KR20000071650A - 회전기의 조정방법 및 회전기용 전력공급 회로 - Google Patents

Abstract

기준값에 대한 전자기 토크를 서보-제어하는 조정기에 의해서 전달된 제어전압을 입력으로서 수신하는 전압 인버터에 의해서 전력이 공급되는 회전기의 조정방법에 있어서, 상기 조정기는 이후 샘플링 순간에서의 토크값을 예상하고 그에 따라서 제어전압을 변화시키기 위해서 입력으로서 상기 기준값 및 상기 회전기의 토크를 나타내는 적어도 하나의 샘플링된 신호를 수신하고 각 샘플링 순간에 진행한다. 토크의 서보-제어는 제어전압이 없을 때의 시스템의 자유편차에 대응하는 제1항의 형태 및 제어신호의 작용하에서의 상기 시스템의 변화에 대응하는 하나의 항의 형태로, 두 개의 샘플링 순간 사이에 토크편차를 설정하기 위해서 회전기 및 인버터를 포함하는 시스템의 개별적인 모델을 먼저 계산하는 단계와, 전자기 토크가 토크의 자유편차에 대응하는 값에서 기준값으로 변화시키는 방식으로 제어전압을 변화시키는 단계를 포함한다.

Description

회전기의 조정방법 및 회전기용 전력공급 회로{A METHOD OF REGULATING A ROTARY MACHINE, AND POWER SUPPLY CIRCUIT FOR SUCH A MACHINE}

본 발명은 회전기, 특히 비동기식 회전기를 조정하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 회전기의 전력공급 회로에 관한 것이다.

더욱 상세히 말하면, 본 발명은 회전기의 전자기 토크를 서보-제어할 수 있고, 부수적으로 기준값에 대응하는 그것의 자속(회전자 또는 고정자 자속)을 서보-제어할 수 있는 조정방법에 관한 것이다.

비동기식 회전기의 속도는 일반적으로 회전기의 전자기 토크를 조정함으로써 제어된다.

이러한 목적으로, 비동기식 회전기에는 일반적으로 입력값으로서 상기 전자기 토크에 대한 기준값을 수신하는 조정기가 상기 회전기의 전자기 토크를 나타내며 상기 고정자 전류의 계측으로부터 유도된 하나 이상의 샘플링된 신호와 함께 제공된다.

상기 회전기의 전자기 토크를 상기 기준 토크값에서 서보-제어하기 위해서, 조정기는 각 샘플링 순간마다 이후 샘플링 순간에서의 토크값을 예상하고, 이에 따라서 제어전압을 변화시킨다.

대부분 산업상 적용에서의 주요한 관심사 중 하나는 이러한 조정기의 다이나믹 퍼포먼스를 증가시키는 것으로, 특히 상기 토크의 다이나믹 레인지를 증가시키는 것이다.

이러한 시스템이 그 토크에 대하여 우수한 다이나믹 레인지를 갖게 하기 위해서는, 그렇지 않을 경우 보상이 불량하게 수행되고 퍼포먼스가 떨어지기 때문에 얻고자 하는 다이나믹 레인지에 비하여 인버터의 초퍼 주파수가 클 필요가 있다. 특히, 인버터 및 모터의 효율이 감소하게 되어 필요없는 손실이 증가한다.

이러한 문제에 대한 하나의 해결책은 시스템에 손실이 적은 전기적 소자를 제공하는 것이다. 그러나, 이것만으로는 상기 회전기의 전력공급 회로의 비용을 상당히 증가시키기 때문에 이러한 해결책은 만족스럽지 못하다.

본 발명의 목적은 상술한 단점을 경감시키는 것이다.

