JPH03117392A - サイリスタによる電力供給の伝達時間遅延最適化装置及び方法並びにモータドライブ制御装置 - Google Patents

サイリスタによる電力供給の伝達時間遅延最適化装置及び方法並びにモータドライブ制御装置

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JPH03117392A
JPH03117392A JP2232315A JP23231590A JPH03117392A JP H03117392 A JPH03117392 A JP H03117392A JP 2232315 A JP2232315 A JP 2232315A JP 23231590 A JP23231590 A JP 23231590A JP H03117392 A JPH03117392 A JP H03117392A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の分野］ 本発明は、サイリスタによる電力供給に関して、伝達時
間遅延（ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　Ｈｍｅ　ｄｅｌａｙ）を
最適化する方法及び装置に関する。より具体的には、本
発明は、マイクロプロセッサのデジタルドライブ制御装
置に概略ゲート角度（ｃｏａｒｓｅ　ｇａｔｅ　ａｎｇ
ｌｅ）と有限ゲート角度（ｆｉｎｉｔｅ　ｇａｔｅ　ａ
ｎｇｌｅ）の割込み制御（ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ　ｃｏｎ
ｔｒｏｌ）を行なう回路を設け、該コントロール装置を
枡用してサイリスタによる伝達時間遅延を最適化するよ
うにしたものである。
［発明の背景］ モータの運転を精密に制御することが必要とされる産業
分野において使用されるドライブ制御装置では、ＤＣモ
ータへの電機子電流を、サイリスタの電力供給によって
行なう場合に、どれくらい速く電流調整器システムが作
られるかを決める決定的ファクター（ｌｉｍｉｔｉｎｇ
　ｆａｃｔｏｒ）となるものが、伝達時間遅延であるこ
とは知られている。ここで、伝達時間遅延とは、速度制
御器がマイクロプロセッサ型又はアナログ型のいずれの
場合も、サイリスタをゲーティングする時間と、速度制
御器を更新（ｕｐｄａｔｉｎｇ）する時間との時間間隔
として規定される。もし、モータの電機子電流調節器が
遅い場合、その運転は不安定（ｅｒｒａｔｉｃ）となる
ため、限界を超えた過剰電流が流れ、速度調節器までも
不安定にすることがある。鉄鋼の圧延ミルのような産業
用の場合、ドライブ装置は、例えばローラの速度制御が
必要であり、鉄鋼スラブの肉厚を適当な寸法に確実に維
持できるようにするためには、速度調節を正確かつ迅速
に行なうことが重要である。また、自動組立てラインの
ような他の産業用の場合でも、同様なドライブ制御装置
を必要とする。
ＤＣモータドライブ用のアナログ式速度制御装置の場合
も、エネルギーはサイリスタによる電力供給を通じてモ
ータの電機子に供給される。この方式の場合、サイリス
タを通った電流が逆転してゼロ電流となるとき、電機子
電流の変化は大きくなる。更に、このように電機子電流
の変化が大きいと、ＤＣモータに悪影響を及ぼし、ドラ
イブ速度調節器にオシレーションを生じる結果ともなる
ことは知られている。かかる状態は、比例積分器の２乗
（ＰＩ）”の制御特性を利用したアナログ式速度調節器
の場合に著しい。このような装置の一例が、１９６７年
９月２８日発行の米国特許第３９８３４６４号に記載さ
れている。ＤＣモータの速度コントロール装置の他の例
が、１９７６年４月１３日発行の米国特許第３９５０６
８４号に記載されている。
従来のアナログ式速度制御装置の場合、通常は、速度制
御要素が連続的に更新され、これはサイリスタのゲーテ
ィングが行なわれる瞬間まで行なわれる。このような条
件下では、伝達時間遅延は、先行するサイリスタのゲー
ティングから、後続するサイリスタのゲーティングまで
の時間であると思われるけれども、実際は、この時間は
０．４ミリセカンド（ｍｓｅｃ）のオーダである。この
時間遅延が、引き続く２つのサイリスタのゲーティング
間の時間であるとした場合、６０ヘルツ６パルスのサイ
リスタによる電力供給に対する値は、’　（１／６０）
（１／６）＝２．７８ミリセカンドとなる。このような
相違が生じるのは、先行サイリスタのゲーティングと、
後続サイリスタのゲーティングとの間で連続的な更新が
行なわれるためである。速度制御器を見ると、ゲーティ
ング直後の伝達時間遅延は２．７８ミリセカンド（ミリ
秒）であり、ゲーティング直前の伝達時間遅延は０．０
ミリセカンドであることがわかる。
なお、制御器の帰還ループ（ｆｅｅｄｂａｃｋ　１ｏｏ
ｐ＞分析に使用される静的（ｓｔａＬＬｓｔｉｃａｌ）
伝達時間遅延は約０．４ミリセカンドである。
マイクロプロセッサをベースにしたデジタル式速度制御
装置の場合、伝達時間遅延は、よりうまく規定される。
この方式では、一般的には、マイクロプロセッサは６０
ヘルツ６パルス系の場合、２゜７８ミリセカンドの一定
時間間隔で更新される。伝達時間遅延は、サイリスタの
ゲーティングと、デジタル速度調節器の更新との間の時
間として規定されるから、サイリスタのゲート角度の位
相が「オン」のとき、伝達時間遅延は減少する。逆に、
ゲート角度の位相が「バック」のとき、伝達時間遅延は
増加する。更に、マイクロプロセッサのクロックは、サ
イリスタのゲーティングに同期（ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚ
