JPS62501953A - マイクロプロセツサ速度コントロ−ラ - Google Patents

マイクロプロセツサ速度コントロ−ラ

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JPS62501953A
JPS62501953A JP50520085A JP50520085A JPS62501953A JP S62501953 A JPS62501953 A JP S62501953A JP 50520085 A JP50520085 A JP 50520085A JP 50520085 A JP50520085 A JP 50520085A JP S62501953 A JPS62501953 A JP S62501953A
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motor
controlled
voltage
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JP50520085A
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ランデイノ,ポール ジエイ
ラマデイ,マイケル ジエイ
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ザイクロン システムズ,インコ−ポレイテツド
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/0077Characterised by the use of a particular software algorithm

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】 本発明は、周波数および電圧に関して簡単な手段によシ人Cモータを制御する装 置に閃する。マイクロプロセッサを利用すると、モータコントローラのモータお よび負荷に対するi&適化が可能となシ、簡単で効率的な駆動装置が開発され得 る。
従来技術 従来、ACモータ速度コントローラ(イン/(−タ、ドライバ)は、大形で、複 雑で、非効率的であシ、したがってこの種の製品の広汎な使用は価格的に制限さ れる。
マイクロプロセッサ工業およびノくワ半導体工業におけゐ技術的な進歩は、この 種のコントローラを組み立てる部品の敵柚のものの改善とコストの低減をもたら した。モータの利用およびその応用の知識が増したので、よル高い性能および効 率が得られるようになった。加えて、過去におけるモータ速度コントローラの使 用は、簡単な制御、すなわち速度の手動的調節に限定されていた。プロセス制御 における最近の進歩は、モータコントローラが他の形式の制御装置と通信する能 力におし亀て強くなることを要求してい゛る。
発明の目的 本発明の主たる目的は、独特の基本的駆動機構においテ中央の単一のマイクロプ ロセッサをパワ半導体と組合せて使用することによシ、標準のAC誘導モータの 速度、トルクおよび馬力をその公称規格、それ以下またはそれ以上で制御する態 様を簡単化(低廉化)することである。
発明の概要 本発明は、公称規格、それ以下またはそれ以上において、モータに対する周波数 および電圧制御によシACモータの出力特性の全体的制御を可能にする人Cモー タ速度コントローラに係る。
本発明は、副ms能によシ要求されるところにしたがってモ、−夕に供給される 周波数の調節によってλCモータの速度を制御することを可能にする。本発明は 、選択された製作速度にて、トルクを発生するモータに対して電圧を制御すると と含可能にする。速度とトルクの組合せで馬力が決定される。不発明は、予めプ ログラム設定し得る周波数および電圧の個々の制御で、モータ(コントローラの 出力)に対する出力電圧/H@rtz曲線の特徴づけを可能とし、それによ)モ ータによシ発生される速度、トルクおよび馬力の有効な制御を行なう。この制御 は、予定してプリセットすることもでき、あるいはコントローラがそれをなすよ うにプログラム設定されていれば、負荷条件を変えることによシ制御できる。
上記の目的を達成するため、コントローラは、2つの基本部分、すなわち電力部 と論理部よル成る。
電力部O1m能は、モータ(00)自体によ)利用される主パワのすべてt取扱 うことである。電力部は、パワ整流器(20)、フィルタコンデンサ(1o−z 3)および3つの位相モジュール(40,50,60)よ)成る。電力部は、到 来単相および3相人Ct−DCに整流し、濾波せしめる。もしも、電池パックの ような真のDC電源から作動される場合には、位相モジュールへの直接接続が行 なわれよう。そのとき、位相モジュールは、論理部の指令および制御にて出力し 、DCを可変周波数および可変電圧に変換する(パルス幅変調技術(PWM)の 使用によシ)。この出力は、ついで制御のためモータ(00)に出力される。ダ イナミックブレーキ作用(80)は、艶御された減速下で積台づけされたレベル で自動的に導入される。
論理部(30)は、所望の動作速度記号、電流フィードバック信号および電圧フ ィードバック信号および予定されプログラム設定された必要条件に基づき電力部 を制御する。論理部は下記のものよシ成る。すなわち、囚予めプログラム設定さ れ、全制御機能中活動するマイクロプロセッサ(30−7)。これは、電流、電 圧計よび速度命令信号のような外部的機能を監視し、適当な信号を、3つの位相 モジュール(40,50,60)t−駆動する駆動回路に出力する。@電圧フィ ードバック回路(90)。