따라서, 본 발명은 회전기의 전자기 토크를 토크 기준값으로 서보-제어하기 위한 목적으로 조정기-조정기는 입력으로서 상기 기준값 및 회전기의 전자기 토크를 나타내는 적어도 하나의 샘플링된 신호를 수신함-에 의해서 전달된 개별적인 제어전압을 입력으로서 수신하는 전압 인버터에 의해서 전력이 공급되는 회전기를 조정하는 방법을 제공하는데, 다음의 샘플링 순간에서의 토크값을 예상하고 그에 따라서 제어전압을 변화시키기 위해서 각 샘플링 순간에 선행시키며, 전자기 토크의 서보-제어는 아래의 단계, 즉

제어전압이 없을 때의 상기 샘플링 순간에 대응하는 상태에서 상기 시스템의 자유편차에 대응하는 제1항의 형태 및 상기 제어신호의 작용하에서의 상기 시스템의 변화에 대응하는 하나의 항의 형태인 두 개의 샘플링 순간 사이에서 전자기 토크의 변화를 만들어내기 위해서 상기 회전기 및 인버터를 포함하는 시스템의 개별적인 모델을 먼저 계산하는 단계; 및

상기 회전기의 전자기 토크가 상기 토크의 자유편차에 대응하는 값으로부터 상기 토크 기준값을 지향하며 변화하게 하는 방식으로 상기 제어전압을 변형하는 단계를 포함한다.

따라서, 다이나믹 퍼포먼스의 향상은 향상된 조정기의 사용에 기인하는 것으로, 이것은 보다 고성능인 전기소자를 제공하는 것보다 비용이 저렴하다.

본 발명의 조정방법은 또한 독립적으로 또는 임의의 기술적으로 실현가능한 조합을 고려하여 아래의 특성을 하나 이상 포함하기도 한다:

- 기준값으로 토크를 서보-제어하는 동안에, 회전기의 자속은 자속이 자속의 자유편차에 대응하는 값에서 기준값으로 변화하게 하는 방식으로 제어전압을 활성화시킴으로써 조정기에 입력으로서 수신되는 기준 플럭스값으로 서보-제어되는 것;

- 제어전압은 기준 토크값 및 기준 플럭스값을 이후 샘플링 순간에서 얻기 위한 방식으로 각 샘플링 순간에 변형되는 것;

- 시스템을 모델링하는 단계는 시스템의 다음과 같은 상태 방정식,

을 분산하는 것으로 이루어지고:

여기서:

X 및 Y는 각각 회전기의 상태 벡터 및 출력 벡터를 나타내고;

[A(ω)]는 회전기의 속도 ω의 함수로서 변화하는 회전기의 상태 행렬을 나타내고;

[B]는 시스템의 입력 행렬을 나타내고;

h는 시스템의 출력 함수를 나타내고;

V_ref는 제어전압을 나타내고;

샘플링 주기동안 변화 및 이후 샘플링 순간 사이에서 얻어지는 토크편차 및 플럭스 변화를 나타내는 ΔC 및 ΔФ 특성을 아래의 방정식,

및

으로 정의되는 시스템의 개별적인 모델에 기초하여 생성하되;

여기서:

여기서, a, b, c 및 d는 시스템의 분산 입력 행렬의 계수를 나타내고,은 샘플링 주기 동안 고정자 전류 벡터의 예상 자유편차를 나타내고,은 샘플링 주기 동안 회전기의 자속 벡터의 예상 자유편차를 나타내며,은 제어전압의 계수 제곱값을 나타내고;

조정기는 상기 토크편차 ΔC 및 플럭스 변화 ΔФ를 얻기 위해서 인버터의 입력으로 인가될 제어전압 값을 결정하는 방식으로 구현되는 것; 및

- 인버터의 입력으로 인가되는 제어전압은 토크편차 및 플럭스 변화를 나타내는 특성을 정의하는 방정식을 만족하는 기준전압으로부터 선택된 최소 전력에 대응하는 전압에 의해서 구성되는 것.

