KR20200116082A - 병렬 작동 장치를 제어하기 위한 방법 및 제어 시스템 - Google Patents
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Abstract
장치-시스템은, 목표 값을 향하게 작동량을 구동하기 위한 병렬 작동 장치(105 내지 107); 및 목표 값과 작동량의 편차를 나타내는 장치-고유의 오차 신호의 시간 적분과 관련된 장치-고유의 적분 항에 적어도 부분적으로 기초하여, 각각의 장치를 제어하기 위한 제어 시스템을 포함한다. 제어 시스템은 안정화 시스템을 포함하며, 안정화 시스템은 장치-고유의 적분 항의 산술 평균을 계산하고, 계산된 산술 평균을 향하게 장치-고유의 적분 항을 보정한다. 장치-고유의 적분 항의 보정은, 장치-고유의 오차 신호 간에 차이가 있는 상황에서 장치-고유의 적분 항에서의 원치 않는 드리프트를 방지할 수 있게 한다. 장치는 서로에 대해 피어일 수 있으므로, 하나의 장치가 다른 장치로부터의 동작 없이 장치-시스템으로부터 제거될 수 있거나 장치-시스템에 추가될 수 있기 때문에, 중복성이 달성된다.
Description
본 개시물은 일반적으로 목표 값을 향하게 공통 작동량(operating quantity)을 구동하도록 구성된 병렬 작동 장치의 제어에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 개시물은 병렬 작동 장치를 제어하기 위한 제어 시스템 및 방법, 그리고 병렬 작동 장치의 제어를 안정화하기 위한 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.
많은 경우에, 목표 값을 향하게 공통 작동량을 구동하도록 구성된 병렬 작동 장치를 제어할 필요가 있다. 병렬 작동 장치는 예를 들어, 회전 속도가 서로에 대해 고정된 관계를 갖는 기계적으로 결합된 모터일 수 있지만, 반드시 그런 것은 아니다. 모터들 간의 기계적 결합 장치는 예를 들어, 모터의 샤프트를 함께 결합하도록 배치된 강성 결합기(rigid coupler), 주어진 기어비(gear ratio)로 모터의 샤프트를 함께 결합하도록 배치된 기어, 또는 모터의 샤프트 사이의 체인 또는 벨트일 수 있다. 모터는 레일 또는 지면을 통해 결합되는 휠에 연결될 수도 있다. 전술한 종류의 경우에, 전술한 공통 작동량은 예를 들어, 모터를 포함하는 차량의 속도, 또는 모터에 의해 구동되는 작동기의 회전 속도일 수 있다. 다른 실시예의 경우, 별도의 인버터에 의해 구동되는 다수의 권선을 갖는 전기 기계는, 기계적으로 연결된 다수의 전기 기계를 나타내는 것으로 볼 수 있다. 제어 관점에서, 각각의 개별 권선은 단일 전기 기계이며, 공통 회전자는 기계적 결합 장치를 이루고 있다. 추가적인 실시예의 경우, 병렬 작동 장치는 공통의 직류 전압 링크에 연결된 전력 변환기일 수 있다. 이러한 예시적인 경우에, 작동량은 공통의 직류 전압 링크의 직류 전압이다.
작동량(예를 들어, 속도)을 제어하기 위한 표준 방법은, 작동량의 측정된 또는 추정된 값을 기준 값으로부터 감산함으로써 오차 값을 형성하고, 비례 및 적분("PI") 제어기를 사용하여, 제어되는 장치의 작동 상태(예를 들어, 모터의 토크)를 오차 값을 감소시키는 방향으로 구동하는 것이다. 전술한 종류의 제어 원리는 예를 들어, 속도 제어되는 다수의 모터가 기계적으로 결합된 경우, 만족스럽게 작용하지 않는다. 그 이유는, 적분 동작으로 인해, PI 제어기가 제로 주파수에서 무한대의 이득을 갖기 때문이다. 따라서, 기계적으로 결합된 모터들을 제어하는 2개의 제어기가 모터들의 회전 속도를 약간 다르게 인식하는 경우, 아무리 작더라도, 이들은 오차를 보정하기 위한 모든 이용 가능한 제어력(여기서는, 토크)을 사용할 것이다. 결과적으로, 하나의 제어기는 회전 속도를 증가시키려고 시도하는 반면에, 다른 제어기는 회전 속도를 감소시키려고 시도하며, 둘 모두는 이들의 제어력을 최대한으로 늘릴 것이다. 이것은 목표 값으로 공통 작동량을 구동하도록 구성되는 예를 들어, 병렬 연결된 속도 제어된 모터와 같은, 병렬 작동 장치의 잘 알려진 문제점이다.
전술한 문제점을 완화하기 위한 통상적인 방법은 마스터-슬레이브(master-slave) 구성을 사용하는 것이다. 기계적으로 결합된 모터의 마스터-슬레이브 구성에서, 모터 중 하나는 마스터 장치로서 작용하며 속도 제어기를 구비하고, 다른 모터들은 슬레이브 장치로서 작용하며 토크 제어기를 구비한다. 마스터 장치에 의해 결정된 토크 기준은 예를 들어, 필드 버스(field bus)와 같은 소정의 통신 매체를 통해 슬레이브 장치에 통신된다. 슬레이브 장치는 토크 제어 모드로 구동되며, 마스터 장치에 의해 결정된 토크 기준을 충족시킨다. 그러나, 전술한 종류의 마스터-슬레이브 구성에 문제가 없는 것은 아니다. 장치들이 상이하게 구성되어야 하는데, 이들 중 하나는 마스터로서 구성되어야 하고, 다른 것들은 슬레이브들로서 구성되어야 한다. 이는 시운전 단계에 부담을 가중시키고, 특히 현장 서비스 운영 및 예비 부품 관리에 부담을 가중시킨다. 장치가 교체되거나 조정되어야 하는 경우, 직원들은 어떤 장치가 마스터이고 어떤 것들이 슬레이브인지를 인지해야 하며, 이에 따라 장치를 구성할 수 있어야 한다. 더 중요하게는, 많은 경우에, 시스템이 중복성(redundant)이어야 하므로, 장치 중 하나가 작동 불능이 되는 경우, 시스템은 감소된 전력으로 나머지 장치들로 계속 작동해야 한다. 이는 사람의 개입 없이, 그리고 가장 어려운 경우, 심지어 구동 부하의 속도 제어를 중단하지 않으면서, 마스터 역할을 동적으로 할당하는 요건을 야기한다. 동적인 역할-이동 요건은 시스템에 상당한 복잡성을 가중시켜서, 일반적으로 피하길 원한다.
