …(式1)
トルク指令演算値=Kp×{(E(n)+Δt /Tl×ΣEi
+Td/Δt (E(n)−E(n −1))} …(式2)
Kp:比例分ゲイン(P分)、Tl:積分時間(I分)、Td:微分時間(D分)、Δt:演算周期、E(n):現在主機関出力−目標主機関出力=偏差
である。
以下、PIDパラメータの調整について、各成分ごとに説明する。
目標主機関出力と現在主機関出力との偏差が大きく、現在主機関出力が目標機関出力に到達するスピードが遅い、つまりモータ11のアシストスピードが遅い場合は、P分パラメータを現状値より大きい値に調整する。反対に、到達スピードが速い場合は、P分パラメータを現状値より小さい値に調整する。現在主機関出力が目標主機関出力に到達するスピードは、ユーザーの要求又は船舶推進装置1の構成に応じて自由に調整可能。尚、P分パラメータ調整は、I分及びD分パラメータの調整に影響を与えるので、I分、D分パラメータの再調整を行なう。
現在主機関出力が目標主機関出力に到達している時、モータ11の出力が安定しない(ハンチング)時、I分パラメータを現状値より小さい値に調整する。反対にモータ11の応答が鈍い場合はI分パラメータを現状値より大きい値に調整する。尚、I分パラメータ調整は、P分及びD分パラメータの調整に影響を与えるので、P分、D分パラメータの再調整を行なう。
モータ11がオーバシュート又はアンダーシュートする場合は、D分パラメータを現状値より小さい値に調整する。尚、D分パラメータ調整は、P分及びI分パラメータの調整に影響を与えるので、P分、I分パラメータの再調整を行なう。
1.制御動作が開始された後、船舶の乗組員等が速度制御ハンドル15を操作してある位置に設定すると、ハンドル位置を示す信号がコントローラ4の外部信号処理部20に送られ、外部信号処理部20はハンドル位置の信号を処理してガバナ指令値算出部21に送る。ガバナ指令値算出部21は、外部信号処理部20から送られた信号からガバナ指令値(回転数指示)を算出し、ガバナ3に指令する。ガバナ3は、ガバナ指令値(回転数指示)に基づいて主機関2の制御を行う。
現在主機関出力算出部22には、外部信号処理部20で処理された主機関回転速度とラック位置の各信号が入力される。現在主機関出力算出部22は、これら各信号から主機関出力を推定値として演算する。前述したように、現在主機関出力取得部として主機関2に軸馬力計を設け、軸馬力計が検出した主機関出力の実測値を、コントローラ4の外部信号処理部20に出力してもよい。この場合、現在主機関出力算出部22は不要であり、外部信号処理部20から出力された処理済みの主機関出力の実測値を後述する偏差算出部24に与える。
目標主機関出力算出部23には、外部信号処理部20で処理された現在のプロペラ回転速度が入力される。目標主機関出力算出部23は、目標主機関出力とプロペラ回転速度の関係を示す前記制御用データ(図2に例示した)を予め備えており、この制御用データとプロペラ回転速度から、目標主機関出力を算出する。
偏差算出部24は、現在主機関出力算出部22が出力した現在主機関出力と、目標主機関出力算出部23が算出した目標機関出力の偏差を算出する。そして、PIDレギュレータ25は、この偏差と、PID演算式(前記式1、式2)からモータ11のアシストトルク指令を算出する。この場合、現在主機関出力と目標主機関出力の大小関係に対応して、モータ11の状態がモータ力行又はモータ回生に分かれるので、それぞれ次のように制御を行う。
この場合は、図2に例示した「プロペラ性能曲線」のとある回転速度において、同グラフよりも上の位置に現在主機関出力がプロットされる状態であり、船舶が向かい風を受けながら航行しモータ11が動力を生み出している状態(モータ力行)であり以下のような制御を行う。
トルク指令(n)=トルク指令(n−1)+PID演算値
このトルク指令(n)をインバータ12に指令する。トルク指令は増加する。
2)その結果、モータ出力が増加し、モータ11と軸で直結している主機関2の回転速度が増加する。
3)ガバナ3は主機関2の回転速度を維持しようとする為、主機関2に供給する燃料を絞り、主機関出力が低下する。
4)主機関出力と目標機関出力の偏差が小さくなる。