これは、出力電圧を監視し、インバータの出力電流に比例する電圧をモータに出 力する。(C)電子的故障保護回路(70)。これは%DCバスの入出力の電流 、到来線条件およびバス電圧条件を監視し、プリセットされたトリッフレヘルを 越−rと*、マイクロプロセッサ(30−7)およびドライバ(3o−13)を 位相モジニール(4o150.60)に対して遮断する。
全コントロー2は、制御しつ−ろるACモータの速度、トルクおよび馬力出力特 性を決定するための非常に簡単で制御可能な手段t−提供する。
図面の簡単な説明 第1図は本発明の装置の金機能ブロック図である。
第2図は重力整流器の概略回路図である。
第3図は論理回路/ドライバの概略回路図である。
第4図は位相ドライバ40,50.60の概略回路図である。
第5図はダイナミックブレーキ回路の概略回路図である。
第6図は電源回路の概略回路図である。
第7図は電子的故障保護回路の概略回B図である。
第8図は電流フィードバック回路の概略回路図である。
第9図は電圧フィードバック回路の概略回路−である。
第10図は負のPWM信号および三〇トグル駆動信号を示すグラフである。
第11図は論理回路/ドライバの!スタチャートである。
第12図はイニシャライスルーチンの70−チャートである。
第13図はバックグラウンドルーズの70−チャートである。
第14図はブーストルーチンのフローチャートである。
第16図は電圧制@/PWMタイマの70−チャートである。
第17図は周波数制御タイマの70−チャートである。
第18図は人CC/DEC,ダイナミックブレーキ動作および電流制限の7CI −チャートである。
最初に、人Cモータ速度コントローラのブロック図を示す第1図を参照する。3 相AC,115V、20aVまたは5aovよ)成る到来電力は、電力整流器2 0に入る。電力の上昇中、電荷がフィルタコンデンサ1〇−2に供給され、他方 、主DCバス1o−1z(→および1o −11(−)は、位相ドライバ40. 5Ω、60に接続される。位相ドライバは、論理回路/ドライバ30の制御およ び指令でモータ100t−制御する。位相ドライバは、人Cモータ100に周波 数および電圧を供給し、速度、トルクおよび馬力を制御する。ダイナミックブレ ーキモジュール80は、これも論理回路/ドライバsOの制御および指令下で、 減速中モータ10からの昇化的エネルギを吸収する。
基本駆動変圧器10−1は、電力整流器20および論理回路/ドライバ50内の 低電圧DC電源のためのAC電源である。感知装置10−6および10−7は、 主DCバス10−11/10−12中の順方向および6住電流を監視しこれを論 理回路/ドライバ30にフィードバックする。
論理回路/ドライバ30は、操作者命令によシ制御される。順方向/避方向スイ ッチ10−5、マスク速度ポテンショメータ10−4およびスタート/ストップ /リセットスイッチは、手動fiiiJm入力であル、他方直列リンク10.− 27は、外部フンピユータ命令シンクを表わす。
第2図は電力整流器206ブロツク函である。電力製器は、余波ブリッジ整流器 の形態で接続された4または6個のダイオード(重相または3相入力電力に対し て)20−1ないし20−6よシ成る。抵抗20−7は、リレー接点KIAが図 示のごとく通常の未作動位置にあると、10−25および10−11に接続され たフィルタコンデンサ10−.2 ’i予め充電するための電流制限抵抗として 働く。主電力が印加されると、フィルタコンデンサ10−2は充電を開始し、約 2秒が経過するまで充電を続叶る。約2秒の経過時に、「作動」信号が1ji1 (1−24を介して論理回路/ドライバ30から送られ、これが、抵抗20−1 6を介して限定されたペース駆動電圧をもつPNP )ランラスタ2O−14i ターンオンする。
トランジスタ20−14はターンオンして、抵抗2〇−17を介してリレーコイ ルに1に電流を流し、リレー接点に1人を作動させる。リレー接点に1人は、フ ィルタコンデンサ10−2’!!−直接メインバス10−11および10−12 に接続する。コンデンサ20−9は、スイッチング期間中接点KIAのアーク発 生をできるだけ小さくする。ダイオード20−18は、ターンオフ中リレーコイ ルに1の誘尊エネルギをクランプするフライバンクダイオードである。抵抗20 −15はペースクランプ抵抗である。ダイオード20−11>よび20−12な らびにフィルタコンデンサ20−15は、未調整の+6DCt源10−14を形 成する。該電源は3つの位相駆動モジュール40.50および60に給電するの に使用される。抵抗20−8は、主電力が除去されリレーに1が通常の未作動状 態にあるときフィルタコンデンサ1〇−2を放電するのに使用される。
第6図は、操作者命令およびモータOQ負荷条件に基づいてモータ00を作動す るために全信号命令を処理する論理回路/ドライバ30′t−表わしている。動 作周波数(速度)、出力電圧(トルク)、および馬力を決定するのはこのユニッ トである。加えて、この部分は、ACモータフンドロー2を過負荷および故障祭 件から保詣する。
論理回路/ドライバ30の主たる制御要素はマイクロプロセッサ30−7でアシ 、これは4つのアナログ入力(go−ss、50−54.50−42.3o−4 3)と数個のディジタル入力/出力を備えている。マイクロプロセッサ30−7 の動作および制@要素は、後続のソフトウェアの節で説明しである。