ｅｄ）　していないから、この状況が、伝達時間遅延の
変動に加算されることになる。このような性能特性の場
合、システムの動態（ｄｙｎａｍｉｃｓ）は予想できな
い。例えば、小さなステップリファレンスがシステムに
作用する時、どのような伝達時間遅延が存在しているか
によって、小さなステップリファレンス応答は変動する
。
マイクロプロセッサをベースにしたデジタルコントロー
ル装置を用いて、サイリスタの点弧（ｆｉｒｉｎｇ）の
制御を行なう一例が、アボンダンチ氏に与えられた１９
８６年３月１８日発行の米国特許第４５７７２６９号に
開示されている。この特許の場合、所望の遅延角度で、
逐次、サイリスタを点弧させるために、マイクロプロセ
ッサを用いている。数値で表わした主ランプ計数（ｎｕ
ｍｅｒｉｃａｌ　ｍａｓｔｅｒ　ｒａｍｐ　ｃｏｕｎｔ
）が、第１タイマーにより、ＡＣ基本周波数にてマイク
ロプロセッサに送られる。
その結果、個々のランプ計数が計算され、個々のサイリ
スタに関するこれらの個々のランプ計数が順番に点弧状
態となる。マイクロプロセッサは、個々のランプの計数
がゼロに達するまでに必要な時間のユニット数を計算す
る。マイクロプロセッサのこの機能は、遅延角度の基準
計数（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｃｏｕｎｔ）を個々のランプ
計数と比較することによって行なわれる。更に、第２タ
イマーが用いられ、このタイマ一の初期計数は、計算さ
れた時間ユニット数に等しい値に予め設定される。第２
タイマーが作動してカウントダウンが始まると、次のす
イリスタが点弧される。しかし、この装置は、ソリッド
ステートＡＣ−ＤＣ変換器のサイリスタを逐次点弧する
という当初の目的に対しては効果的であるが、コストが
かなり高くつく。また、２つのタイマーを使用している
ため、伝達時間遅延を、ドライブ制御装置に関連させて
最適化させることが厄介であることがわかった。
［発明の概要］ 本発明は、マイクロプロセッサをベースにしたデジタル
式ドライブ制御装置において、サイリスタによる電力供
給の伝達時間遅延を最適化する装置を提供することを目
的とする。
本発明は、２つの独立したゲート割込みサブルーチン（
ｇａｔｅ　１ｎｔｅｒｒｕｐｔ　５ｕｂｒｏｕｔｉｎｅ
）を用い、−方のサブルーチンで概略のゲート角度の計
算を行ない、サイリスタのゲーティング直前に、他方の
サブルーチンで有限のゲート角度調節量を計算すること
によって伝達時間遅延を最適化することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明は、マイクロプロセッ
サをベースにしたデジタル式ドライブ装置における、サ
イリスタによる電力供給伝達時間遅延を最適化する装置
を提供するもので、複数のサイリスタを含み、それらサ
イリスタを逐次コントロールしながら点弧する。伝達時
間遅延を最適化する装置には、幾つかのサイリスタのう
ち次に点弧するサイリスタのゲート点弧角（ｇａｔｅ　
ｆｉｒｉｎｇａｎｇｌｅ）を計算するための手段が更に
含まれている。この計算は、複数のサイリスタのうち、
先行する１つのサイリスタのゲーティングが終了した後
、第１の設定時間に実行される。再計算手段（ｒｅｃａ
ｌｃｕｌａｔｉｎｇ　ｍｅａｎｓ）を計算手段として、
計算手段の演算と同じように、同じゲート点弧角を再計
算する。再計算は、所定のサイリスタのゲーティング直
前の第２の設定時間に実行される。伝達時間遅延を最適
化する装置は、計算手段の実行によって得られた計算値
が、再計算手段によって再計算されたゲート点弧角をオ
ーバライドしないようにするために、オーバライド防止
手段をさらに有している。
本発明は、ゲート点弧角を計算する毎に、新たな（ｆｒ
ｅｓｈ）サンプリング時間を決定する手段を含んでおり
、サンプリング時間は、引き続く２つのサイリスタのゲ
ート点弧の差の関数として求められる。
［発明の説明］ 本発明を説明する前に、従来のアナログ式ドライブ制御
装置について簡単に説明する。第１Ａ図に示すように、
アナログドライブ制御装置は、電流調整器（ｃｕｒｒｅ
ｎｔ　ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）（１０）を含んティる。
該電流調整器は、フィードバック電機子の電流値Ｉａと
共に電流基準信号Ｉａ”を用いるもので、比例積分（以
下、ＰＩという）電流コントローラ（１２）への信号を
得ることができる。電流基準信号（ｃｕｒｒｅｎｔｒｅ
ｆｅｒｅｎｃｅ　ｓｉｇｎａｌ）Ｉａ”は、従来の速度
制御器（図示せず）によって形成され、モータ（第２図
参照）の速度を連続的にモニターし、その関数としての
電流基準信号１ａ”を作り出す。第１Ａ図に示すＰＩコ
ントローラ（１２）の伝達関数（ｔｒａｎｓｆｅｒ　ｆ
ｕｎｃｔｉｏｎ）は次の通りである。
（（１＋Ｔｓｓ）／’ｒｘｓ）Ｋｃ　　　　　　　　　
（１）但し、Ｓ　＝　ラプラス演算子（１７秒）Ｔ！＝
　電流コントローラのリードタイム定数（秒） ７ｘ＝電流コントローラの積分器時間定数（秒） Ｋｃ＝電流コントローラのパーユニタイジングゲイン（
ｐｅｒ　ｕｎｉｔｉｚｉｎｇ　ｇａｉｎ）ＰＩコントロ
ーラ（１２）には、従来のサイリスタ電機子サプライ（
ＴＡＳ）装置（１４）が繋がっており（ｃ　ｏ　ｕｐｌ
ｅｄ）、該コントローラの出力はサプライ装置に電気的
に繋がる。その伝達関数は、次の通りである。
Ｋ、ＸｅＴ″°（２） Ｋｖ　”　ＴＡＳスタティックゲイン（Ｖ／Ｖｌ）Ｔ、
＝ＴＡＳ伝達時間遅延（７秒） パーユニタイジングボルト（ｐｅｒ　ｕｎｉｔｉｚｉｎ
ｇ　ｖｏｌｔｓ）Ｖ、で表わされるＴＡＳデバイス（１