병렬 작동 제어기의 전술한 문제점을 완화하기 위한 다른 통상적인 방법은, 제어기 출력으로부터 기준 신호로의 피드백인 드룹핑(drooping)이다. 드룹핑의 양은 예를 들어 5%일 수 있는 드룹핑 비율 파라미터로 설정되며, 이는 예를 들어, 토크일 수 있는 제어력이 이의 최대 값으로 증가하는 경우, 기준 값(예를 들어, 속도 기준)은 5% 포인트만큼 감소됨을 의미한다. 이는 장치들의 제어기들이 측정된 또는 추정된 작동량(예를 들어, 속도)의 차이를 인식할 수 있더라도, 병렬 연결된 장치들이 의견 일치를 이룰 수 있게 한다. 예를 들어, 속도 제어기가 속도 차이를 감지하는 경우, 토크를 증가시킴으로써 이를 보정하려고 시도한다. 그러나, 그렇게 되지 못하게 하는 병렬 연결된 구동기로 인해 실제 속도가 변경되는 않는 경우, 드룹핑 동작은 속도 기준을 변경함으로써 오차 신호를 계속 감소시킨다. 따라서, 속도가 변경될 수 없더라도, 속도 제어기 오차 신호는 드룹핑으로 인해 제로로 될 수 있다. 드룹핑의 내재된 단점은 제어가 정확하지 않고, 드룹핑에 의해 영향을 받는다는 점이다. 예를 들어, 5% 드룹핑 비율에서, 2000 rpm 공칭 속도 기준을 갖는 전기 기계는 최대 모터링 토크에서 1900 rpm으로 작동되고, 최대 발전 토크에서 2100 rpm으로 작동될 것이다. 일부 민감한 애플리케이션은 이러한 속도 오차로 인해 허용 가능하게 실행되지 않을 수 있다.
이하에서는 본 발명의 다양한 실시형태의 일부 양태의 기본적인 이해를 제공하기 위해, 간략화된 요약을 제공한다. 요약은 본 발명의 광범위한 개요가 아니다. 이는 본 발명의 핵심 요소 또는 중요한 요소를 식별하거나 본 발명의 범위를 설명하려는 의도가 아니다. 이하의 요약은 본 발명의 예시적인 실시형태에 대한 보다 상세한 설명의 서두로서 단지 본 발명의 일부 개념을 간략화된 형태로 제시한다.
본 발명에 따라, 목표 값을 향하게 작동량을 구동하도록 구성된 병렬 작동 장치를 제어하기 위한 새로운 제어 시스템이 제공된다. 병렬 작동 장치는 예를 들어, 회전 속도가 서로에 대해 고정된 관계를 갖는 기계적으로 결합된 전기 기계일 수 있지만, 반드시 그런 것은 아니다. 이러한 예시적인 경우에, 작동량은 전기 기계의 회전 속도와 고정된 관계를 가지며, 작동량은 예를 들어, 전기 기계를 포함하는 차량의 속도, 또는 전기 기계에 의해 구동되는 작동기의 회전 속도일 수 있다. 특수한 경우로서, 별도의 인버터에 의해 구동되는 다수의 권선을 갖는 전기 기계는, 기계적으로 연결된 다수의 전기 기계를 나타내는 것으로 볼 수 있다. 각각의 개별 권선은 단일 전기 기계를 나타내며, 공통 회전자는 기계적 결합 장치를 이루고 있다. 병렬 작동 장치는 기계적으로 결합된 연소 엔진일 수도 있다. 추가적인 실시예의 경우, 병렬 작동 장치는 공통의 직류 전압 링크를 공급하는 전력 변환기일 수 있다. 이러한 예시적인 경우에, 작동량은 공통의 직류 전압 링크의 직류 전압이다.
본 발명에 따른 제어 시스템은,
- 각각의 제어기가 고려 중인 제어기에 의해 유지되는 장치-고유의(device-specific) 적분 항에 적어도 부분적으로 기초하여 장치 중 하나를 제어하도록 구성되게, 장치를 제어하기 위한 제어기로서, 장치-고유의 적분 항은 제어기에 이용 가능한 장치-고유의 오차 신호의 시간 적분과 관련되고, 장치-고유의 오차 신호는 목표 값과 작동량의 편차를 나타내는, 제어기; 및
- 각각의 제어기에 대해, (i) 고려 중인 제어기에 의해 유지되는 장치-고유의 적분 항 및 (ii) 제어기 중 다른 제어기에 의해 유지되는 하나 이상의 장치-고유의 적분 항의 산술 평균을 계산하기 위한, 그리고 고려 중인 제어기에 의해 유지되는 장치-고유의 적분 항을 계산된 산술 평균을 향하게 보정하기 위한 안정화 시스템을 포함한다.
장치-고유의 적분 항의 보정은, 장치-고유의 오차 신호 간에 약간의 차이가 있는 상황에서 장치-고유의 적분 항에서의 원치 않는 드리프트(drift)를 방지할 수 있게 한다.
장치는 서로에 대해 피어(peer)일 수 있으므로, 하나의 장치가 다른 장치로부터의 동작 없이 시스템으로부터 제거될 수 있거나 시스템에 추가될 수 있기 때문에, 중복성이 달성된다. 장치가 제거된 경우, 이의 장치-고유의 적분 항은 평균 계산에 더 이상 관여하지 않는다. 반면에, 장치가 추가된 경우, 이의 장치-고유의 적분 항은 평균 계산에 자동으로 추가될 수 있다.
또한, 본 발명에 따라, 새로운 장치-시스템이 제공되고, 새로운 장치-시스템은,
- 목표 값을 향하게 작동량을 구동하기 위한 병렬 작동 장치; 및
- 병렬 작동 장치를 제어하기 위한 본 발명에 따른 제어 시스템을 포함한다.
또한, 본 발명에 따라, 목표 값을 향하게 작동량을 구동하도록 구성된 병렬 작동 장치 중 하나인 장치를 제어하기 위한 새로운 제어기가 제공된다.