본 발명은 또한, 전력공급 전압에 의해 전력이 공급되는 전압 인버터와, 조정기를 포함하는 회전기용 전력공급 회로에 있어서, 조정기는 전자기 토크 기준값 및 회전기의 전자기 토크를 나타내는 적어도 하나의 샘플링된 신호를 입력으로서 수신하고, 각 샘플링 순간에 다음의 샘플링 순간에서의 전자기 토크값을 예상하고 그에 따라서 제어전압을 수정함으로써, 회전기의 전자기 토크를 토크 기준값으로 서보-제어하는데 적합한 제어전압을 상기 인버터에 전달하되, 조정기는 메모리에 저장되고 회전기에 의해 구성된 시스템의 개별적인 모델을 포함하고, 인버터는 두 개의 샘플링 순간 간에 제어전압이 없을때의 상기 시스템의 자유편차에 대응하는 항, 및 상기 제어신호의 작용하에서의 상기 시스템의 편차에 대응하는 항의 형태이고, 전자기 토크가 토크의 자유편차에 대응하는 값에서 기준 토크값으로 변화하도록 되어 있는 제어전압을 생성하기 위한 수단을 더 포함하는 회전기용 전력공급 회로를 제공한다.

바람직하게는, 조정기가 입력으로서 자속 기준값 및 회전기의 자속값을 나타내는 샘플링된 신호를 수신하고, 회전기의 자속을 자속의 자유편차에 대응하는 값에서 기준 플럭스 값으로 변화시키는데 적합한 제어전압을 발생하기 위한 수단을 포함한다.

바람직하게는, 제어전압을 생성시키는 수단은 이후 샘플링 순간에서의 기준 토크 및 플럭스 값을 얻는 방식으로 각 샘플링 순간에 상기 제어전압을 생성하기에 적합한 것이다.

다른 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 순수하게 예시의 방법으로 주어지는 이하의 설명을 보면 나타날 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 회전기용 전력공급 회로의 구조를 나타내는 블럭도;

도 2는 제어전압이 결정되는 방법을 나타내는 그래프;

도 3은 제어전압이 저속에서 정의되는 근사치를 이용하여 결정될 수 있게 하는 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 설명>

10 : 전력공급 회로

12 : 회전기

14 : 전압 인버터

16 : 조정기

18 : 관측기

20 : 제1단

22 : 제2단

24, 26 : 비교기

도 1은 회전기(12)용 전력공급 회로(10)를 나타낸다.

본 도면에서, 회전기(12)는 전기적 레일 장치, 로봇, 또는 기계적 도구의 견인모터에 의해 구성되는 3상 모터로서 표현된다.

종래의 방법에서, 전력공급 회로(10)는 모터(12)에 교류전압을 인가하는 전압 인버터(14)를 포함하는데, 이 인버터(14)는 레일 필드에서 적용하기 위해서 대략 1500 V 내지 3000 V의 전압인 DC 전압원에 접속된다.

회전기(12)가 비록 연속적이고 선형적인 시스템으로서 고려될 수 있지만, 인버터(14)는 분산적이고 비선형적인 시스템을 구성한다는 것을 알 수 있을 것이다.

인버터(14)는 조정기(16)에 의해서 제어된다. 조정기(16)는 인버터(14)에 제어전압 V_ref을 공급하는데, 이 제어전압은 전자기 토크를 서보-제어하는 방법으로, 부수적으로는 각각 취득되는 전자기 토크 및 자속 값들에 대응하는 전자기 토크 C^*및 자속에 대한 기준값 대 회전기(12)의 자속을 서보-제어하는 방법으로 생성된다.

도 1에 도시되듯이, 조정기(16)는 또한 각각 회전기(12)의 고정자 전류 벡터, 자속 벡터, 및 회전자 각속도에 대응하는 하나 이상의 샘플링된 신호를 입력으로서 수신하고, 이러한 신호에 의해서 각각 고정자 위상 전류 및 회전기(12)에 부착된 적절한 센서에 의해서 도달된 회전자의 각속도를 계측하는 신호에 대응하는 연속적으로 계측된 신호 I_s1(t), I_s2(t), 및 ω(t)에 기초하여 관측기(18)에 의해서 생성되는 회전기의 전자기 토크를 나타낸다.