４）の出力は、加算（ｓｕｍｍｉｎｇ）デバイス（１６
）の一方の入力に伝達される。加算デバイス（１６）の
他方の入力は、パーユニタイズド（ｐｅｒ　ｕｎｉｔｉ
ｚｅｄ）バックＥＭＦ値ＥＯＩであり、このＥＭＦ値は
、フィールドフラックス要素（１８）によって、パーユ
ニクイズされたドライブ速度の読みωから得られる（ｄ
ｅｖｅｌｏｐｅｄ）。加算デバイス（１６）からの加算
された電圧値出力は、従来の電機子回路（２０）に電気
的に繋がっており、該回路から、前述のパーユニタイズ
された電機子電流値Ｉａが作り出される。電機子回路の
伝達関数は次の通りである。
（１／Ｄ）／　（１＋Ｔ、ｓ）　　　　　　　　（３）
但し、Ｄ　＝電機子回路ドループ（単位当たり）Ｔ、＝
電機子回路時間定数（セカンド）電流基準信号Ｉａ”を
加算するために帰還させた後、電機子回路（２０）から
出力された電機子電流Ｉａは、機械的フィクスチャープ
ラント（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｆｉｘｔｕｒｅ　ｐｌａ
ｎｔ）（２２）に電気的に接続され、ココテトライブ速
度ωは次の関係式の関数として作られる。
Ｄ／Ｔ、ｓ　　　　　　　　　　　　　　　　　　（４
）但し、Ｔ、＝機械的ドライブ時間定数（秒）第１Ａ図
に示すアナログ式電流調節器装置の性能特性を最も良く
理解するために、第１Ｂ図に示す開ループボードプロッ
ト（ｏｐｅｎ　１ｏｏｐ　Ｂｏｄｅ　ｐｌｏｔ）を参照
して説明する。−第１Ｂ図は第１Ａ図のアナログ電流調
節器の全体伝達関数との関係において、対数曲線（ｌｏ
ｇ　ｍａｇｎｉｔｕｄｅ　ｃｕｒｖｅ）を表わしている
。
一般的には、対数曲線は、電流コントローラのリード時
間Ｔ８に関する周波数前の周波数域（２６）では、（１
／ｓ）演算子（ｏｐｅｒａｔｏｒ）の特性をもった伝達
関数に対応する傾斜（−１）を有している。この傾斜が
形成されるのは、第１Ａ図に示す機械的フィクスチャー
プラント（２２）の伝達関数が寄与したためである。対
数曲線は、周波数（１／Ｔ、）の位置が、ＰＩコントロ
ーラ（１２）の動作に対応する（−２）の傾斜を有する
セグメント（２８）の始点となる。なお、ＰＩコントロ
ーラ（１２）は、更に（１／ｓ）動作又は積分動作を行
なうことができる。周波数（１／Ｔ＋）が発生すると、
その位置が、対数振幅曲線（２４）における（３０）の
部分の始点となる。（３０）の部分の傾斜は、ラプラス
演算子（ｓ）に接続された電機子回路（２０）によって
再び（−１）まで増加している。
前述したように、モータ（３２）　（第２図参照）への
電機子電流源として、サイリスタによって電力供給する
アナログ式ドライブ制御装置の場合、その動作は本来的
に制限を受けている。デジタル式のドライブ制御装置の
場合、制御器のパラメータの調節を容易に行なえるとい
う利点を有する他、第２図に示す如き構成とすることに
より、サイリスタ電機子サプライ（ＴＡＳ）を構成する
サイリスタ（図示せず）の点弧に関連する伝達時間遅延
を改善することができる。
デジタル式ドライブ制御装置は、第２図に示す電流コン
トローラ装置を含んでおり、該電流コントローラは、フ
ィードバック電機子電流１ａと電流基準信号Ｉａ”を利
用している。これらは、第１Ａ図に示すアナログ式電流
コントローラに関して記載したのと多くの点において同
じである。
第１Ａ図と同じように、電流基準信号Ｉａ”、フィード
バック電機子電流Ｉａ”及びフィードバック電機子電流
Ｉａは、第２図の符号（２０）で示すＰＩコントローラ
に対して電気的に接続される前に、加算要素（３４）に
加算される。デジタル電流制御装置、特にマイクロプロ
セッサ（図示せず）を用いた制御装置の場合、この電流
加算演算の実行は選択的に行なうことができる。このた
め、第２図には、スイッチＳｌの操作によってサンプリ
ング動作を開始する第１のサンプリング動作を含めてい
る。マイクロプロセッサは、予め決められた時間間隔で
電流基準信号Ｉａ”を読むことができるようにプログラ
ムが作られている。これについては、第３図乃至第５図
に示すフローチャートを参照しながら、後で詳細に説明
する。
加算デバイス（３４）から出力された加算電流値は、Ｐ
Ｉコントローラ（４０）に電気的に接続され、ゲート点
弧角の計算は、プログラム制御されて選択的に実行され
る。この選択は、第２図の破線ブロック内のスイッチＳ
２により、第２のサンプリング動作を用いて行なわれる
。なお、スイッチＳ２は、サンプリング動作をプログラ
ミングできることを単に示しているにすぎず、その動作
については第３図乃至第５図のフローチャートを参照し
ながら後で説明する。
スイッチＳ２が閉位置にあるとき、第２のサンプ１１ン
グ動作が実行され、Ｐ■コントローラ（４０）が、次に
点弧すべきサイリスタのゲート点弧角の計算を行なう。
ＰＩコントローラ（４０）による計算は、第２図の破線
ブロック内部の制御デバイスによって行なわれる。この
ブロックの中では、加算された電流値出力Ｉｓは、第１
の加算デバイス（３４）から上側の経路を通って、機能
Ｔｓ（サンプリング時間、秒）が繋がれた制御ブロック
（４２）に送られる。ここで、サンプリング時間Ｔ８は
ＰＩコントローラ（４０）の更新時間間隔である。その
時間は、先行するサイリスタのゲート点弧と、後続のサ
イリスタの点弧のタイミングによって変動し、次に点弧
を行なうべきサイリスタのゲート点弧角計算のファクタ
ーとなる。サンプリング時間Ｔｓは、ＰＩコントローラ
（４０）の更新が続いて行なわれるとき、更新動作間に
測定された時間として規定することができる。従って、
サイリスタのゲート点弧角が変化している過渡期間中、
サンプリング時間は変動する。