6本の主出力fA 30−44は、バッファ装置30−13および6本の出力ト ランジスタ50−26ないし30−31’i介して位相ドライバ40.50およ び60を制御する。抵抗パンク30−32は、プルアンプ製置として働き、抵抗 50−14〜50−19は、出力トランジスタに対するペース駆動電圧を限定す る働きをする。
抵抗30−20−30−25はペースクランプ抵抗である。
スイッチ30−10および30−11は、低周波tIIEブースト設定値を決定 するために操作者によシ選択し得る。抵抗30−8および30−9はプルダウン 装置として働く。低周波ブーストは、モータ00の負荷、機械系の摩擦およびモ ータ00の抵抗成分を増大させる低周波数(12Hzおよびそれ以下)で、モー タ100に加わる電圧を増大さすのに使用される。所与の周波数およびスイッチ 組合せ(30−10および5O−11)に対する電圧ブーストの大きさは、予め 決定され、ソフトウェアで制御される。
マイクロプロセッサ30−7に供給される4つのアナログ8iI制御入力信号は 下記のごとくである。(1)速度命令信号50−42、これは、モータ00に対 する動作速度(周波数)を決定する(最大動作速度はソフトウェアで制御される )。(2)操作者によ〕調節可能なボテンシ璽メータ50−12によシ決定され る加速/減速信号3〇−45゜これは、速度命令30−42が変わるときモータ 00に対する出力周波数が変化する割合1設定する。(3)電圧2イ一ドパツク 信号50−!13゜これは、モータ70に対する実際の出力電圧に比例するアナ ログ信号をフィードバックする。(4) [流フィードバック信号3〇−34、 これはモータ00の電流に比例するアナログ信号をフィードバックする。
スタート/ストップ/リセット命令信号は、ディジタル信号20−41をマイク ロプロセッサ30−7に入力する操作者制御押ボタン10−3によシ与えられる 。
30−2はプルアップ抵抗である。信号s o −41?;t、故障保脂装置7 0をリセットするのにも使用される。
順方向/逆方向命令信号は、信号30−45をマイクロプロセッサ30−7に入 力する操作者制御スイッチ10−5によシ与えられる。抵抗60−sはプルアッ プ抵抗として働く。
ダイナミックブレーキ信号は、マイクロプロセッサ30−7から発生され、電流 制限抵抗5o−46を介してトランジスタ!10−48%−ターンオンする。3 0−47は、ペースクランプ抵抗として働く。ダイナミックブレーキm号は、パ ルスmr&&、1 (P WM )信号で1ム高電位(すなわち1に略画)は、 トランジスタ3〇−48t−ターンオンして、ダイナ之ツクブレーキ部80tタ ーンオンせしめ、メインパス10−11/10−12からのエネルギt−吸収す る。ダイナミックブレーキ動作は、一定のトルクブレーキ動作であシ、それゆえ 、PWMのデユーティサイクルは予定されておシ、選択された減速割合に比例す る。滅連速度が大きくなればなるほど、デユーティサイクル(全周期に対する高 出力の割合)は大きくなシ、したがって、部分8oによる吸収エネルギは大とな る。減速の割合が遅くなればなるほどデユーティサイクルは小さくなろう。
リセットtaso−sepは、マイクロプロセッサ3o−7の動作を可能化(高 ならば)または不能化(低ならば)する。avJott力の増大中、充11i  ’Ill thT、がマイクロプロセッサ30−7から発生して線50−59へ 供給され、ダイオード50−61−介してコンデンサ30−5′1に充電する。
全充電レベルに達すると、マイクロプロセッサ3゜−7は動作を開始する。過負 荷によシ故障が発生しこれが電子的故障保睦装置70によル検出されると、線3 ゜−39は直ちに0に移行する。ダイオード3o−6はブロッキングダイオード として働くから、コンデンサ50゛ −5上の電荷は、故障保麺装置7oからの 0向き信号を減速させない。このため、マイクロプロセッサ5o−7は直ちに中 断せしめられる。
電圧コンパレータ30−55は、最初の電力増大中2゛ ツチデバイスとして使 用される。線50−37は、コンパレータ5o−ssに対する固定基準電圧が与 えられている。電力の論理回路/ドライバsoへの印加で、義50−49は高電 位に移行する。約2秒後、@S O−49は低電位に移行し、電圧コンパレータ 30−!55の出力を低電位に移行させ、フィードバックを介してコンパレータ 30−35の非反転入力に拘束を加える。そのとき、出力信号50−56は電力 整流器2oに送出される。
第4図は位相ドライバ40%50および6ot−表わす。
3つの位相ドライバは、Mlo−pまたは10−10を介して位相ドライバ40 および5oから電圧フィードバック信号を発生する抵抗40−9および40−1 0を除いて、すべて同一である。これら02つの信号は、論理回路/ドライバ3 0(電圧フィードバック部90)ヘシイードバツクし、モータ00に供給される 出力電圧を表わす誤差信号を発生する。
位相ドライバは下記のごとく動作する。論理口m/ドライバ30から発生される 2つの入力信号は、負のパルス幅変調(PWM)駆動のため線10−17.10 −18および10−19を介して、また正のトグル駆動のため@10−20.1 0−21お!び10−22t−介してそれぞれ位相ドライバに入る。
線10−17へ10−19が負に移行すると、これらの線は、ベース制限抵抗4 0−2を介してトランジスタ40−3’J−飽和状態に駆動し、抵抗4G−4t −介して電流を流し、主ダーリントンパワトランジスタ40−15を飽和状態に ターンオンする。抵抗40−11および40−1はベースクランプ抵抗である。