본 발명에 따른 제어기는,
- 제어부에 의해 유지되는 장치-고유의 적분 항에 적어도 부분적으로 기초하여, 장치를 제어하기 위한 제어부로서, 장치-고유의 적분 항은 제어기에 이용 가능한 장치-고유의 오차 신호의 시간 적분과 관련되고, 장치-고유의 오차 신호는 목표 값과 작동량의 편차를 나타내는, 제어부;
- 병렬 작동 장치 중 다른 병렬 작동 장치와 관련된 하나 이상의 장치-고유의 적분 항을 수신하기 위한 수신기; 및
- (i) 수신된 장치-고유의 적분 항 및 (ii) 제어부에 의해 유지되는 장치-고유의 적분 항의 산술 평균을 계산하기 위한, 그리고 제어부에 의해 유지되는 장치-고유의 적분 항을 계산된 산술 평균을 향하게 보정하기 위한 산술부를 포함한다.
또한, 본 발명에 따라, 목표 값을 향하게 작동량을 구동하도록 구성된 병렬 작동 장치를 제어하기 위한 새로운 방법이 제공된다. 본 발명에 따른 방법은,
- 목표 값과 작동량의 편차를 나타내는 장치-고유의 오차 신호의 시간 적분과 관련된 장치-고유의 적분 항에 적어도 부분적으로 기초하여, 각각의 장치를 제어하는 단계를 포함한다.
방법은 각각의 장치에 대해,
- (i) 고려 중인 장치와 관련된 장치-고유의 적분 항 및 (ii) 장치 중 다른 장치와 관련된 하나 이상의 장치-고유의 적분 항의 산술 평균을 계산하는 단계; 및
- 고려 중인 장치와 관련된 장치-고유의 적분 항을 계산된 산술 평균을 향하게 보정하는 단계의 동작을 더 포함한다.
또한, 본 발명에 따라, 목표 값을 향하게 작동량을 구동하도록 구성된 병렬 작동 장치의 제어를 안정화하기 위한 새로운 컴퓨터 프로그램이 제공되며, 각각의 장치는, 목표 값과 작동량의 편차를 나타내는 장치-고유의 오차 신호의 시간 적분과 관련된 장치-고유의 적분 항에 적어도 부분적으로 기초하여 제어된다. 본 발명에 따른 컴퓨터 프로그램은,
- 각각의 장치에 대해, (i) 고려 중인 장치와 관련된 장치-고유의 적분 항 및 (ii) 장치 중 다른 장치와 관련된 하나 이상의 장치-고유의 적분 항의 산술 평균을 계산하고,
- 고려 중인 장치와 관련된 장치-고유의 적분 항을 계산된 산술 평균을 향하게 보정하도록,
프로그램 가능 처리 시스템을 제어하기 위한 컴퓨터 실행 가능 명령을 포함한다.
또한, 본 발명에 따라, 새로운 컴퓨터 프로그램 제품이 제공된다. 컴퓨터 프로그램 제품은, 본 발명에 따른 컴퓨터 프로그램으로 인코딩된 비휘발성 컴퓨터 판독 가능 매체(예를 들어, 컴팩트 디스크("CD"))를 포함한다.
본 발명의 예시적이고 비-제한적인 다양한 실시형태가 첨부된 종속 청구항에 기재된다.
이의 추가적인 목적 및 장점과 함께, 구성 및 작동 방법 모두에 관한 본 발명의 예시적이고 비-제한적인 다양한 실시형태는, 첨부된 도면과 함께 읽을 때, 예시적이고 비-제한적인 특정 실시형태의 이하의 설명으로부터 가장 잘 이해될 것이다.
"포함하기 위한(to comprise)" 및 "포함하기 위한(to include)"이란 동사는, 나열되지 않은 특징의 존재를 배제하지 않거나 요구하지 않는 개방적인 제한 사항으로서 본 문서에서 사용된다. 종속 청구항에 나열된 특징은 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 상호 간에 자유롭게 조합 가능하다. 또한, 본 문서 전반에 걸쳐서, "일(a)" 또는 "하나(an)"의 사용, 즉 단수 형태의 사용은 복수를 배제하지 않음을 이해해야 한다.
본 발명의 예시적이고 비-제한적인 실시형태들 및 이들의 장점은 실시예의 의미에서 그리고 첨부된 도면을 참조하여 아래에서 더 상세히 설명되며, 첨부된 도면으로서:
도 1a는 본 발명의 예시적이고 비-제한적인 실시형태에 따른 장치-시스템을 도시하고, 도 1b는 본 발명의 예시적이고 비-제한적인 실시형태에 따른 제어기를 도시하며, 도 1c는 본 발명의 예시적이고 비-제한적인 다른 실시형태에 따른 제어기를 도시한다;
도 3은 본 발명의 예시적이고 비-제한적인 실시형태에 따른 장치-시스템을 도시한다; 그리고
도 3은 병렬 작동 장치를 포함하는 장치-시스템을 제어하기 위한 본 발명의 예시적이고 비-제한적인 실시형태에 따른 방법의 흐름도이다.
도 1a는 본 발명의 예시적이고 비-제한적인 실시형태에 따른 장치-시스템을 도시하고, 도 1b는 본 발명의 예시적이고 비-제한적인 실시형태에 따른 제어기를 도시하며, 도 1c는 본 발명의 예시적이고 비-제한적인 다른 실시형태에 따른 제어기를 도시한다;
도 3은 본 발명의 예시적이고 비-제한적인 실시형태에 따른 장치-시스템을 도시한다; 그리고
도 3은 병렬 작동 장치를 포함하는 장치-시스템을 제어하기 위한 본 발명의 예시적이고 비-제한적인 실시형태에 따른 방법의 흐름도이다.
예시적이고 비-제한적인
실시형태에 대한 설명
이하의 설명에서 제공되는 특정 실시예는 첨부된 청구범위의 범위 및/또는 적용 가능성을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 설명에서 제공되는 실시예의 그룹 및 목록은 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 완전한 것이 아니다.