종래의 방법에서는, 입력으로서 수신된 기준값 C^*및에 따라서 회전기(12)의 전자기 토크 및 자속을 서보-제어하기 위해서, 조정기(16)는 각 샘플링 순간에 메모리에 저장된 소프트웨어 수단을 이용하여 이후 샘플링 순간에 대한 전자기 토크 및 회전자 플럭스 값들을 예상하고, 기준값에 의해서 설정된 토크 및 플럭스 값을 얻기 위해서 상기 예상에 따라서 제어전압 V_ref를 변경한다.

바람직하게는 조정기(16)가 "스팟-온(spot-on) 응답"형, 즉 이후 샘플링 순간에서 기준값들을 얻기 위한 방법으로 제어전압 V_ref를 변화시키는 조정기로 구성된다.

이러한 목적으로, 조정기(16)는 시스템이 두 개의 샘플링 순간 사이에 어떻게 변화하는가를 계산하기 위해서 회전기(12) 및 인버터(14)로 구성되는 시스템의 개별적인 모델이 저장된 메모리를 갖는 제1단(20), 및 상기 제1단에 의해서 예상되는 시스템 변화의 함수 및 제2단으로 입력되는 기준신호 C^*및의 함수로서 인버터(14)에 입력되는 제어전압 V_ref을 계산하기 위한 제2단(22)을 구비한다.

이하의 설명에서는, 회전기(12) 및 인버터(14)로 구성되는 시스템의 개별적인 모델을 계산하는 방법이 먼저 설명되고, 그 후 제어전압 V_ref를 계산하는 방법이 설명된다.

상술한 바와 같이, 회전기(12)는 시간내에 정의되는 연속적인 대수 및 미분 시스템으로 구성되는 반면에, 전압 인버터(14)는 비선형적인 시스템으로 구성된다.

상기 인버터 및 회전기로 구성된 시스템은 아래의 상태 방정식으로 정의될 수 있다:

여기서,

X 및는 각각 회전기의 상태 벡터 및 상태 벡터의 미분을 나타내고, 이것은 회전기의 고정자 전류의 계측된 성분 및 고정자에 대하여 고정된 2차원 α및 β를 갖는 기준의 프레임에 표현되는 회전기의 자속성분에 의해서 정의되고, 여기서 X는 아래와 같이 회전자 플럭스에 의해서 표현되는 회전기의 자기적 상태를 나타낸다:

[A]는 회전기의 속도 ω의 함수로서 변화하는 회전기의 상태 행렬을 나타내며, 아래와 같다:

[B]는 시스템의 입력 행렬을 나타내고, 아래와 같다:

V_ref는 고정자에 대하여 고정된 기준 α및 β의 2차원 프레임으로 표현되고, 아래와 같은 성분을 갖는다:

h는 시스템의 출력 함수를 나타내고:

이며;

이다.

Rs는 고정자의 저항을 나타내고, Rr은 회전자의 저항이고, Lm은 상호 인덕턴스를 나타내고, Ls는 고정자의 인덕턴스를 나타내며, Lr은 회전자의 인덕턴스이다.

이와 유사하게, 출력 벡터 Y는 그 성분으로서, 회전자 플럭스 및 전자기 토크를 가지며, 이것은 상술한 수학식(2)를 적용하여 아래와 같이 정의된다:

이고, 여기서 p는 폴쌍의 수이다.

위의 제어전압 V_ref는 두 샘플링 기간 사이에서 일정한 것으로서 고려될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 이러한 상황에서, 조정기(16)의 제1단(20)은 아래의 방정식에 기초하여 상술한 상태 방정식 분산으로 진행한다:

여기서:

, 이고

로서:

X_k+1은 (k+1)T 에서의 분산 상태 벡터를 나타내고;

X_k및 V_ref는 각각 kT 에서 시스템의 상태 벡터 및 제어전압을 나타내고;

I는 식별 행렬을 나타내고;

[F(ω_k)]는 분산 상태 행렬을 나타내고;

[G]는 분산 입력 행렬을 나타내며;

h는 분산 출력 함수를 나타낸다.