40−15のターンオンで、負のバス10−11および@jO−15,10−1 4または10−15を介してモータooに電流が流れ始める。同時に、他の位相 モジニールの1つまたは2つが、正のトグル駆動状態にある(タイミング状態に ついて第10囚参照)。この間、正のトグル駆動線は高電位(オフ状態)にある 。PWMおよびデニーテサイクルの割合は、動作速度、1ati圧および負荷状 態に依存して変わる。これは、論理回路/ドライバ3oにょ)決定され制御され る。
論理回路/ドライバ3oは、動作速度要件に基づいて、特定の位相モジュールの 状態を変化させる。論理回路/ドライバ30は、負のP%”MC)駆動(1G− 17,1゜−18または1O−19)を除去し、短い期間(約150マイクp秒 )待ち、ついで正のトグルを駆動する(低電位)(第10図参照)。これが起こ ると、高電圧PNPトランジスタ40−7は、ベース駆動抵抗4o−5を介して 飽和状態にターンオンし、対のダーリントンパヮト □ランラスタ10−14を ターンオンする。ダイオード40−12は、トランジスタ40−15がターンオ フされるときモータ00から流入する再生エネルギを阻止するのに使用される。
このため、誘導エネルギは迅速回復ダイオード40−13中に流入せしめられる 。これは、トランジスタが負のベース駆動電圧なしに動作することを可能にする 。デバイスの特性に依っては、トランジスタ40−14および40−15の両端 間に緩衝装置を必要とするかも知れない。
第5図はダイナミックブレーキ部を表わしているが、このダイナミックブレーキ 部において、[10−26は、前述のように論理回路/ドライバ30からパルス 幅変調信号が供給される。110−24が低電位に移行すると、トランジスタ8 0−3は、ベース制限抵抗80−2’ii介して飽和状急にターンオンし、ベー ス抵抗80−4に電流を流し、ダーリントンパワトランジスタ8O−5t″ター ンオンする。抵抗80−1および8o−5は、ベースクランプ抵抗として働く。
トランジスタ8o−5の飽和によシ、メインパス(10−11およびto−zx )@流か高電力ダンプ抵抗80−8および80−7に流れる。
ダンプ抵抗の規格は、全100%のデユーティサイクルが適用されることはない から、必要なレベルよシ十分低くなるように設定される。ダイナミックブレーキ PWM信号は減速率に比例する。すなわち、減速が早くなれに、デユーティサイ クルは高くなシ、それゆえ、ブレーキサイクル中等証のエネルギがつねに吸収な いし消散される。
トランジスタ80−5の故障または高反復の減速条件が生ずると、フユーズ80 −6が溶け、ダンプ抵抗8〇−7および80−8の過熱に基づく破損を防ぐ。
第8図は電子的故障体#!ii回路管表わしている。該回路は、4個のLFjD によシ指示される4つの独立のトリップ状l’l を含む。2つのバス電流感知 装置110−6および10−7が、メインバス10−11および10−12上の 順方向および再生的電流を監視している。2つの独立の信号は、分圧器70−3 および70−4によシ発生される電圧y o −s o (2,s v )と比 較される。ポテンショメータ70−1および70−2は、電流感知信号の細かい θl#および較正を可能にする。これらの電流信号は、電[Eコンパレータ70 −12〜70−15に入る。しかして、これらのコンパレータの出力は、プルア ップ抵抗パック7a−soによシ高電位にある(コレクタ開放出力デバイス)。
抵抗70−6および70−7は電圧分圧器を形成しておシ、電圧はコンパレータ 70−12および70−13で比較される。この点における電圧は、感知!72 1i710−6および10−7からの電流トリップレベルに関して正である。抵 抗70−9および70−10は上述の抵抗に類似である。たソし、分圧器レベル は、順方向バス電流トリップレベルを表わす電圧に閃して負である。これらの2 つのレベルは、−緒に通常のバス電流に対する動作窓を形成する。これらのレベ ルを越えると、それぞれの電圧コンパレータは低電位に移行する。過電圧体験は 、電圧フンパレータ70−16によシ達成される。抵抗70−18および70− 20は、メインパス電圧からの分圧器を形成する。通常の条件下で、コンi(レ ータ70−16の出力は高を位にある。メインバスを表わす電圧レベルが、ポテ ンショメータ70−28によシ決定される予め設定されたレベルを越えると、コ ンパレータ70−17の出力は低電位に移行する。
過小電圧(低電位線)保饅は、電圧コンパレータ7〇−17によシ達成される。
抵抗70−27およびポテンショメータ70−28は、81節可能な分圧器を形 成する。
未整流の全波整流信号50−40は、分圧され、コンデンサ70−90によ〕濾 波される。この電圧は、電圧基準70−51に対して調節されプリセットされる 。J現在のレベルが基準電圧70−51以下に落ちると、コンパレータ70−1 7は、その通常の高電位状態から低電位に移行する。
故障状態が検出されると、故障および駆動出力のラッチおよび遮断が起こらねば ならない。これは、電圧コンパレータ70−31ないし70−34によシ遂行さ れる。
全出力は、抵抗70−56および70−57よシ11°り成された分圧器によ# )設定される電位70−55に比較される。4つの故障検出コンパレータのいず れか1つ(2つの2組が一緒に結ばれている)が低電位に移行すると、ツレぞれ のホロワコンパレータ(70−31〜7〇−35)の非反転入力は電圧基準70 −53以下にセットされよう。これは、その通常オフ出力をターンオンして、出 力を低電位に移行させ、故障状態をラッチする。加えて、4つのLP、D70− 39〜70−42の1つが照明され、どの故障が生じたかを指示する。LEDの 照射は、抵抗70−44を介してトランジスタ70−47’iターンオンせしめ 、これによシトランジスタフ0−49が抵抗70−48i介してターンオンし、 腺5O−59に低電位に移行させ、マイクロプロセッサ30−7’liリセツト させる。同時に、通常状態中高電位であるコンパレータ70−45 ハ、f!s  o −s a +低電位に切)Vえ、バッファ装置の出力全ターンオフする。