도 1a는 본 발명의 예시적이고 비-제한적인 실시형태에 따른 장치-시스템의 개략도를 도시한다. 장치-시스템은 목표 값을 향하게 작동량을 구동하기 위한 병렬 작동 장치를 포함한다. 이러한 예시적인 경우에, 병렬 작동 장치는 휠(131, 132, 및 133)을 구동하기 위한 전기 기계(105, 106, 및 107)이다. 전기 기계(105, 106, 및 107)의 회전 속도는 지면(134)을 통해 서로 결합된다. 이러한 예시적인 경우에, 전술한 작동량은 전기 기계(105 내지 107)의 회전 속도이며, 전술한 목표 값은 속도 기준이다. 도 1a에서, 속도 기준은 "속도 ref"로 표시된다. 도 1a에 도시된 예시적인 장치-시스템에서, 전기 기계(105 내지 107)는 공통 직류 전압 링크(114)에 연결된 전력 변환기로 구동된다. 그러나, 전기 기계를 구동하기 위한 다른 수단이 있을 수도 있다. 도 1a에서, 전기 기계(105)를 구동하는 전력 변환기는 참조번호 "113"으로 표시된다. 도 1a에 도시된 예시적인 장치-시스템에서, 직류 전압 링크(114)는 배터리 장치(116) 및 엔진 발전기 장치(117)에 연결된다. 따라서, 도 1a에 도시된 장치-시스템은 예를 들어, 하이브리드 차량의 일부일 수 있다. 그러나, 직류 전압 링크(114)에 전기 에너지를 공급하기 위한 다른 수단이 있을 수도 있다. 각각의 전기 기계(105 내지 107)는 고려 중인 전기 기계의 회전 속도를 측정하기 위한 회전속도계를 구비한다. 도 1a에서, 회전 속도의 측정된 값은 "속도 meas1", "속도 meas2", 및 "속도 meas3"으로 표시된다. 각각의 전기 기계(105 내지 107)는 중복성을 달성하기 위해 자체 회전속도계를 구비한다. 도 1a에서, 전기 기계(105)에 연결되어 전기 기계(105)의 회전 속도를 측정하도록 구성된 회전속도계는 참조번호 "115"로 표시된다.
장치-시스템은, 전력 변환기를 통해 전기 기계(105 내지 107)를 제어하기 위한 본 발명의 예시적이고 비-제한적인 실시형태에 따른 제어 시스템을 포함한다. 제어 시스템은, 속도 기준(속도 ref) 및 측정된 회전 속도 값(속도 meas1, 속도 meas2, 및 속도 meas3)에 기초하여 전기 기계(105 내지 107)를 제어하기 위한 제어기(101, 102, 및 103)를 포함한다. 각각의 제어기는 각각의 전력 변환기에 전달되는 토크 기준을 생성하도록 구성된다. 도 1a에서, 제어기(105 내지 107)에 의해 생성되는 토크 기준은 "Tref1", "Tref2", 및 "Tref3"으로 표시된다. 각각의 제어기(105 내지 107)는, 고려 중인 제어기에 의해 유지되는 장치-고유의 적분 항에 적어도 부분적으로 기초하여, 각각의 전기 기계를 제어하도록 구성되며, 장치-고유의 적분 항은, 속도 기준과 측정된 속도의 편차를 나타내는 장치-고유의 오차 신호의 시간 적분과 관련된다. 예를 들어, 전기 기계(105)와 관련된 장치-고유의 오차 신호는, 속도 ref - 속도 meas1이다. 도 1a에 도시된 예시적인 경우에, 병렬 작동 장치는 전기 기계(105 내지 107)이기 때문에, "장치-고유의"은 "기계-특정된"을 의미한다. 제어 시스템은, 각각의 제어기(105 내지 107)에 대해, (i) 고려 중인 제어기에 의해 유지되는 장치-고유의 적분 항 및 (ii) 제어기 중 다른 제어기에 의해 유지되는 하나 이상의 장치-고유의 적분 항의 산술 평균을 계산하기 위한 안정화 시스템을 더 포함한다. 또한, 안정화 시스템은 고려 중인 제어기에 의해 유지되는 장치-고유의 적분 항을 계산된 산술 평균을 향하게 보정하도록 구성된다.
도 1a에 도시된 예시적인 제어 시스템에서, 전술한 안정화 시스템은 분산형 방식으로 구현됨으로써, 제어기(105 내지 107)는 데이터 전송 채널(118)(예를 들어, 필드 버스)을 통해 통신 가능하게 서로 연결되며, 각각의 제어기(105 내지 107)는 고려 중인 제어기에 의해 유지되는 장치-고유의 적분 항을 보정하기 위한 수단을 포함한다. 도 1b는 제어기(101)의 블록도를 도시한다. 제어기(102 및 103)는 제어기(101)와 유사할 수 있다. 도 1b에서, 전기 기계(105 내지 107)와 관련된 장치-고유의 적분 항은 "I1", "I2", 및 "I3"으로 각각 표시된다. 제어기(101)는 제어기(102 및 103)에 의해 유지되는 장치-고유의 적분 항(I2 및 I3)을 수신하기 위한 수신기(109)를 포함한다. 제어기(101)는, 제어부(108)에 의해 유지되는 장치-고유의 적분 항(I1)에 적어도 부분적으로 기초하여 전기 기계(105)를 제어하기 위한 제어부(108)를 포함한다. 적분 항(I1)은, 속도 기준(속도 ref)과 측정된 속도 값(속도 meas1)의 편차를 나타내는 장치-고유의 오차 신호(e1)(즉, e1 = 속도 ref - 속도 meas1)의 시간 적분과 관련된다. 이러한 예시적인 경우에, 제어부(108)는 비례 및 적분("PI") 제어기를 구성한다. 제어부(108)는 비례-적분-미분("PID") 제어기 또는 다른 적합한 제어기 메커니즘을 구성할 수도 있다. 제어기(101)는, 수신된 장치-고유의 적분 항(I2 및 I3) 및 제어부(108)에 의해 유지되는 장치-고유의 적분 항(I1)의 산술 평균(I_ave)(즉, I_ave = (I1 + I2 + I3)/3)을 계산하기 위한 산술부(110)를 포함한다. 산술부(110)는 계산된 산술 평균(I_ave)을 향하게 장치-고유의 적분 항(I1)을 보정하도록 구성된다. 도 1b에 도시된 예시적인 경우에, 제어부(108) 및 산술부(110)는,
여기서, I1,prev는 장치-고유의 적분 항(I1)의 이전 값이며, Δt는 하나의 작동 클록 사이클의 시간 길이이고, Ti는 적분 시간이며, Kcorr은 보정 계수이다. 전형적인 경우에, 전술한 보정은 작은 불균형을 보정할 수 있으며, 유리하게는 보정은 적분 시간(Ti)보다 더 느리게 조정된다. 예를 들어, 적분 시간(Ti)이 100 ms인 경우, 보정의 시간 상수는 약 1초일 수 있으며, 이는 보정 계수(Kcorr) = 1.0을 의미한다.