一定のタイミングで割込み（ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ）が行
なわれるようにしており、２．７８ミリセカンド毎に電
流基準ランプ関数ジェネレータ（ｃｕｒｒｅｎｔ　ｒｅ
ｆｅｒｅｎｃｅｒａｍｐ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｇｅｎｅ
ｒａｔｏｒ）（図示せず）を更新して、電流基準信号Ｉ
ａ”が作られる。
サイリスタの点弧をよりタイミング良く行なうには、伝
達時間遅延を最適化する必要がある。従来、点弧角の計
算は、２．７８ミリセカンド毎に行なっているが、実際
のサンプリング時間はこのように一定した間隔のもので
ないことは明白である。
点弧角を正しく計算するためには、・伝達関数に用いる
サンプリング時間は正確でなければならない。
そのためには、点弧角を決定する毎にサンプリング時間
を計算する必要がある。
また、加算された電流値ｒｓは、ＰＩコントローラ（４
０）の下側経路を通って機能ブロック（４４）に送られ
る。機能ブロック（４４）は、下記の伝達関数を有して
いる。
１／Ｚ＝ｅ−Ｔ′Ｓ　　　　　　　　　（５）ここで、
この伝達関数もまた、サンプリング時間Ｔｓの計算結果
を利用している。１／Ｚ機能ブロック（４４）の出力は
、この機能ブロックによって記憶された先の入力又は更
新結果を表わしており、第２加算デバイス（４６）に接
続される。この値は真ん中の経路を通って加算デバイス
（４６）の（＋）入カニ送られた加算電流値Ｉｓに加算
される。第２加算デバイス（４６）の出力は機能ブロッ
ク（４８）に送られる。機能ブロック（４８）には、第
１Ａ図のＰＩコントローラ（１２）について既に説明し
たように、電流コントローラのリード時間定数Ｔ０から
求めた伝達関数が結合している。Ｔ１機能ブロックとＴ
＊機能ブロックの両方からの出力は、第３加算デバイス
（５０）に送られ、その加算値が機能ブロック（５２）
への入力として供される。機能ブロック（５２）には、
伝達関数（１／Ｔ　Ｉ）が結合している。Ｔ、は、第１
Ａ図に示すＰＩコントローラについて既に説明したよう
に、電流コントローラの積分時間定数である。
デジタルドライブ制御装置のＰＩコントローラ（４０）
は、第４加算デバイス（５４）を更に含んでおり、該デ
バイスによって、（１／Ｔ、）機能ブロック（５２）の
出力と、第２の（１／Ｚ　）機能ブロック（５６）の出
力が加算される。この第２（１／Ｚ）機能ブロック（５
６）は、その入力として、第４加算デバイス（５４）の
出力を有している。第４加算デバイス（５４）の出力は
、第２（１／Ｚ）機能ブロック（５６）への入力として
供される他、ＰＩコントローラ（４０）の実際の出力値
として、スイッチＳ３を通じて第３サンプリング演算部
に送られる。第３スイツチＳ３を通じて、ゲート点弧角
を実際に計算した後、適当なサンプリング時間が決定さ
れる。これは、ＰＩコントローラ（４０）によって計算
されたゲート点弧角を用いて次のサイリスタを点弧する
ときに必要である。
スイッチＳ３が閉じているとき、ＰＩコントローラ（４
０）の出力は、ゼロ次保持デバイス（５８）に接続され
る。ゼロ次保持デバイス（５８）と伝達関数の関係は次
の通りである。
ＴｓＳ （１ｅ　　　　　）／ＴｓＳ　　　　　　　　　　　　
　（６）ゼロ次保持デバイス（５８）は、計算されたゲ
ート点弧角に対して、記憶機能を付加する動作を実行す
る。
ゼロ次保持デバイス（５８）の出力は、サイリスタ電機
子供給（ＴＡＳ）制御装置（１４）に接続される。なお
、第２図の残りの要素については、第１Ａ図で説明した
ものと同一であり、前述したように同じ伝達関数を用い
て動作する。従って、これらの要素については、第１Ａ
図のものと同じ引用符号を付している。サイリスタ電機
子供給（ＴＡＳ）制御装置（１４）の出力は、加算デバ
イス（１６）の（＋）入力に接続される。加算装置（１
６）の（−）入力には、フィールドフラッグスデバイス
（１８）から出力されたバックＥＭＦ値Ｅｍが接続され
ている。バックＥＭＦ値ＥｍとＴＡＳ電圧出力Ｖｄを加
算した後、加算デバイス（１６）は、信号を電機子回路
（２０）に出力する。既に第１Ａ図に基づいて説明した
ように、電機子回路（２０）から電機子電流Ｉａが送ら
れる。この電機子電流は、電機子回路（２０）と結合し
た伝達関数の関数である。第１Ａ図のアナログ電流コン
トローラ装置と同じように、電機子電流１ａが、機械的
フイクスチャープラント（２２）に送られ、ここでドラ
イブ速度信号ωが作られる。
本発明のデジタル電流制御装置のＰＩコントローラ（４
０）は、必要に応じて設定されたサンプリング時間に基
づいてゲート点弧角の計算を行なう。これによって、次
に点弧すべきサイリスタのゲート点弧角をより一層正確
に求めることができる。しかしながら、ＰＩコントロー
ラ（４０）によってゲート点弧角を正確に決定できるの
は、ＰＩコントローラ（４０）のタイミング動作の選択
が第３図乃至第５図の機能フローチャートに示すプログ
ラム制御に整合する（ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄ）場合の
みである。そこで、ＰＩコントローラ（４０）を用いた
本発明のデジタル電流コントローラ装置の動作について
、これらのフローチャート図と共に以下に説明する。
デジタル電流コントローラ装置のプログラム制御は、第
１のチエツクを実行し、サイリスタのバンクは逆転動作
（ｂａｎｋ　ｒｅｖｅｒｓａｌ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）
であるかどうかを判断する。即ち、マイクロプロセッサ