5)主機関出力と目標機関出力の偏差が0より大きい時は、1)に戻り制御を続行する。主機関出力と目標機関出力の偏差が0の時は、現在主機関出力と目標機関出力が一致し、ガバナ3による主機関2の制御及びインバータ12によるモータ11の制御は、現時点での状態を維持する。
この場合は、図2に例示した「プロペラ性能曲線」のとある回転速度において同グラフよりも下の位置に現在主機関出力がプロットされる状態であり、船舶が追い潮に乗って航行しモータ11が発電している状態(モータ回生)であり以下のような制御を行う。
トルク指令(n)=トルク指令(n−1)−PID演算値≧下限リミッタパラメータα このトルク指令(n)をインバータ12に指令する。トルク指令は減少する。
下限リミッタパラメータαが≧0の時は、トルク指令値(n)を0以上に制限する為、モータ11は回生電力を発生しない。
一方、下限リミッタパラメータαが<0の時は、トルク指令値(n)が0未満になる場合もあり、トルク指令値(n)が0未満になった時はモータ11から回生電力が発生する。
3)ガバナ3は主機関2の回転速度を維持しようとする為、主機関2に供給する燃料を増加させ、主機関出力が増加する。
4)主機関出力と目標機関出力の偏差が小さくなる。
5)主機関出力と目標機関出力の偏差が0より小さい時は、1)に戻り制御を続行する。主機関出力と目標機関出力の偏差が0の時は、現在主機関出力と目標機関出力が一致し、ガバナ3による主機関2の制御及びインバータ12によるモータ11の制御は、現時点での状態を維持する。
PIDパラメータの値は各機器の出力、特性等によって変動する。この例では、各機器の仕様を以下のように設定する。
モータ11の容量:295KW
インバータ12の容量:315KW
エンジン発電機の容量:400KW
P分は1.300、I分は0.500、D分は0.000となる。
2…主機関
3…ガバナ
4…コントローラ
9…プロペラ
11…モータ
12…インバータ
22…現在主機関出力取得部としての現在主機関出力算出部
23…目標主機関出力算出部
24…偏差算出部
25…PIDレギュレータ
26…下限リミッタ
Claims (6)
- ガバナにより制御される主機関と、インバータによりトルク制御されるモータとによりプロペラを回転させて船舶を推進させるハイブリッド推進におけるモータの制御方法であって、
現在主機関出力を取得する現在主機関出力取得工程と、
現在のプロペラ回転速度から目標主機関出力を算出する目標主機関出力算出工程と、
前記目標主機関出力と前記現在主機関出力の偏差を使用したPID演算式によりアシストトルク指令値を算出して前記インバータに指示するモータトルク制御工程と、
を備えたことを特徴とするモータの制御方法。 - 前記目標主機関出力が前記現在主機関出力を上回る場合は、前記アシストトルク指令値を減少させ、前記目標主機関出力が前記現在主機関出力を下回る場合は、前記アシストトルク指令値を増加させることを特徴とする請求項1に記載のモータの制御方法。
- 前記現在主機関出力が前記目標主機関出力を下回る場合に、前記アシストトルク指令値をインバータに指示するに際して下限値を定めることを特徴とする請求項1又は2に記載のモータの制御方法。
- 前記目標主機関出力算出工程は、前記目標主機関出力と前記プロペラ回転速度の関係を示すデータと、現在の前記プロペラ回転速度から算出することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のモータの制御方法。
- ガバナにより制御される主機関と、インバータによりトルク制御されるモータとによってプロペラを回転させるハイブリッド推進に用いるモータの制御装置であって、
現在主機関出力を取得する現在主機関出力取得部と、
現在の前記プロペラ回転速度から目標主機関出力を算出する目標主機関出力算出部と、
前記目標主機関出力と前記現在主機関出力の偏差を算出する偏差算出部と、
前記偏差算出部が算出した偏差に基づきアシストトルク指令値を算出して前記インバータに出力するPIDレギュレータと、
を備えたことを特徴とするモータの制御装置。 - 前記現在主機関出力が前記目標主機関出力を下回る場合に、アシストトルク指令値をインバータに指示する際に下限値を定めることを特徴とする請求項5記載のモータの制御装置。
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