본 발명의 예시적이고 비-제한적인 다른 실시형태에 따른 장치-시스템에서, 도 1a에 도시된 각각의 제어기(101, 102, 및 103)는 도 1c에 도시된 제어기(151)와 유사하다. 도 1c에서, 전기 기계(105 내지 107)와 관련된 장치-고유의 적분 항은 "I1", "I2", 및 "I3"으로 각각 표시된다. 제어기(151)는 다른 제어기에 의해 유지되는 장치-고유의 적분 항(I2 및 I3)을 수신하기 위한 수신기(159)를 포함한다. 제어기(151)는, 제어부(158)에 의해 유지되는 장치-고유의 적분 항(I1)에 적어도 부분적으로 기초하여 각각의 전기 기계를 제어하기 위한 제어부(158)를 포함한다. 적분 항(I1)은, 속도 기준(속도 ref)과 측정된 속도 값(속도 meas1)의 편차를 나타내는 장치-고유의 오차 신호(e1)(즉, e1 = 속도 ref - 속도 meas1)의 시간 적분을 나타낸다. 이러한 예시적인 경우에, 제어부(158)는 비례 및 적분("PI") 제어기를 구성한다. 제어부(158)는 비례-적분-미분("PID") 제어기 또는 다른 적합한 제어기 메커니즘을 구성할 수도 있다. 제어기(151)는, 수신된 장치-고유의 적분 항(I2 및 I3) 및 제어부(158)에 의해 유지되는 장치-고유의 적분 항(I1)의 산술 평균(I_ave)(즉, I_ave = (I1 + I2 + I3)/3)을 계산하기 위한 산술부(160)를 포함한다. 산술부(160)는 계산된 산술 평균(I_ave)을 향하게 장치-고유의 적분 항(I1)을 보정하도록 구성된다. 도 1c에 도시된 예시적인 경우에, 산술부(160)는,
여기서, I1,corr은 장치-고유의 적분 항(I1)의 보정된 값이고, Kcorr은 보정 계수이다.
도 1b 및 도 1c에 도시된 예시적인 경우에 예시된 바와 같이, 장치-고유의 적분 항은 다양한 방식으로 장치-고유의 적분 항의 평균을 향하게 보정될 수 있다. 본 출원에서 설명되는 본 발명은 평균을 향하게 장치-고유의 적분 항을 보정하기 위한 임의의 특정 방식으로 제한되지 않는다.
도 1b에 도시된 예시적인 경우에, 제어기(101)는, 제어부(108)에 의해 유지되는 장치-고유의 적분 항(I1)을 데이터 전송 채널(118)에 송신하기 위한 송신기(111)를 포함한다. 이에 상응하게, 도 1c에 도시된 예시적인 경우에, 제어기(151)는, 제어부(158)에 의해 유지되는 장치-고유의 적분 항을 송신하기 위한 송신기(161)를 포함한다. 예시적이고 비-제한적인 일부 실시형태에서, 모든 제어기가 그 자체의 장치-고유의 적분 항을 다른 제어기에 송신하는 것이 필요한 것은 아니다. 제어기가 다른 제어기로부터 장치-고유의 적분 항을 수신하기만 하는 경우, 제어기는 다른 제어기의 장치-고유의 적분 항에 따라, 그 자체의 장치-고유의 적분 항을 조정할 수 있다. 일부 예시적인 실시형태에서, 이러한 종류의 수신 전용(listen-only) 모드는, 많은 제어기가 아무것도 송신할 필요 없이 하나의 브로드캐스트 신호를 수신하기만 하도록 배치될 수 있기 때문에 유리할 수 있다. 도 1a에 도시된 예시적인 경우에, 예를 들어 제어기(103)는, 제어기(103)가 제어기(101 및 102)로부터 장치-고유의 적분 항을 수신하기만 하고 그 자체의 장치-고유의 적분 항을 송신하지 않는, 전술한 수신 전용 모드일 수 있다.
도 1a에 도시된 장치-시스템에서, 전기 모터(105 내지 107), 전력 변환기, 및 제어기(101 내지 103)는 서로에 대해 피어일 수 있는 장치(119, 120, 및 121)를 구성하므로, 장치(119 내지 121) 중 하나가 다른 장치로부터의 동작 없이 장치-시스템으로부터 제거될 수 있기 때문에, 중복성이 달성된다. 이에 상응하게, 다른 장치로부터의 동작 없이, 새로운 장치가 장치-시스템에 추가될 수 있다. 장치가 제거된 경우, 이의 장치-고유의 적분 항은 전술한 평균 계산에 더 이상 관여하지 않는다. 이에 상응하게, 장치가 추가된 경우, 이의 장치-고유의 적분 항은 평균 계산에 자동으로 추가될 수 있다.
도 2는 본 발명의 예시적이고 비-제한적인 실시형태에 따른 장치-시스템의 개략도를 도시한다. 장치-시스템은 목표 값을 향하게 작동량을 구동하기 위한 병렬 작동 장치를 포함한다. 이러한 예시적인 경우에, 병렬 작동 장치는 공통의 직류 전압 링크(214)에 연결된 전력 변환기(205, 206, 및 207)이다. 전술한 작동량은 직류 전압 링크(214)의 직류 전압이며, 전술한 목표 값은 전압 기준이다. 도 2에서, 전압 기준은 "UDC ref"로 표시된다. 도 2에 도시된 예시적인 장치-시스템에서, 전력 변환기(205, 206, 및 207)는, 직류 전압 링크(214)에 전기 에너지를 공급하도록 구성됨으로써 결과적으로 부하 시스템(222)에 전기 에너지를 공급하도록 구성되는, 장치(219, 220, 및 221)의 일부이다. 도 2에 도시된 장치-시스템은 예를 들어, 선박 또는 페리의 전력 시스템의 일부일 수 있다.