（図示せず）のプログラム指令により、サイリスタによ
る電力供給が、サイリスタの一方のバンクから他方のバ
ンクに逆転しているかどうかを判断する。この機能は、
第３図に示すプログラム機能Ｆ　１００によって実行さ
れる。バンクの逆転チエツクＦ１００は、後記するゲー
ト割込みサブルーチン（ｇａｔｅ　１ｎｔｅｒｒｕｐｔ
　５ｕｂｒｏｕｔｉｎｅ）のうちどちらか−方のサブル
ーチンがどれかのゲート角度の計算を行なう前に実行し
なければならない。これは、サイリスタのバンクが逆転
する間は、ゲート割込みサブルーチンが開始できず、サ
イリスタのバンクが逆転する間、サイリスタのバンクは
抑制されるためである。サイリスタのバンク逆転は、電
流基準信号１ａ”が電機子電流Ｉａに対して反対の極性
（ｏｐｐｏｓｉｔｅ　ｐｏｌａｒｉｔｙ）であるときに
検知される。電機子電流１ａはロー（ｌｏｗ）と検出さ
れ、定格電流の２％よりも小さい。バンクの逆転中、プ
ログラム制御は、固定タイマー割込み（ｆｉｘｅｄ　ｔ
ｉｍｅｒ　１ｎｔｅｒｒｕｐｔ）の経路を進行する。こ
の動作は第５図を参照しながら後で説明する。
プログラム機能Ｆ１００のバンク逆転チエツクに対する
応答がネガティブであるならば、即ち、バンクが逆転し
ていない場合、プログラム制御は、次にフラッグ（１１
）の状態をチエツクする。このチエツクは、プログラム
機能Ｆ１０２によって実行される。第３図のプログラム
制御は、先のサイリスタの点弧（概略ゲート角の計算）
後、１５度にて、ゲート角度の計算を実行する。このた
め、プログラム機能Ｆ１０２は、概略ゲート角度割込み
サブルーチンが、第４図（ゲーティング前１２度）のフ
ローチャート図に従って実行される有限のゲート角度計
算と干渉（ｉｎｔｅｒｆｅｒｅ）　Ｌないように、タス
ク（ｔａｓｋ）を実行しなければならない。好ましくな
い割込みサブルーチンに関して、真の（ｔｒｕｅ）指定
を行なうことによって、フェイルセイフ（ｆａｉｌｓａ
ｆｅ）動作が実行されることは理解されるべきである。
換言すれば、有限のゲート角度の計算が優先し、その結
果がサイリスタの点弧に利用されるから、フラ・ング（
１１）がセットされない限り、有限のゲート角度割込み
サブルーチンに従うことになる。
フラッグ（１１）が真のもの（ｔｒｕｅ）であると仮定
した場合、第３図の概略ゲート角度割込みサブルーチン
は、プログラム機能Ｆ１０４によって示されるように、
電流基準信号Ｉａ”を読み取る。プログラム機能Ｆ１０
６は、次に、読み取った電流基準信号■ａ３の記憶し、
第４図の有限ゲート角度割込みサブルーチンに使用され
る。このようにして、概略ゲート角度割込みサブルーチ
ンと有限ゲート角度割込みサブルーチンの両方とも、同
じパラメータに基づいてゲート角度計算が実行される。
第２図のスイッチＳｌの動作に関して説明したように、
電流基準信号Ｉａ”の読みの動作は、サンプリング動作
として表わされる。
電流基準信号１ａ”の読みを表わすスイッチＳＬの実施
例と同様に、スイッチＳ２は電機子電流Ｉａの読みを表
わす。これは、プログラム動作の説明のために、第３図
において、プログラム機能Ｆ　１０８として図示してい
る。プログラム機能Ｆ　１０８は、１２パルスのサブル
ーチン電機子サプライ（ＴＡＳ）の電機子電流Ｉａの読
みの状態を規定することができる。
ここで、Ｆ、Ｒ，の指定は、フォワードサイリスタ、セ
ット１／リバースサイリスタ、サイリスタのフォワード
バンク及びリバースバンクを有するサイリスタ使用の電
源のセット１を表わす。
電流基準信号１ａ”と電機子電流Ｉａを獲得した後、Ｐ
■コントローラ（４０）は、プログラム機能Ｆ１１０で
示すプログラム制御の命令により、ゲート点弧角の計算
を行なう。ゲートの点弧角計算の予備操作として、サン
プリング時間Ｔ、の判定動作が含まれており、実施例で
は、この動作はプログラム機能Ｆ　ｌｌ０Ａによって実
行される。
サイリスタのインターフェースポード（ＴＩＢ−図示せ
ず）の更新前について説明する。プログラム機能ＦＩＩ
Ｏに基づいて計算されたゲート角度の場合、概略ゲート
角度割込みサブルーチンにより、フラッグ（１１）の状
態を再びチエツクし、概略ゲート角度の計算過程におい
て、有限ゲート角度割込み動作がまだ開始されていない
ことを判断する。
このようなエベント（ｅｖｅｎｔ）の発生可能性は無意
味であるけれども、有限ゲート角度割込み計算の実行は
、次のサイリスタの点弧中に確実に行なわれることにな
る。プログラム機能Ｆ１１２によるフラッグ（１１）の
チエツクが依然として真（ｔｒｕｅ）であるとき、ゲー
ト角度の計算結果は、プログラム機能Ｆ１１４に示され
るとおり、サイリスタインターフェースポード（ＴＩＢ
）に伝達される。プログラム機能Ｆ１１２の間合せに対
する応答がネガティブであるとき、即ち、有限ゲート角
度の割込みサブルーチンの動作を示すフラッグ（１１）
が偽り（ｆａｌｓｅ）のものであるとき、プログラム制
御はシフトして、有限ゲート角度の割込みサブルーチン
の計算を実行（ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ）する。この場合、
第３図に示す割込みサブルーチン中で計算された概略サ
ブルーチンのゲート角度は、サイリスタのゲート制御（
図示せず）にバスされることはない。第４図の有限ゲー
ト割込みサブルーチンが計算したサイリスタのゲート角
度によって、サイリスタのゲーティング角度が制御され
る。
ＴＩＢを更新した後、プログラム制御は、プログラム機
能Ｆ１１６で示されたゲートパルス抑制計算と、プログ
ラム機能Ｆ１１８で示されたバンク逆転論理計算を夫々
実行する。これら２つのプログラム機能Ｆ１１６とＦ１