ラッチのリセットは電圧コンパレータ7G−35によシ遂行されるが、その反転 入力は電圧70−51に比較され、通常オフの出力t−mしている。線50−4 1がボタン10−5の手動9セツトによシ低電位に移行すると、70−35の出 力は切シ替わシ、故障条件がさらに存在しないかぎシ、すべてのラッチコンパレ ータ70−31〜7 o −s afシてラッチを解放させる。コンデンサ70 −5.70−8.70−11.70−19.70−26.70−29.70−3 8 および70−45は雑音保饅コンデンサである。
こノ回路のマイクロプロセッサ30−7および出力バツファ30−13への直接 結合は、故障条件が起こればいつでも約10μ秒以内でACモータコントローラ を迅速に遮断することを可能にする。
第8図は、論理回路/ドライバ30に示される電流フィードバック部80を表わ している。バス電流感知装置10−6および10−7からの信号は、抵抗80− 1および80−2に供給され、そして加算演算増幅器80−5に入力される。増 幅器80−5の利得は、最大条件下で増幅器80−5≠;飽和しないように抵抗 8o−4にょシ設定される。コンデンサ80−5にょシ濾波が行なわれる。80 −5の非反転入力は、ポテンショメータ88−7によ)オフセットされ、メイン バス10−11および10−12上に電流がない場合に増幅器の出力が0となる ように調節される。80−5の出力は、利得vc−設宕するため抵抗gfl−1 1,80−11および80−12を利用する非反転増幅器として接続された演1 χ増幅器80−9の非反転入力に入力される。ポテンショメータ80−12は、 モータoOにて制限される所望の電流で1、演算増幅器の出力電圧が2. OV に等しくなるように調節され、そしてこの電圧が%5a−s4@介してマイクロ プロセッサ30−7に供給される。
論理回路/ドライバ30の電圧フィードバック部9゜は、第9図に示されている 。線10−9および10−10上の電圧ドライバ抵抗40−9および40−10 から到来する位相ドライバモジュール4oおよび5oがう発生される2つのフィ ードバック電圧信号は、演算増幅器90−7に供給される。増幅器90−7は、 抵抗90−1〜90−4によシ差動増幅器として接続されている。
その出力は、抵抗90−5およびコンデンサ9o−6よシ成るローパスフィルタ に供給され、そして非反転増幅器として使用される演算増幅器90−7に供給さ れる。
増幅器90−7の利得は、抵抗90−8.90−9および90−10によ多制御 される。ポテンショメータ90−10は、ボルト/ヘルツ調節器として働き、3 0出のモータ周波数で195ボルトとなるように公称動作に対して較正される。
出力はマイクロプロセッサδ0−7に供給され、そして信号はこ\でソフトウェ アによシ直線化される。
ソフトウェア(一般的記述) 論理回路/ドライバ50は、数種の主たるタスク機能よシ成る。すなわち、 t システムのイニシャライズ 2、 加速/減速車制御および選択 器 ダイナミックブレーキ制御および選択 ′4、td流制限制御 5、 周波数制御および選択 4 調節を圧制御および選択 l ブースト電圧防御および選択 8、 直列通信チャンネル 8 独立の操作者制御または直列チャンネルを介しての遠隔制御 1a スタート/ストップ制御 1t1Ji子的故障保論制御 12、順/逆方向選択、スタティックおよびダイナミックこれらの機能は下記の ソフトウェア構造に論理的に編成される。
a、 イニシャライズフード b、主制御ループ/命令インタプリタ c、調節電圧(PWM)タイミングインタプリタへンドラ d、出力周波数タイミング割込みへンドラe、を子的故障保護割込み 一般に、ソフトウェアは、システムが一度イニシャ2イズされ「開始」されると 主制御ルーグ/命令インタプリタ内で連続的に実行される。すべての時間関係機 能、すなわち関節電圧制御タイミング、出力周波数タイミングおよび電子的回路 ブレーカ機能は、別個の割込みへンドラタスク内で取ル扱われる。この編成は、 正確なタイミング機能を絵付しながら簡単で、高レベルの制御を保証する。
ルックアップテーブルおよびプログラマブルパラメータの広範囲の使用によシ、 基本的アルゴリズムは、アルゴリズム自体の変更を伴なうことなく特定のモータ に最適化させることができる。
システムイニシャライズ(一般的説@)システムイエシャ241機能は、論理回 路/ドライバの制御下にあるすべてのハードウェアt−接続し、イニシャライズ する。さらに、ソフトウェア変数がイニシャライズされ、初会合が受信され、種 々の@御入力が測定される。このルーチンは、表置の電力増大が生じあるいは電 子的故障保N(EEP)@込みが起こる時点でいつで ゛も行使される。
制御人力ニスタート/ストップ/リセットスタート/ストップ/リセット=10 −3リセット/EEP入力信号ニア0 直列チャンネル 直列チャンネルは、種々のシステムが効率的に実現できるようにネットワーク設 定能力を提供する。ディジタル分配(レイショニング)が主たる対象である。