장치-시스템은, 전력 변환기(205 내지 207)를 제어하기 위한 본 발명의 예시적이고 비-제한적인 실시형태에 따른 제어 시스템을 포함한다. 제어 시스템은, 전압 기준(UDC ref) 및 측정된 전압 값(UDC meas1, UDC meas2, 및 UDC meas3)에 기초하여, 전력 변환기(205 내지 207)를 제어하기 위한 제어기(201, 202, 및 203)를 포함한다. 각각의 제어기(205 내지 207)는 장치(219, 220, 및 221) 간의 중복성을 달성하기 위해, 그 자체의 전압 측정 수단을 구비한다. 각각의 제어기(205 내지 207)는, 고려 중인 제어기에 의해 유지되는 장치-고유의 적분 항에 적어도 부분적으로 기초하여, 각각의 전력 변환기를 제어하도록 구성되며, 장치-고유의 적분 항은, 전압 기준(UDC ref)과 측정된 전압 값의 편차를 나타내는 장치-고유의 오차 신호의 시간 적분을 나타낸다. 예를 들어, 전력 변환기(205)와 관련된 장치-고유의 오차 신호는, UDC ref - UDC meas1이다. 도 2에서, 전력 변환기(205 내지 207)와 관련된 장치-고유의 적분 항은 "I1", "I2", 및 "I3"으로 각각 표시된다. 도 2에 도시된 예시적인 경우에, 병렬 작동 장치가 전력 변환기(205 내지 207)이기 때문에, "장치-고유의"은 "전력 변환기-특정된"을 의미한다. 제어 시스템은, 장치-고유의 적분 항(I1, I2, 및 I3)의 산술 평균을 계산하기 위한, 그리고 계산된 산술 평균을 향하게 각각의 장치-고유의 적분 항을 보정하기 위한 안정화 시스템을 더 포함한다.
도 2에 도시된 예시적인 제어 시스템에서, 전술한 안정화 시스템은 중앙집중식 방식으로 구현된다. 제어기(205 내지 207)는 데이터 전송 채널(218)(예를 들어, 필드 버스)을 통해 중앙 장치(204)에 통신 가능하게 연결된다. 중앙 장치(204)는, 데이터 전송 채널(218)을 통해 장치-고유의 적분 항(I1, I2, 및 I3)을 수신하기 위한 수신기(209)를 포함한다. 중앙 장치(204)는 장치-고유의 적분 항의 산술 평균(즉, (I1 + I2 + I3)/3)을 계산하기 위한 산술부(210)를 포함한다. 산술부(210)는 계산된 산술 평균을 향하게 각각의 장치-고유의 적분 항(I1, I2, 및 I3)을 보정하도록 구성된다. 산술부(210)는 예를 들어, 본 문서에서 앞서 제시된 수식 2에 따라, 장치-고유의 적분 항을 보정하도록 구성될 수 있다. 중앙 장치(204)는, 보정된 장치-고유의 적분 항(I1,corr, I2,corr, 및 I3,corr)을 제어기(201 내지 203)에 송신하기 위한 송신기(211)를 더 포함한다.
장치(219, 220, 및 221)는 서로에 대해 피어일 수 있으므로, 장치(219 내지 221) 중 하나가 다른 장치로부터의 동작 없이 장치-시스템으로부터 제거될 수 있기 때문에, 중복성이 달성된다. 이에 상응하게, 다른 장치로부터의 동작 없이, 새로운 장치가 장치-시스템에 추가될 수 있다. 장치가 제거된 경우, 이의 장치-고유의 적분 항은 전술한 평균 계산에 더 이상 관여하지 않는다. 이에 상응하게, 장치가 추가된 경우, 이의 장치-고유의 적분 항은 평균 계산에 자동으로 추가될 수 있다.
도 1a에 도시된 각각의 제어기(101 내지 103)의 구현뿐만 아니라, 도 2에 도시된 각각의 제어기(201 내지 203) 및 중앙 장치(204)의 구현은, 하나 이상의 아날로그 회로, 하나 이상의 디지털 처리 회로, 또는 이들의 조합에 기초할 수 있다. 각각의 디지털 처리 회로는, 예를 들어 필드 프로그램 가능 게이트 어레이("FPGA")와 같은 구성 가능한 하드웨어 프로세서, 또는 예를 들어 주문형 집적 회로("ASIC")와 같은 전용 하드웨어 프로세서, 적절한 소프트웨어를 구비한 프로그램 가능 프로세서 회로일 수 있다. 또한, 각각의 제어기(101 내지 103)뿐만 아니라, 각각의 제어기(201 내지 203) 및 중앙 장치(204)는, 그 각각이 예를 들어 랜덤 액세스 메모리("RAM") 회로일 수 있는 하나 이상의 메모리 회로를 포함할 수 있다.
도 3은 목표 값을 향하게 작동량을 구동하도록 구성된 병렬 작동 장치를 포함하는 전력 시스템을 제어하기 위한 본 발명의 예시적이고 비-제한적인 실시형태에 따른 방법의 흐름도를 도시한다. 방법은, 목표 값과 작동량의 편차를 나타내는 장치-고유의 오차 신호의 시간 적분과 관련된 장치-고유의 적분 항에 적어도 부분적으로 기초하여, 각각의 장치를 제어하는 단계를 포함하는 동작(301)을 포함한다. 방법은 각각의 장치에 대해 이하의 동작을 더 포함한다:
- 동작(302): (i) 고려 중인 장치와 관련된 장치-고유의 적분 항 및 (ii) 장치 중 다른 장치와 관련된 하나 이상의 장치-고유의 적분 항의 산술 평균을 계산하는 단계; 및
- 동작(303): 고려 중인 장치와 관련된 장치-고유의 적분 항을 계산된 산술 평균을 향하게 보정하는 단계.