１８の実行によって、概略ゲート角度の計算終了後、バ
ンク逆転状態が検出される場合、実際のゲート点弧角は
、固定タイマー割込みサブルーチンによって逆転する。
バンク逆転状態の検出については、第５図のフローチャ
ート図を参照しながら後述する。
概略ゲート角度割込みサブルーチンの初期機能と同じよ
うに、第４図に示す有限ゲート角度の割込みサブルーチ
ンは、プログラム機能Ｆ　２００で示すように、バンク
逆転状態であるかどうかをチエツクする。バンクが逆転
していない場合、プログラムは、フラッグ（１１）の状
態を、プログラム機能Ｆ２０２で示す偽り（ｆａｌｓｅ
）の表示にセットする。前述したように、フラッグ（１
１）が偽り（ｆａｌｓｅ）として検出されると、有限ゲ
ート角度の割込みサブルーチンが実行される。なお、１
２パルスのＴＡＳ装置が使用される場合、フラッグ（２
１）の状態を代わりにチエツクしてもよい。
有限のゲート角度割込みサブルーチンの動作中、ゲート
角度の計算は、概略ゲート角度割込みサブルーチンを通
じて読まれたのと同じ電流基準信号Ｉａ”を用いて実行
される。このため、プログラム機能Ｆ２０４は、概略ゲ
ート角度割込みサブルーチンから、記憶された電流基準
信号１ａ”の読取り動作を実行する。プログラム機能Ｆ
　２０６は、電機子電流１ａの読取りも行なう。この電
機子電流Ｉａは、ＰＩコントローラ（４０）によるゲー
ト角度計算に使用される。
プログラム機能Ｆ２Ｏ３により、ＰＩコントローラ（４
０）に対して、ゲート点弧角の計算指令がなされる。Ｐ
Ｉコントローラ（４０）によるこの計算は、概略ゲート
角度割込みサブルーチンによってゲート点弧角を計算す
るために使用したものと同じ電流基準信号１ａ”を用い
て行なわれる。ゲート点弧角を計算するためにＰＩコン
トローラ（４ｏ）に用いたサンプリング時間Ｔｓは、Ｐ
Ｉコントローラ（４ｏ）にょってゲート点弧角を計算し
たときの先の計算と更新後の計算との時間間隔に等しい
。
プログラム機能Ｆ２Ｏ３によるゲート角度の計算結果は
、プログラム機能Ｆ２１０のコントロールを受けて、ｒ
ｌＢ（図示せず）に出力される。なお、ゲート角度計算
の実行に際して本来的な制限を受けるため、ゲート角度
の前進方向に最大許容チェンジ（ｍａｘｉｍｕｍ　ｐｅ
ｒｍｉｓｓｉｂｌｅ　ｃｈａｎｇｅ）があることに留意
すべきである。例えば、この計算のゲーティング開始前
の１２度については、計算を実行するのに約６度要する
と仮定した場合、サイリスタの点弧角の位相を進めるた
めに利用できる角度は６度しか残されていない。なお、
割込みサブルーチン実行のタイミングとして、角度選定
前の１２度と角度選定後の１５度は、単なる例示にすぎ
ず、本発明を実施するに際しては、他の角度を選定でき
ることは勿論である。更に、ゲート点弧角をバックさせ
るときは、ゲート点弧角の大きさに制限はないことも認
識されるべきである。新たなゲート角度がいったんＴＩ
Ｂに出力されると、この値は、次のサイリスタを点弧す
るために使用され、次のサイリスタを点弧するために、
概略ゲート割込みサブルーチンと有限割込みサブルーチ
ンが繰り返される。
バンク逆転状態である場合、概略ゲート角度サブルーチ
ンと有限ゲート角度サブルーチンの動作は抑制され、こ
れは、第５図に示す固定タイマー割込みサブルーチン中
で実行された計算に基づいて行なわれる。バンク逆転の
状態は、前述したように、第５図に示すプログラム機能
Ｆ３００によって実施される。プログラム機能Ｆ３０２
とＦ２Ｏ３は、「バンク逆転なし」の状態に応答して動
作するもので、第３図及び第４図を参照して説明した通
りである。これに対し、バンク逆転状態に対する判断が
ポジティブの場合、プログラム機能Ｆ３０６によって、
電機子電流１ａが読み取られる。固定割込みサブルーチ
ン実行中は、ゲート角度計算に使用された電流基準信号
１ａ”は、プログラム機能Ｆ３０８の、リセット電流基
準ランプから得なければならない。
ゲート点弧角の計算は、プログラム機能Ｆ３１０の命令
により、固定タイマー割込みサブルーチン中に実行され
る。この計算は、プログラム機能Ｆ３０６の動作中に得
た電機子電流１ａの読み値と、プログラム機能Ｆ３０８
の動作中に得た電流基準信号Ｉａ１を用いて、ＰＩコン
トローラ（４０）によって実行される。しかしながら、
この計算は固定タイマー割込みサブルーチンを通じて新
たなサンプリング時間Ｔ、を再計算するものでないが、
その代わりに２７８ミリセカンドの一定値を用いて計算
を実行する。
サイリスタのバンク逆転が進行中の場合、固定タイマー
割込みサブルーチンが作動する。この結果、サイリスタ
バンクのゲーティング角度は、「ターンオフ」となり、
ＰＩコントローラ（４０）によって電流が強制的にロー
（ｌｏｗ）値（通常は定格電流の２％よりも小さい）に
された後、５．６ミリセ力ンド間、１７０度にセットさ
れる。これは、プログラム機能Ｆ３１２によって実行さ
れ、サイリスタバンクが「ターンオフ」状態のときの電
流は、反対側のサイリスタバンクが「ターンオン」状態
のとき、ゼロアンペアである。サイリスタのバンク逆転
中、プログラム機能Ｆ３１２は、サイリスタのゲート点
弧を抑制する。そうしないと、概略ゲート角度割込みサ
ブルーチンと、有限ゲート角度割込みサブルーチンによ
ってゲートが点弧されるからである。
このゲーティング抑制動作は、固定タイマ一の割込みサ
ブルーチンのループを１パスする間、即ち、２．７８ミ
リセ力ンド間、持続する。サイリスタのバンク逆転は、
反対側のバンクのゲーティングが設定ゲート角度に達し
た時に終了するから、概略ゲート割込みサブルーチンと
、有限ゲート割込みサブルーチンは、その後直ちに再開
することができる。バンク逆転が進行している間は、サ