시스템이 분산될 수 있게 하는 위의 수학식(3) 및 (4)는 또한 상술한 바와 같이 인버터가 일 샘플링 주기동안 일정한 평균 전압을 전달하기만 하면 인버터의 분산 특성을 고려한다.

비록 인버터는 일 샘플링 주기동안 그 평균값이 일정한 전압을 전달하지만, 인버터의 초퍼 주파수는 본질적으로 샘플링 주파수보다 높을 수 있다. 따라서, 인버터에 의해서 전달된 전압은 회전기(12)의 토크 및 플럭스를 조정될 수 있도록 하지만, 즉 각 샘플링 주기동안 인버터에 의해서 전달된 전압의 주파수 및 간격을 활성화할 수 있는 반면에, 결코 일정한 평균값을 유지할 수가 없으므로, 예를 들어 샘플링 주기에 걸친 고조파 내용에 대한 요구에 만족할 수가 없다.

상태 벡터의 성분들은 예상된 고정자 전류 벡터 및 예상된 회전기의 회전자 플럭스 벡터로, 회전자에 대하여 고정된 2차원을 갖는 기준 프레임에서 나타나고 아래의 식으로 표현된다.

즉:

여기서:

,

,

,

따라서, (k+1)T에서 예상 고정자 전류 벡터값 및 예상 회전자 플럭스 벡터값을 갖고 조정기(16)의 제1단(20)에 의해서 예상된 상태 벡터는, 제어전압을 전혀 인가하지 않은 두 샘플링 순간 사이에 자유롭게 변화하는 시스템에 대응하여, 인버터(14)에 인가될 제어전압 V_ref에만 의존하는 제1항 및 개시 순간인 kT에만 의존하는 제2항을 갖는다.

이러한 상황에서, 예상 고정자 전류 및 회전자 플럭스는 아래의 식으로 표현될 수 있다:

여기서,및은 각각 kT에서 시작하는 두 샘플링 주기 사이의 고정자 전류의 자유편차 및 회전자 플럭스의 자유편차를 나타낸다.

미리 이해될 수 있듯이, 상술한 방정식은 회전기의 속도가 일정하고 이러한 파라미터가 천천히 변화한다는 가정하에 인버터(14)를 제어하는 제어전압 V_ref및 kT에서의 시스템 상태에 기초하여 (k+1)T에서 시스템의 상태를 예상할 수 있게 한다.

그러나, (k+1)T에서의 고정자 전류값 및 회전자 플럭스값을 정의하는 이러한 방정식이 직접 전자기 토크 및 회전자 플럭스를 설정된 기준값으로 서보-제어할 수 있게 하지는 않는다.

그럼에도 불구하고, 이러한 관계는 제1단(20)이 아래의 방정식을 이용하여 이후 샘플링 순간에서 전자기 토크값에 대응하는 예상 토크값 C_k+1을 계산할 수 있게 한다:

여기서, K는 회전기(12)의 파라미터에만 의존하는 항을 나타낸다.

이와 유사하게, 예상 회전자 플럭스의 계수는 아래의 방정식을 만족한다:

위 수학식(8) 및 수학식(9)에서 전류 및 플럭스에 대한 예상 크기를 대체하면, 아래의 식이 얻어진다:

여기서:

그리고, 이와 유사하게 예상 회전자 플럭스의 계수는 아래의 식을 만족한다:

회전기(12) 및 전압 인버터(14)로 구성된 시스템의 모델에 기초하여 조정기(16)의 제1단(20)에 저장된 바와 같이 조정기는 각 샘플링 순간 kT에 이후 순간 (k+1)T에서 회전기(12)의 전자기 토크 및 회전자 플럭스의 값을 예상할 수 있는 위치에 있다는 것이 이해될 것이다.