본 발명의 예시적이고 비-제한적인 실시형태에 따른 방법에서, 이하의 동작이 각각의 장치에서 수행된다:
- 장치 중 다른 장치와 관련된 하나 이상의 장치-고유의 적분 항을 수신하는 단계;
- 수신된 장치-고유의 적분 항 및 고려 중인 장치와 관련된 장치-고유의 적분 항의 산술 평균을 계산하는 단계; 및
- 고려 중인 장치와 관련된 장치-고유의 적분 항을 계산된 산술 평균을 향하게 보정하는 단계.
본 발명의 예시적이고 비-제한적인 실시형태에 따른 방법은, 장치 중 적어도 하나와 관련된 장치-고유의 적분 항을 장치 중 적어도 하나로부터 장치 중 다른 장치로 송신하는 단계를 포함한다.
본 발명의 예시적이고 비-제한적인 실시형태에 따른 방법에서, 장치-고유의 적분 항은,
여기서, I_n은 장치 중 n번째 장치와 관련된 장치-고유의 적분 항이고, I_n,prev는 장치-고유의 적분 항의 이전 값이며, e_n은 장치 중 n번째 장치와 관련된 장치-고유의 오차 신호이고, I_ave는 산술 평균이며, Δt는 하나의 작동 클록 사이클의 시간 길이이고, Ti는 적분 시간이며, Kcorr은 보정 계수이다.
본 발명의 예시적이고 비-제한적인 실시형태에 따른 컴퓨터 프로그램은, 본 발명의 예시적이고 비-제한적인 전술한 실시형태 중 어느 하나에 따른 방법과 관련된 동작을 수행하도록, 프로그램 가능 처리 시스템을 제어하기 위한 컴퓨터 실행 가능 명령을 포함한다.
본 발명의 예시적이고 비-제한적인 실시형태에 따른 컴퓨터 프로그램은, 목표 값을 향하게 작동량을 구동하도록 구성된 병렬 작동 장치의 제어를 안정화하기 위한 소프트웨어 모듈을 포함하며, 각각의 장치는, 목표 값과 작동량의 편차를 나타내는 장치-고유의 오차 신호의 시간 적분과 관련된 장치-고유의 적분 항에 적어도 부분적으로 기초하여 제어된다. 소프트웨어 모듈은,
- 각각의 장치에 대해, (i) 고려 중인 장치와 관련된 장치-고유의 적분 항 및 (ii) 장치 중 다른 장치와 관련된 하나 이상의 장치-고유의 적분 항의 산술 평균을 계산하고,
- 고려 중인 장치와 관련된 장치-고유의 적분 항을 계산된 산술 평균을 향하게 보정하도록,
프로그램 가능 처리 시스템을 제어하기 위한 컴퓨터 실행 가능 명령을 포함한다.
소프트웨어 모듈은 예를 들어, 프로그램 가능 처리 시스템을 위해 적합한 프로그래밍 툴로 구현된 서브루틴 또는 함수일 수 있다.
본 발명의 예시적이고 비-제한적인 실시형태에 따른 컴퓨터 프로그램 제품은, 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 컴퓨터 프로그램으로 인코딩된 컴퓨터 판독 가능 매체(예를 들어, 컴팩트 디스크("CD"))를 포함한다.
본 발명의 예시적이고 비-제한적인 실시형태에 따른 신호는, 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 컴퓨터 프로그램을 정의하는 정보를 전달하도록 인코딩된다.
위에 주어진 설명에서 제공된 특정 실시예는 첨부된 청구범위의 범위 및/또는 적용 가능성을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 위에 주어진 설명에서 제공된 실시예의 그룹 및 목록은 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 완전한 것이 아니다.
Claims (15)
- 목표 값을 향하게 작동량을 구동하도록 구성된 병렬 작동 장치를 제어하기 위한 제어 시스템으로서,
상기 제어 장비는, 각각의 제어기가 고려 중인 상기 제어기에 의해 유지되는 장치-고유의 적분 항에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 장치 중 하나를 제어하도록 구성되게, 상기 장치를 제어하기 위한 제어기(101 내지 103, 201 내지 203)를 포함하며, 상기 장치-고유의 적분 항은 상기 제어기에 이용 가능한 장치-고유의 오차 신호의 시간 적분과 관련되고, 상기 장치-고유의 오차 신호는 상기 목표 값과 상기 작동량의 편차를 나타내며,
상기 제어 시스템은, 각각의 상기 제어기에 대해, (i) 고려 중인 상기 제어기에 의해 유지되는 상기 장치-고유의 적분 항 및 (ii) 상기 제어기 중 다른 제어기에 의해 유지되는 하나 이상의 상기 장치-고유의 적분 항의 산술 평균을 계산하기 위한, 그리고 고려 중인 상기 제어기에 의해 유지되는 상기 장치-고유의 적분 항을 상기 계산된 산술 평균을 향하게 보정하기 위한 안정화 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
목표 값을 향하게 작동량을 구동하도록 구성된 병렬 작동 장치를 제어하기 위한 제어 시스템. - 제1항에 있어서,
각각의 상기 제어기가,
- 상기 제어기 중 다른 제어기에 의해 유지되는 하나 이상의 상기 장치-고유의 적분 항을 수신하기 위한 수신기(109); 및
- 상기 수신된 장치-고유의 적분 항, 및 고려 중인 상기 제어기에 의해 유지되는 상기 장치-고유의 적분 항의 산술 평균을 계산하기 위한, 그리고 고려 중인 상기 제어기에 의해 유지되는 상기 장치-고유의 적분 항을 상기 계산된 산술 평균을 향하게 보정하기 위한 산술부(110)를 포함하도록, 상기 안정화 시스템이 상기 제어기(101 내지 103)로 구현되는, 제어 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 제어기 중 적어도 하나는, 상기 제어기 중 적어도 하나에 의해 유지되는 상기 장치-고유의 적분 항을 상기 제어기 중 다른 제어기에 송신하기 위한 송신기(111)를 포함하는, 제어 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 안정화 시스템은 각각의 상기 제어기에 통신 가능하게 연결된 중앙 장치(204)를 포함하며,
상기 중앙 장치는,
- 상기 장치-고유의 적분 항을 수신하기 위한 수신기(209);