イリスタのゲート角度の計算は、固定割込みタイマーサ
ブルーチンによって行なわれる。プログラム機能Ｆ３１
２が終了すると、固定タイマー割込みサブルーチンが終
了する。その結果、次に点弧するサイリスタに対しては
、ゲート角度の計算は、概略有限ゲート角度割込みサブ
ルーチンによって実行される。
第６図は、コンバータの電流追跡結果（オシロスコープ
の読み）を示しており、サイリスタ電流（６パルス系の
場合はＦ　ｓ　Ｒ１，１２パルス系の場合はＦｉＲｉで
あり、ＦｉＲｉは、フォワードサイリスタ、第２セツト
／リバースサイリスタ、第２セツト）の大きさに対応し
てゲート角度割込みが行なわれる。第６図から明らかな
ように、伝達時間遅延からドライブ制御装置のアビリテ
ィ（ａｂｉｌｉｔＹ）に指令を与え、モータに均一な電
流が供給される。
伝達時間遅延は、ゲーティング割込み前１２度から電流
量が増加するまでの距離（第６図の符号（ａ）で示す部
分）であるから、この時間遅延を最小にすることにより
、より望ましい結果が得られる。
前述したように、フラッグ伝達は、サブルーチンの点弧
後１５度と、サブルーチンの点弧前１２度の間で行なう
ことによ一す、有限ゲート角度割込みサブルーチンに対
する優先性を確保することができる。更に、第６図から
明らかなように、これら２つのサブルーチンの間で干渉
（ｃｏｎｔｅｎｔｉｏｎ）する可能性については重要で
はない。更に、これら２つのサブルーチンは３０度（１
，３９ミリセカンド）離れているため、既述の通り、１
２パルスのＴＡＳ装置のサブルーチンのゲーティング前
の２つの１２度の間では干渉することはない。また、ゲ
ート点弧角度を計算するのに約３７１０ミリセカンド要
するから、これら２つのサブルーチンの間で過渡期間中
に干渉するには、ゲート点弧角は２２度の連続変化（ｃ
ｏｎｓｅｃｕｔｉｖｅ　ｃｈａｎｇｅ）せねばならない
からである。
本発明の望ましい実施例を詳細に説明したが、特許請求
の範囲に規定された本発明の範囲から逸脱することなく
変形をなすことはできる。
【図面の簡単な説明】
第１Ａ図はアナログ式ドライブ制御装置のブロック図、
第１Ｂ図は第１Ａ図のアナログ式電流調整器に関する伝
達関数を対数曲線で表わしたグラフ、第２図はデジタル
式ドライブ制御装置のブロック図、第３図乃至第５図は
マイクロプロセッサのプログラムのフローチャート図、
及び第６図は変換器の電流追跡結果を示す波形図である
。

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）モータへの電力供給に有用なサイリスタによる電
    力供給に関して、伝達時間遅延を最適化する装置であっ
    て、 サイリスタによる電力供給は、複数のサイリスタが逐次
    点弧するようにコントロールされながらモータに電力が
    供給されるように行なわれ、ゲート点弧角を計算する手
    段により、複数のサイリスタのうち、先行する一のサイ
    リスタのゲーティング終了後、設定した第１の時間に、
    複数のサイリスタのうち次に点弧が行なわれるべき一の
    サイリスタのゲート点弧角の計算を実行し、 ゲート点弧角を再計算する手段により、複数のサイリス
    タのうち次に点弧が行なわれるべき一のサイリスタのゲ
    ーティング直前の第２の設定した時間に、ゲート点弧角
    の再計算を実行し、オーバライド防止手段により、計算
    手段によって計算されたゲート点弧角が、再計算手段に
    よって再計算されたゲート点弧角をオーバライドしない
    ようにしている、サイリスタによる電力供給の伝達時間
    遅延最適化装置。
  2. （２）計算手段と再計算手段の実行をコントロールする
    手段により、計算手段と再計算手段が、モータを流れる
    電流値の同じ測定値を用いて演算すること、及びその演
    算は、計算手段と再計算手段を演算する毎にリフレッシ
    ュされるサンプリング時間を用いて行なわれること、を
    指令できるようにしている請求項１に記載のサイリスタ
    による電力供給の伝達時間遅延最適化装置。
  3. （３）サンプリング時間は、コントロール手段が更新さ
    れたときの更新前の時間値と、コントロール手段のゲー
    ト角度計算が更新されるときの更新後の時間値の関数と
    して決定される請求項２に記載のサイリスタによる電力
    供給の伝達時間遅延最適化装置。
  4. （４）オーバライド防止手段は、計算手段と再計算手段
    との間のフラッグのデジタル表示を行なう請求項２に記
    載のサイリスタによる電力供給の伝達時間遅延最適化装
    置。
  5. （５）コントロール手段は、サンプリング時間とは別個
    に、一定時間間隔内でゲート点弧角のバックアップ計算
    を実行する手段を含んでおり、コントロール手段が複数
    のサイリスタのうち第１のバンクと第２のバンク間の動
    作が逆転中であることを検出したとき、前記実行手段に
    より、ゲート点弧角のバックアップ計算が行なわれる請
    求項２に記載のサイリスタによる電力供給の伝達時間遅
    延最適化装置。
  6. （６）電流基準値が測定電流値と反対極性のものとして
    検出され、測定電流値が予め設定した低閾値以下である
    として検出されると、コントロール手段はサイリスタバ
    ンクが逆転状態になったことを感知する請求項５に記載
    のサイリスタによる電力供給の伝達時間遅延最適化装置
    。
  7. （７）サイリスタバンクの逆転状態が検出されると、コ
    ントロール手段は、複数のサイリスタのうち、第１のバ