이러한 예상값및은 kT에서의 전자기 토크값 및 회전자 플럭스값으로부터 자유롭게 변화하는 시스템에 대응하는 각각의 제1항및을 포함하고, 제어전압 V_ref이 없는 경우에는 전압 인버터(14)의 입력에 인가되는 제어전압 V_ref에 의존하는 각각의 제2항을 더한다.

회전기(12) 및 인버터(14)의 특성이 정확히 알려지기만 하면 자유편차및이 비교적 정확하게 결정될 수 있다는 것이 관측될 것이다.

이러한 상황하에서, 대응 기준값으로 전자기 토크 및 플럭스를 서보-제어하기 위해서는, 전자기 토크 및 회전자 플럭스가 토크의 자유편차 및 플럭스의 자유편차에 대응하는 값들로부터 앞으로 얻어질 기준값들로 변화하게 하는 방식으로, 단지 모터(12)의 동작특성을 변형시키는 제어전압 V_ref를 생성시키키는 것이 적절하다.

환언하면, 상술한 수학식(10) 및 수학식(11)을 만족하는 제어전압 V_ref를 결정하는 것이 적절하다.

특히, 아래의 식을 만족하는 제어전압 V_ref를 결정하는 것이 더욱 적절하다.

여기서,이고,

,

또는 2차원 프레임의 기준 α, β로 개선된 형태이다:

도 1에 도시되듯이, 이러한 계산을 수행하기 위해서. 조정기(16)의 제2계산단(22)은 분산형태 G(ω_k)의 입력 행렬과 함께 제1단(20)으로부터 회전기의 고정자 전류 자유편차에 대한 값 및 회전자 플럭스 자유편차에 대한 값 모두를 수신한다.

미리 이해될 수 있듯이, 아래의 경우:

및

아래의 식이 얻어진다:

이와 유사하게:

, 및

상술한 수학식(15)를 이용하여, 아래의 식이 얻어진다:

따라서, 도 2에 도시되듯이, 수학식(14) 및 수학식(15)의 시스템 솔루션을 구성하는 정확한 개별적인 제어전압 V_ref는 상술한 수학식(16) 및 수학식(17)에 대응하는 두 개의 원, 즉 중심이이고 반경이인 제1원과 중심이이고 반경이인 제2원을 삽입함으로써 구성된다.

원 C1 및 C2의 중심 M₁및 M₂는 각각 자유편차 궤도및를 따라서 이동한다는 것이 관측될 것이다.

원 C1 및 C2가 두 개의 다른 지점및에서 교차할 때, 제2계산단(22)은 전력 최소화에 대응하는 기준 전압을 선택한다.

분산 입력 행렬 [G]의 계수 c 및 d가 전력 3 이상에 대한 각속도 ω 및 샘플링 주기 T에 의존한다는 것도 관측될 것이다. 결과적으로, 저속의 각속도 ω에서 샘플링 주기 T가 일반적으로 작기만 하면, 이러한 계수들은 무시될 수 있다. 이러한 상황하에서, 상술한 수학식(14)은 아래와 같이 된다:

따라서, 이러한 상황하에서, 인버터(14)의 입력에 인가될 제어전압 Vref는 상술한 수학식(17)에 대응하는 원 C2와 수학식(18)에 대응하는 직선의 교차점으로 구성된다.

다른 근사치에서는, 분산 입력 행렬 [G]가 2보다 작지 않은 차수의 샘플링 주기에 의존하기만 하면 b²항이 무시될 수 있다.

따라서, 먼저 근사치를 유지하면, 즉 c 및 d가 제로이면 수학식(15)는 다음과 같이 된다:

이 경우에, 도 3에 도시된 바와 같이 이러한 근사치를 사용하면, 상기 수학식(18) 및 수학식(19)을 만족하는 제어전압은, 고정자에 대하여 고정된 프레임 기준에 기준전압의 성분 (수식) 및 (수식)의 함수로서 두 개의 샘플링 주기 사이에서 소망하는 전자기 토크 및 회전자 플럭스를 인가하기 위해서 인가될 제어전압을 제공하는 두 개의 직선 D1 및 D2의 교차점에 대응한다.