- 상기 장치-고유의 적분 항의 산술 평균을 계산하기 위한, 그리고 상기 계산된 산술 평균을 향하게 상기 장치-고유의 적분 항을 보정하기 위한 산술부(210); 및
- 상기 보정된 장치-고유의 적분 항을 상기 제어기에 송신하기 위한 송신기(211)를 포함하는, 제어 시스템. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 상기 제어기는,
의 수식에 따라 상기 장치-고유의 적분 항을 업데이트 및 보정하도록 구성되며,
여기서, I_n은 상기 제어기 중 n번째 제어기에 의해 유지되는 상기 장치-고유의 적분 항이고, I_n,prev는 상기 장치-고유의 적분 항의 이전 값이며, e_n은 상기 장치 중 n번째 장치와 관련된 상기 장치-고유의 오차 신호이고, I_ave는 상기 산술 평균이며, Δt는 하나의 작동 클록 사이클의 시간 길이이고, Ti는 적분 시간이며, Kcorr은 보정 계수인, 제어 시스템. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 상기 제어기는 비례 및 적분("PI") 제어기 또는 비례-적분-미분("PID") 제어기인, 제어 시스템. - 장치-시스템으로서,
- 목표 값을 향하게 작동량을 구동하기 위한 병렬 작동 장치(105 내지 107, 205 내지 207); 및
- 상기 병렬 작동 장치를 제어하기 위한 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 제어 시스템을 포함하는,
장치-시스템. - 제7항에 있어서,
상기 병렬 작동 장치(105 내지 107)는 회전 속도가 서로에 대해 고정된 관계를 갖는 기계적으로 결합된 전기 기계이며,
상기 작동량은 상기 기계적으로 결합된 전기 기계의 상기 회전 속도와 고정된 관계를 갖는, 장치-시스템. - 제7항에 있어서,
상기 병렬 작동 장치(205 내지 207)는 공통의 직류 전압 링크를 공급하는 전력 변환기이며,
상기 작동량은 상기 공통의 직류 전압 링크의 직류 전압인, 장치-시스템. - 장치를 제어하기 위한 제어기(101, 151)로서,
상기 장치는 목표 값을 향하게 작동량을 구동하도록 구성된 병렬 작동 장치 중 하나이며,
상기 제어기는, 제어부에 의해 유지되는 장치-고유의 적분 항에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 장치를 제어하기 위한 제어부(108, 158)를 포함하고, 상기 장치-고유의 적분 항은 상기 제어기에 이용 가능한 장치-고유의 오차 신호의 시간 적분과 관련되며, 상기 장치-고유의 오차 신호는 상기 목표 값과 상기 작동량의 편차를 나타내고,
상기 제어기는,
- 상기 병렬 작동 장치 중 다른 병렬 작동 장치와 관련된 하나 이상의 장치-고유의 적분 항을 수신하기 위한 수신기(109, 159); 및
- (i) 상기 수신된 장치-고유의 적분 항 및 (ii) 상기 제어부에 의해 유지되는 상기 장치-고유의 적분 항의 산술 평균을 계산하기 위한, 그리고 상기 제어부에 의해 유지되는 상기 장치-고유의 적분 항을 상기 계산된 산술 평균을 향하게 보정하기 위한 산술부(110, 160)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
장치를 제어하기 위한 제어기(101, 151). - 제10항에 있어서,
상기 제어기는, 상기 제어부에 의해 유지되는 상기 장치-고유의 적분 항을 데이터 전송 채널에 송신하기 위한 송신기(111, 161)를 포함하는, 제어기. - 목표 값을 향하게 작동량을 구동하도록 구성된 병렬 작동 장치를 제어하기 위한 방법으로서,
상기 방법은,
- 상기 목표 값과 상기 작동량의 편차를 나타내는 장치-고유의 오차 신호의 시간 적분과 관련된 장치-고유의 적분 항에 적어도 부분적으로 기초하여, 각각의 상기 장치를 제어하는 단계(301)를 포함하며,
상기 방법은 각각의 상기 장치에 대해,
- (i) 고려 중인 상기 장치와 관련된 상기 장치-고유의 적분 항 및 (ii) 상기 장치 중 다른 장치와 관련된 하나 이상의 상기 장치-고유의 적분 항의 산술 평균을 계산하는 단계(302); 및
- 고려 중인 상기 장치와 관련된 상기 장치-고유의 적분 항을 상기 계산된 산술 평균을 향하게 보정하는 단계(303)의 동작을 포함하는 것을 특징으로 하는,
목표 값을 향하게 작동량을 구동하도록 구성된 병렬 작동 장치를 제어하기 위한 방법. - 제12항에 있어서,
상기 장치-고유의 적분 항은,
의 수식에 따라 업데이트 및 보정되며,
여기서, I_n은 상기 장치 중 n번째 장치와 관련된 상기 장치-고유의 적분 항이고, I_n,prev는 상기 장치-고유의 적분 항의 이전 값이며, e_n은 상기 장치 중 n번째 장치와 관련된 상기 장치-고유의 오차 신호이고, I_ave는 상기 산술 평균이며, Δt는 하나의 작동 클록 사이클의 시간 길이이고, Ti는 적분 시간이며, Kcorr은 보정 계수인, 방법. - 목표 값을 향하게 작동량을 구동하도록 구성된 병렬 작동 장치의 제어를 안정화하기 위한 컴퓨터 프로그램으로서,
각각의 상기 장치는, 상기 목표 값과 상기 작동량의 편차를 나타내는 장치-고유의 오차 신호의 시간 적분과 관련된 장치-고유의 적분 항에 적어도 부분적으로 기초하여 제어되며,
상기 컴퓨터 프로그램은,
- 각각의 상기 장치에 대해, (i) 고려 중인 상기 장치와 관련된 상기 장치-고유의 적분 항 및 (ii) 상기 장치 중 다른 장치와 관련된 하나 이상의 상기 장치-고유의 적분 항의 산술 평균을 계산하고,
- 고려 중인 상기 장치와 관련된 상기 장치-고유의 적분 항을 상기 계산된 산술 평균을 향하게 보정하도록,
프로그램 가능 처리 시스템을 제어하기 위한 컴퓨터 실행 가능 명령을 포함하는 것을 특징으로 하는,
목표 값을 향하게 작동량을 구동하도록 구성된 병렬 작동 장치의 제어를 안정화하기 위한 컴퓨터 프로그램. - 제14항에 따른 컴퓨터 프로그램으로 인코딩된 비휘발성 컴퓨터 판독 가능 매체.
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