加速/減速は、人工的動作点を生成し、この動作点を所望の動作速度に向ってイ ンクリメントまたはデクリメントすることによ〕行なわれる。速度信号は制御入 力10−4に現われる。各インターバルの動きは、完成するのにプログラム可能 な数の時間単位′f:要する。プログラム可能な値の選択は、直列チャンネルま たは加速/減速制御入力30−12のいずれかを介して利用できる。
このようにして、加速/減速時間定款は制御できる。
ダイナミックブレーキ動作は、大きな慣性負荷に蓄積されたエネルギを消散する ことを回路に保証する可変デユーティサイクル信号を供給する。
減速は、装置が電流制限モードにあるときのみ起こる。
この電流@限モードは30−54で行なわれる。
ブースト(一般的説明) ブースト機能は、低速度の駆動領域にわたシ公称よシ大きいボ// ) /ヘル ツ白線を与え、十分の逸走トルクを与える。入力(30−10および3G−11 )に関して選択し得る数種のプログラムされた表が存在する。ブースト電圧は、 ブースト範囲にわたル公称電圧動作点に取って代わる。周波数は同じのま−であ シ、シたがってトルクは増加する。
ブースト制御選択:30−10.30−11人カニフィードバック制御入力5o −ss出カニ位相ドライバ出力30−15上のPWMデューテイサイク寿 電圧調節ルーチンは、主ループ中に一度行使される。
主ループは、電圧調節誤差t−測測定、実施すべき正しいPWM割込み^ンドラ を決定する。調節電圧動作点近辺に維持される。電圧フィードバック信号は、動 的範囲を直線化し拡張するために、ルックアップテーブル中を通すことができる 。次に、この値が電圧動作点と比較され、差が得られる。との差は、電圧調節を 行なうためPWMサイクルに反映される。この値は割込みハンド2のため予めス テージされる。
出力周波数は6個の位相波形で発生される。周波数発生器は、公称周波数の6倍 で動作する精確な時間源を使用する。周波Km込みへンドラは、ドライバシーケ ンスパターンを適当に変える。これらのパターンは、順方向または逆方向態様の いずれかでアクセスできる。
PWM&Il込みへンドラ この割込みは、実際に電圧制御のための時間g数を与える。とれは、マスクタイ ミングクロック(PWM周波数)が起こるとき、適当なドライバをターンオフす る。
予めステージされ計算された電圧時間遅延値が採用され、タイマに時間遅延が負 荷される。このタイマがタイムアウトとなると、ドライバは、サイクルの残シの 部分のためターンオンされる。サイクル周波数はつねに一定のま〜でちるから、 このルーチンは、マスクタイミングクロックの1単位がバックグラウンドルーズ に対して同様に発生したことを指示する。
周波数ハンドラ割込み このルーチンは、6倍周波数クロックを計数し、6段階波形中位相ドライバモジ ュールを逐次作動する(通常のPWMa込みサイクルが同時に発生する)。シー ケンスは、順または逆方向いずれかの方向で進む。ドライバが逐次作動されると き、ドライバモジュール(30−・13)のため時間遅延が提供される(シュー トスルー防止のため)。
E F P &を込みへンド2 とのへンド2は、全ドライバを直ちにターンオフしプロセッサをリセットする。
プロセッサは、多くの可能な復旧計画が実施できるように、RFP発生の履歴を 維持フローチャート人およびB システムイニシャライズの機能は、論理ドライバの制御下にあるすべてのハード ウェアを接続する。この八−ドウエアは、種々の内部/外部入力/出力ボート( アナログおよびディジタルの両方)、ハードウェアタイマ、直列チャンネル(こ の形態においては実施されない)七含む。加えて、電圧および周波数動作点、加 速/減速省略値およびドライバシーケンスインデックスを含むソフトウェア区数 がイニシャライズされる。
種々のフラグおよび変数がイニシャライズされた後、装置は、スタートボタン1 0−3が押されるのを待つループに入る。このボタンは、その指示がモータコン トローラの走行状態にしたがってスタートからスタートヘトグル式に切シ替見ら れるという点において2g機能である。装置が「始動コされた後、始動ボタンを 不活動状態に戻丁のを許容するため1秒の遅延が設けられている。
始動はつねに1秒遅延し、ついで装置がスタートルーズに戻る前に1秒の遅延が 提供される。1秒の遅延後、種々の制御人力が測定され、それらの初値が記憶さ れる。
これらの制御入力は、加速、減速選択20−12、電圧フィードバック入力30 −33、ブースト値選択3〇−10および30−11、順/逆方向選択1Ω−5 、マスク速度ポテンショメータ入力10−4および電流制限人力50−54を含 む。
加速/#c速は、2つの人工的動作点、電圧に対するものと、周波数に対するも のを創生し、維持することによ)得られる。低端部ブースト領域における電圧/ 周波数曲線のような代わシの電圧周波数曲線が実施できるように、別個の動作お よび周波数動作点が維持される。ブースト領域を除き、これらの動作点は調和し て動き、公称電圧/ヘルツ曲線が維持できるようになされる。これらの点は、実 際の駆動動作速度を表わす。それゆえ、電圧調節は、電圧動作点に比較される。
加速/減速入力は、数種の予めプログラム設定されたレートから選択される。
使用される基本時間単位は、この特定の実施においては、PWM周期すなわち7 m秒である。
ダイナミックブレーキ作用は、装置が減速されるときに付活される。減速ルーチ ンにおいて、論理は、1m秒時間巣位を計数することによ少ダイナミックブレー キ出力をパルス輻変りすることである。
電流i#lri機能は加速/減速ルーチン内にあふ。装置は、速度を一時的に減 速低下させるととによシ引き出される電流を制限する。装置は、制御入力上のス レッショルド慧を検出し、電流が安全レベルにあるまで装置を減速させることに よってこれを行なう。