도 3에서, 점선은 정확한 솔루션, 즉 b2, c 및 d 항을 무시하지 않고 얻어진 두 개의 원 C'1 및 C'2(D2와 일치함)의 교차점을 나타낸다.

제어전압 Vref를 계산하기 위한 근사치는 저속 영역에 걸쳐 이 전압에 거의 아무런 변화를 발생시키지 않는다는 것을 알 수 있다.

또 다른 근사치는 4 보다 작지 않은 차수에 의해서 샘플링 주기에 의존하는 항 (ad+bc) 및 (b²+d²) 만을 무시하여 이루어진다.

이러한 근사치는 고속에서 유효하다.

이러한 상황하에서, 수학식(15)은 다음과 같이 된다:

수학식(18) 및 수학식(20) 등을 만족하는 제어전압은 두 개의 직선의 교차점에 대응한다.

이상 설명한 바와 같이 회전기(12) 및 인버터(14)의 개별적인 모델이 그 메모리에 저장된 조정기를 사용하는 본 발명에 의하면, 적절한 계산 알고리즘에 의해서, 첫째, 두 개의 샘플링 주기 사이에서 토크 및 플럭스의 자유편차에 부가될 필요가 있는 토크값 및 플럭스값을 계산할 수 있고, 둘째, 설정 기준값을 얻는 방식으로 인버터를 제어하는 제어전압 V_ref를 생성할 수 있다.

실제로 도 1에 도시된 바와 같이, 제1단은 대응 기준값으로부터 감산되는 각각의 자유편차 값을 비교기(24, 26) 반전단자에 공급하고, 제2단은 이러한 비교기들로부터의 출력에 응답하여 제어전압 V_ref를 생성한다.

Claims (8)

1. 회전기의 전자기 토크를 토크 기준값으로 서보-제어하기 위하여, 조정기 - 상기 조정기는 상기 기준값 및 상기 회전기의 전자기 토크를 나타내는 적어도 하나의 샘플링된 신호를 입력으로서 수신함- 에 의해서 전달된 개별적인 제어전압을 입력으로서 수신하는 전압 인버터에 의해 전력이 공급되는 회전기를 조정하고, 다음의 샘플링 순간에서의 토크값을 예상하고 그에 따라서 상기 제어전압을 변화시키기 위해서 각 샘플링 순간에 선행시키는 방법에 있어서,

   상기 전자기 토크의 서보-제어는

   제어전압이 없을 때의 상기 샘플링 순간에 대응하는 상태로부터 상기 시스템의 자유편차에 대응하는 제1항의 형태 및 상기 제어신호의 작용하에서의 상기 시스템의 편차에 대응하는 하나의 항의 형태로, 두 개의 샘플링 순간 간에 전자기 토크의 편차를 수립하기 위해서 상기 회전기 및 인버터를 포함하는 시스템의 개별적인 모델을 먼저 계산하는 단계; 및

   상기 회전기의 전자기 토크가 상기 토크의 자유편차에 대응하는 값에서 상기 토크 기준값을 향해 변화하게 하는 방식으로 상기 제어전압을 수정하는 단계

   를 포함하는 회전기의 조정방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 기준값으로 상기 토크를 서보-제어하는 동안에, 상기 회전기의 자속은 상기 자속이 상기 자속의 자유편차에 대응하는 값에서 상기 기준값으로 변화하게 하는 방식으로 상기 제어전압을 활성화시킴으로써 상기 조정기에 입력으로서 수신되는 기준 플럭스값으로 서보-제어되는 회전기의 조정방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 제어전압은 상기 기준 토크값 및 상기 기준 플럭스값을 다음의 샘플링 순간에서 얻는 방식으로 각 샘플링 순간에 수정되는 회전기의 조정방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 시스템을 모델링하는 단계는 상기 시스템의 다음과 같은 상태 방정식