    ンクと第２のバンクの一方をディスエーブル状態にする
    請求項５に記載のサイリスタによる電力供給の伝達時間
    遅延最適化装置。
  8. （８）ゲート点弧角のバックアップ計算は、計算手段と
    再計算手段が夫々実行するとき、次のサイリスタの点弧
    と略同じ間隔で、一定時間間隔の間で作られる請求項５
    に記載のサイリスタによる電力供給の伝達時間遅延最適
    化装置。
  9. （９）再計算手段の演算結果として、ゲート点弧角の位
    相が前進する際、コントロール手段により、前進量の上
    限が設定される請求項２に記載のサイリスタによる電力
    供給の伝達時間遅延最適化装置。
  10. （１０）サイリスタによって電力供給されるモータのド
    ライブ制御装置であって、 モータの所定速度を表わした電流基準値を検出する手段
    と、 モータを流れる電流値を測定する手段と、 複数のサイリスタのうち次に点弧する一のサイリスタの
    ゲート点弧角を計算する手段を備え、計算手段は、電流
    基準値と測定電流量の関数としてゲート点弧角の計算を
    行ない、 計算手段は、ゲート点弧角の計算に使用されるサンプリ
    ング時間を決定し、ここで、サンプリング時間は、複数
    のサイリスタのうち先行する一のサイリスタについて最
    後のゲート点弧角を計算する間に測定した時間と、複数
    のサイリスタのうち後続する一のサイリスタについて現
    在ゲート点弧角を計算する間に測定した時間との差を表
    わしており、 計算手段は、少なくとも第１の段階と第２の段階でゲー
    ト点弧角の計算を行ない、ここで、第１の段階とは複数
    のサイリスタのうち先行する一のサイリスタが点弧した
    後の所定時間であり、第２の段階とは複数のサイリスタ
    のうち後続する一のサイリスタがゲーティングする直前
    の所定時間であって、 複数のサイリスタのうち後続する一のサイリスタを点弧
    させるために、該サイリスタのゲート点弧角を求める手
    段を備えているモータドライブ制御装置。
  11. （１１）計算手段と再計算手段の実行をコントロールす
    る手段を備え、該コントロール手段から、計算手段と再
    計算手段はモータを流れる電流測定値と同じ電流値を用
    いて演算すること、及びその演算は計算手段と再計算手
    段の演算毎にリフレッシュされるサンプリング時間を用
    いて行なわれることが指令されるようにしており、 前記コントロール手段は、サンプリング時間とは独立し
    て、固定時間間隔内でゲート点弧角のバックアップ計算
    を実行する手段を含んでおり、コントロール手段が複数
    のサイリスタのうち第１のバンクと第２のバンク間の動
    作が逆転中であることを検出したとき、前記実行手段に
    より、ゲート点弧角のバックアップ計算が行なわれる請
    求項１０に記載のモータドライブ制御装置。
  12. （１２）電流基準値が測定電流値と反対極性のものとし
    て検出され、測定電流値が予め設定した低閾値以下であ
    るとして検出されると、コントロール手段はサイリスタ
    バンクが逆転していることを検出する請求項１１に記載
    のモータドライブ制御装置。
  13. （１３）サイリスタバンクの逆転状態が検出されると、
    コントロール手段は、複数のサイリスタのうち、第１の
    バンクと第２のバンクの一方をディスエイブル状態にす
    る請求項１１記載のモータドライブ制御装置。
  14. （１４）ゲート点弧角のバックアップ計算は、計算手段
    と再計算手段が夫々実行するとき、次のサイリスタの点
    弧と略同じ間隔で、固定時間間隔の間で作られる請求項
    １１に記載のモータドライブ制御装置。
  15. （１５）サイリスタによるモータへの電力供給に関して
    、伝達時間遅延を最適化する方法であって、サイリスタ
    による電力供給に関し、複数のサイリスタのうち先行す
    るゲート点弧と後続するゲート点弧について、２つのゲ
    ート角度計算値の差を表わすサンプリング時間を決定す
    る工程、先行して点弧されたサイリスタのゲーティング
    終了後、設定した第１の時間に、次に点弧が行なわれる
    べきサイリスタについて、ゲート点弧角をサンプリング
    時間の関数として計算する工程、 次に点弧が行なわれるべきサイリスタのゲーティング直
    前の第２の設定時間に、次に点弧が行なわれるべきサイ
    リスタのゲート点弧角を再計算する工程、及び 計算工程と再計算工程の時間差が最小になるように、再
    計算されたゲーティング点弧角を作る工程、 から構成される伝達時間遅延最適化方法。
  16. （１６）サンプリング時間とは別に、固定時間間隔内で
    ゲート点弧角のバックアップ計算を実行する工程、及び コントロール手段が複数のサイリスタのうち第１のバン
    クと第２のバンク間の動作が逆転中であることを検出し
    たとき、ゲート点弧角のバックアップ計算を実行する工
    程を有している請求項１５に記載の伝達時間遅延最適化
    方法。
  17. （１７）電流基準値が測定電流値と反対極性のものとし
    て検出され、測定電流値が予め設定した低閾値以下であ
    るとして検出されると、サイリスタバンクが逆転してい
    ることを感知する工程を有している請求項１６に記載の
    伝達時間遅延最適化方法。
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