ブースト領域は12hz動作周波数以下として定められる。この領域内に、プロ グラム可能な電圧値を有する4つの表がある。ルーチンは、この12hzブース ト領域にあるかどうかをまず検出する。(この値は恩い通ルにプログラム可能で ある)もしそうであれば、選ばれた表が選択され、その電圧値が動作周波数値に よシ指標付けされる。ブースト値が電圧動作点に比較される。電圧動作点は1ブ ースト値がよシ大きければ交替される。このようにして、6表は、他の表に関し て異なるプログラム可フローチャートEおよびF 出力電圧は、1m秒(1サイクル)基準でドライバPWMデユーティサイクルを 変化させることによりe節される。実施は、電圧動作点(voppt)を基準電 圧として使用し、信号を変換する。(フィードバックのAおよびD変換)。この 信号はルックアップテーブルの使用にょシ直義化される)。オフセット値(加減 カウンタ)は適正方向にインクリメント/デクリメントされ、ついで電圧動作点 値に加/減される。この方法は、振動を全々またはほとんどない調節を可能なら しめる。加えて飄サンプルカウンタを容易に合体することができる。これは、特 定のモータに対して較正されるべき電圧修正値の更新を可能にする。
正しいPWM値が一度決定されると、デユーティサイクルの実際の時間値が、ル ックアップテーブルから得られ、タイマ割込みへンドラに対してプリステージさ れる。
同様に、周波数動作点によシ指示される選択された出力周波数で、ルックアップ テーブルに指標づけが行なわれ、周波数タイマに6倍の動作周波数に対する正し い計数値がロードされる。
割込は、ループに1回目のパスが行なわれるまでその動作が可能化されない。こ れは、予めステージされた値が、活動を中断する前に計算され記憶されることを 可能にする。
ストップボタン(装置カニ動作中はスタートボタン)がメインループ中いつも試 験され、もしそれが選択され−は装置は停止される(ドライバに対するすべての 制御出力はターンオフとなシ、割込みは不能化される)。
1m秒PWMサイクルのタイミングは、タイマによ)維持され、痢込みハンドラ と同様速度に対して最適化される。1m秒の襖込みが発生したとき、アルゴリズ ムにニジ、適正なドライバがドライバシーケンスパターンでターンオフされる。
この1m秒タイムソースはまた、加速/減速タイミングおよび主ループ制御に対 して内部時間基準として使用される。割込み同期フラグは、1m秒の発生の摩バ ックグラウンドタスクおよび割込みハンドラによシトグル式に切り蓄えられる。
ルーチンは、電圧タイマにも、計算されバックグラウンドによ)プリステージさ れたPWMデユーティサイクル計FA値をロードする。
電圧タイマガニ一度タイムアウトされると、ドライ/くは適正なパターンでター ンオンされ、さらに1m秒基準までタイマの割込みは無視される。
周波数制御割込みハンドラ フローチャートG 周波数割合はステップ式に進行し、6ステツプ波形に必要なドライバパターンを 選択する。波形は、順または逆方同に進むことができる。方向指示はやはシ静的 とし得る。すなわち、装置がスタートしたときに一度だけ決定される。ダイナミ ックな方向変化としては、モータの0速度への減速、方向の切替え、ついで先行 の動作速度への加速が含まれる。6ステツプの波形シーケンスが開化せしめられ ると、相補的な1対の位相ドライバがシュートする危険を有する(短い期間の間 両トランジスタがオンとなる)。割込みハンドラは、遡轟な時間量遅延して(具 なるトランジスタに対してプログラム設定し得る)、この状Mf避け、一方のト ランジスタがターンオンする前に他方のトランジスタがターンオフすることを補 償する。
電子的故障保護@置(実施) 電子的故障保該割込みは、案際にはマイクロプロセッサリセットラインを賦活し 、システムリセットtX起させる。イニシャライズルーチンで、先行の活動状態 を検出し、E ”A所の特定の場所における数箇の特定の僅についてチェックす る。この検出で、先行の層歴に起因して装kが何スタートする方法を変更するア ルゴリズムを開発することが可能となる。例えば、装置は、厳しい問題が指示さ れるまでに3度再スタートすることができる。
浄書(内容;こ変更なし) ROUTINE 浄書(内容に変更なし) ノインハ゛ンク7゛ラランド°ノムーフ”浄書(内容に変更なし) 浄書(内容に変更なし) 浄書(内容に変更なし) 手続補正書C方式) 昭和62年貫月へ意日 特許庁長官 黒 1)明 雄 殿 補正をする者 事件との関係 ・ 特詳出願人 名称ザイクロン システムズ、インコーポレイテッド

Claims (29)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ACモータに対してAC出力を発生する第1の手段と、該モータに供給さ れる周波数を制御する第2の手段と、該周波数にて前記モータに供給される電圧 を制御し特徴づける第3の手段と、前記モータのトルクおよび馬力を制御する第 4の手段とを備えるマイクロブロセツサ制御多相ACモータコントローラ。
  2. (2)単相、3相またはDC電力入力で動作する請求の範囲第1項記載のマイク ロブロセツサ制御多相インバータ。
  3. (3)高周波数の印加により前記モータをその公称速度以上に過速し得る請求の 範囲第1項記載のマイクロブロセツサ制御多相インバータ。
  4. (4)予定されソフトウェアで制御される(直線的または非直線的)出力ボルト /ヘルツ特性を有することができる請求の範囲第1項記載のマイクロブロセツサ 制御多相インバータ。