   을 분산하는 것으로 이루어지고:

   여기서:

   X 및 Y는 각각 상기 회전기의 상태 벡터 및 출력 벡터를 나타내고;

   [A(ω)]는 상기 회전기의 속도 ω의 함수로서 변화하는 상기 회전기의 상태 행렬을 나타내고;

   [B]는 상기 시스템의 입력 행렬을 나타내고;

   h는 상기 시스템의 출력 함수를 나타내고;

   V_ref는 상기 제어전압을 나타내고;

   상기 샘플링 주기동안 변화 및 이후 샘플링 순간 사이에서 얻어지는 토크편차 및 플럭스 변화를 나타내는 ΔC 및 ΔФ 특성을 아래의 방정식,

   및

   으로 정의되는 시스템의 개별적인 모델에 기초하여 생성하되;

   여기서:

   여기서, a, b, c 및 d는 상기 시스템의 분산 입력 행렬의 계수를 나타내고,은 샘플링 주기 동안 상기 고정자 전류 벡터의 예상 자유편차를 나타내고,은 샘플링 주기 동안 상기 회전기의 자속 벡터의 예상 자유편차를 나타내며,은 상기 제어전압의 계수 제곱값을 나타내고;

   상기 조정기는 상기 토크편차 ΔC 및 플럭스 변화 ΔФ를 얻기 위해서 상기 인버터의 입력으로 인가될 제어전압 값을 결정하는 방식으로 구현되는 회전기의 조정방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 인버터의 입력에 인가되는 제어전압은 상기 토크편차 및 플럭스 변화를 나타내는 특성을 정의하는 방정식을 만족하는 기준전압 중에서 선택된 최소 전력에 대응하는 전압에 의해서 구성되는 회전기의 조정방법.
6. 전력공급 전압에 의해 전력이 공급되는 전압 인버터와, 각 샘플링 순간에 다음의 샘플링 순간에서의 전자기 토크값을 예상하고 그에 따라서 제어전압을 수정함으로써, 전자기 토크 기준값 및 회전기의 전자기 토크를 나타내는 적어도 하나의 샘플링된 신호를 입력으로서 수신하고, 상기 회전기의 전자기 토크를 토크 기준값으로 서보-제어하는데 적합한 제어전압을 상기 인버터에 전달하는 조정기를 포함하는 회전기용 전력공급 회로에 있어서,

   상기 조정기는 메모리에 저장되고 상기 회전기에 의해 구성된 시스템의 개별적인 모델을 포함하고, 상기 인버터는 두 개의 샘플링 순간 간에, 제어전압이 없을 때의 상기 시스템의 자유편차에 대응하는 항, 및 상기 제어신호의 작용하에서의 상기 시스템의 편차에 대응하는 항의 형태이고,

   상기 회로는 상기 전자기 토크가 토크의 자유편차에 대응하는 값에서 기준 토크값으로 변화하도록 되어 있는 제어전압을 생성하기 위한 수단을 더 포함하는 회전기용 전력공급 회로.
7. 제6항에 있어서, 상기 조정기는

   입력으로서 자속 기준값 및 상기 회전기의 자속값을 나타내는 샘플링된 신호를 수신하고, 상기 회전기의 자속을 상기 자속의 자유편차에 대응하는 값에서 상기 기준 플럭스 값으로 변화시키는데 적합한 제어전압을 발생하기 위한 수단을 포함하는 회전기용 전력공급 회로.
8. 제7항에 있어서, 상기 제어전압을 발생하기 위한 수단은 다음의 샘플링 순간에서의 상기 기준 토크 및 플럭스 값을 얻는 방식으로 각 샘플링 순간에 상기 제어전압을 생성하기에 적합한 회전기용 전력공급 회로.