  5. (5)前記モータ負荷およびラインの電力条件の変化を修正し、ソフトウエアで 成形される電圧フィードバツクを存ずる請求の範囲第1項記載のマイクロブロセ ツサ制御多相インバータ。
  6. (6)前記コントローラを外側のソースから動作せしめる直列の通信ボートを有 する請求の範囲第1項記載のマイクロブロセツサ制御多相インバータ。
  7. (7)負のベース駆動信号を利用する3つの正のスイツチング装置上にPNP/ NPNダーリントントランジスタを有する請求の範囲第1項記載のマイクロブロ セツサ制御多相インバータ。
  8. (8)小馬力から高馬力までのどのようなモータにも適用し得る請求の範囲第1 項記載のマイクロブロセツサ制御多相インバータ。
  9. (9)単相モータを作動し得る請求の範囲第1項記載のマイクロブロセツサ制御 多相インバータ。
  10. (10)前記出力周波数が、ソフトウエアによりプログラム可能であり、ブリセ ツトされる請求の範囲第1項記載のマイクロブロセツサ制御多相インバータ。
  11. (11)出力電圧がソフトウエアでプログラム可能であり、該出力で出力ボルト /ヘルツ特性を予定する請求の範囲第10項記載のマイクロブロセツサ制御多相 インバータ。
  12. (12)出力ブースト特性が限定でき、予めプログラム可能であり、使用者によ り選択可能である請求の範囲第10項記載のマイクロブロセツサ制御多相インバ ータ。
  13. (13)加速および減速率が限定でき、予めプログラムされ、使用者により調節 可能である請求の範囲第10項記載のマイクロブロセツサ制御多相インバータ。
  14. (14)前記ACモータを動的に制動する能力が予定され、予めプログラムされ 、減速率により制御され、これにより一定のブレーキトルクを維持する請求の範 囲第10項記載のマイクロブロセツサ制御多相インバータ。
  15. (15)予定され、予めプログラムされ、使用者により調節可能なトルク限界を 有し、これにより所与の負荷条件に対して前記モータ動作速度を低下させる請求 の範囲第10項記載のマイクロブロセツサ制御多相インバータ。
  16. (16)実施される閉鎖ルーブ電圧調節アルゴリズムが、アナログ入力電圧フィ ードバツク信号を修正し、直線化し、それにより(1)必要なハードウエアを減 じ、(2)種々の非直線フィードバツク信号に容易に適合し得る請求の範囲第1 0項記載のマイクロブロセツサ制御多相インバータ。
  17. (17)前記アルゴリズムが、プログラム可能な利得領域を有するプログラム可 能なローバスディジタルフィルタを追加のルーブ安定性のために合体することを 可能にする請求の範囲第16項記載のマイクロブロセツサ制御多相インバータ。
  18. (18)出力電圧がソフトウエアによりプログラム可能であり、該出力電圧で出 力ボルト/ヘルツ特性を予定する請求の範囲第10項記載のマイクロブロセツサ 制御多相インバータ。
  19. (19)出力ブースト特性が限定でき、予めプログラムされ、使用者により選択 可能な請求の範囲第1項記載のマイクロブロセツサ制御多相インバータ。
  20. (20)加速および減速率が限定でき、予めプログラムされ、使用者により調節 可能である請求の範囲第1項記載のマイクロブロセツサ制御多相インバータ。
  21. (21)前記ACモータを動的に制動する能力が、予定され、予めプログラムさ れ、減速率により制御され、これにより一定のブレーキトルクを維持する請求の 範囲第1項記載のマイクロブロセツサ制御インバータ。
  22. (22)予定され、予めプログラムされ、使用者により調節可能なトルク限界を 有し、これにより所与の負荷条件に対して前記モータ動作速度を低下させる請求 の範囲第1項記載のマイクロブロセツサ制御多相インバータ。
  23. (23)実行される閉鎖ルーブ電圧調節アルゴリズムが、アナログ入力電圧フィ ードバツク信号を修正し、直線化する能力を有し、それにより(1)必要なハー ドウエアを減じ、(2)種々の非直線フィードバツク信号に容易に通合し得る請 求の範囲第1項記載のマイクロブロセツサ制御多相インバータ。
  24. (24)前記モータの使用者による順方向/逆方向の選択を自動的に可能ならし める請求の範囲第1項記載のマイクロブロセツサ制御多相インバータ。
  25. (25)前記直列ボートを介して外部制御装置で制御でき、かつ該装置と通信し 得る請求の範囲第1項記載のマイクロブロセツサ制御多相インバータ。
  26. (26)保護回路および感知位置で、相対相および相対接地間の短路に対する保 護を提供する請求の範囲第1項記載のマイクロブロセツサ制御多相インバータ。
  27. (27)識別された故障状態をラツチし、出力スイツチング装置に対するすべて のべス駆動電圧を即座にかつ直接的に除去する手段を備える請求の範囲第26項 記載のマイクロブロセツサ制御多相インバータ。
  28. (28)簡単な非磁性的な電圧的フィードバツク信号手段を有する請求の範囲第 1項記載のマイクロブロセツサ制御多相インバータ。
  29. (29)識別された故障状態をラツチし、出力スイツチング装置に対するすべて のベース駆動電圧を即座にかつ直接的に除去する手段を備える請求の範囲第1項 記載のマイクロブロセツサ制御多相インバータ。
JP50520085A 1984-11-13 1985-11-12 マイクロプロセツサ速度コントロ−ラ Pending JPS62501953A (ja)

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