(57)【要約】【解決手段】コンバータ（ＳＲ）によって給電される電動機（Ｍ）を有する、駆動装置であって、その場合にコンバータが、タイムディスプレイリートな制御構造を有しており、その制御構造が、モータに印加される電圧（Ｕ）の操作によって電動機のステータ電流を制御し、その場合にモータの電流が、タイムディスクリートに検出され、その場合に制御構造が、第１の制御器（Ｒ）を有し、その目標値（ＩＳｏｌｌ）が、第１の非線形の伝達素子（ＭＫ）の出力値であり、その実際値（Ｉｉｓｔ）が、第２の非線形の伝達素子（ＭＫ）の出力値であり、その場合に第１の非線形の伝達素子（ＭＫ）の入力値が、電流の第１の電流コンポーネントの目標値であって、その場合に第２の非線形の伝達素子（ＭＫ）の入力値が、電流の第１の電流コンポーネントの実際値である。【選択図】図５
2009545937.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンバータによって給電される電動機を有し、
その場合にコンバータがタイムディスクリートな制御構造を有し、前記制御構造が、モータに印加される電圧の操作を用いて電動機のステータ電流を制御し、
その場合に、モータの電流が、タイムディスクリートに検出される、
駆動装置において、
制御構造が、第１の制御器を有し、その目標値が、第１の非線形の伝達素子の出力値であって、
かつその実際値が、第２の非線形の伝達素子の出力値であり、
その場合に、第１の非線形の伝達素子の入力値が、電流の第１の電流コンポーネントの目標値であり、
その場合に、第２の非線形の伝達素子の入力値が、電流の第１の電流コンポーネントの実際値であることを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
第１と第２の非線形の伝達素子が、同種であることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
非線形の伝達素子が、モータの磁化特性曲線に相当することを特徴とする請求項１と２の少なくとも１項に記載の駆動装置。
【請求項４】
非線形の伝達素子が、形式
2009545937.tif 000005
の伝達関数を有しており、その場合にＩが素子の入力量であることを特徴とする請求項１から３の少なくとも１項に記載の駆動装置。
【請求項５】
非線形の伝達素子が、モータのインダクタンスの伝達関数、汎関数、特に積分であることを特徴とする請求項１から４の少なくとも１項に記載の駆動装置。
【請求項６】
制御器が、Ｐ−制御器、ＰＩ−制御器またはＰＩＤ−制御器のような、特にプレコントロールを有する、線形の制御器であることを特徴とする請求項１から５の少なくとも１項に記載の駆動装置。
【請求項７】
検出された電流から、座標系内で電流コンポーネントが定められることを特徴とする請求項１から６の少なくとも１項に記載の駆動装置。
【請求項８】
コンバータが、各電流コンポーネントのために制御構造を有しており、前記制御構造が、第１の電流コンポーネントのための制御構造に等しいことを特徴とする請求項１から７の少なくとも１項に記載の駆動装置。
【請求項９】
コンバータによって給電される電動機におけるモータ電流を制御する方法であって、
その場合に、方法がタイムディスクリートに実施されて、モータのステータ電流がタイムディスクリートに検出され、
その場合に電動機のステータ電流が制御される、
前記方法において、
第１の電流コンポーネントの目標値が、第１の非線形の伝達素子の入力値であって、その出力値が制御器へ目標値として供給され、
その場合に第１の電流コンポーネントの実際値が、第２の非線形の伝達素子の入力値であって、その出力値が制御器へ実際値として供給され、
その場合に、制御器の操作量が、モータに印加される電圧であることを特徴とする、モータ電流を制御する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術（たとえば、特許文献１を参照）からは、回転磁界機械を制御する方法が知られている。その場合に、そこの図２によれば、モータにおける電流と電圧が検出される。その場合に、機械のモデル形成に相当する、制御器構造から、フラックスの実際値のコンポーネントが形成される。これが、フラックス制御器へ供給され、その出力が操作量として、機械に給電するパワーインバータの切替え状態を調節する。
【０００３】
他の従来技術（たとえば、特許文献２を参照）からは、非同期機械を制御する方法が知られており、そこではホールセンサ３が使用される。
【０００４】
さらに他の従来技術（たとえば、特許文献３を参照）からは、非同期機械を始動させる方法が知られており、そこでは始動させるために、トルク目標値ゼロが設定される。
【０００５】
そして、さらに他の従来技術（たとえば、特許文献４を参照）からは、非同期モータにコンバータを接続する方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】欧州特許公報ＥＰ０１７９３５６
【特許文献２】独国特許公報ＤＥ１９４１３１２
【特許文献３】独国公開公報ＤＥ１９５３２４７７Ａ１
【特許文献４】ドイツ特許公報ＤＥ１９９７５２Ｃ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、電気的な駆動装置の制御特性を改良することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、この課題は、駆動装置においては、請求項１に記載された特徴に従って、方法においては、請求項９に記載された特徴に従って、解決される。
【発明の効果】
【０００９】
駆動装置における本発明の重要な特徴は、それが、コンバータから給電される電動機を有していることであり、
その場合に、コンバータが、タイムディスクリートな制御構造を有しており、それが、モータに印加される電圧の操作を用いて、電動機のステータ電流を制御し、
その場合に、モータの電流が、タイムディスクリートに検出され、
その場合に、制御構造が、第１の制御器を有しており、その目標値が、第１の非線形の伝達素子の出力値であって、
その実際値が、第２の非線形の伝達素子の出力値であり、
その場合に、第１の非線形の伝達素子の入力値が、電流の第１の電流コンポーネントの目標値であり、
その場合に、第２の非線形の伝達素子の入力値が、電流の第１の電流コンポーネントの実際値である。
【００１０】
その場合の利点は、非線形の伝達素子がそれぞれ、モータパラメータの電流依存性による制御特性の悪化が補償可能であるように、形成されていることである。特に飽和によってもたらされる、パラメータの偏差が、補償可能である。
【００１１】
好ましい形態において、第１と第２の非線形の伝達素子は、同種である。その場合の利点は、入力値において、たとえば電流ベクトルの電流コンポーネントのような、同一の物理的変量が使用可能なことである。
【００１２】
好ましい形態において、非線形の伝達素子は、モータの磁化特性曲線に相当する。その場合の利点は、それによってモータパラメータの電流依存性が反転可能なことである。その場合にもちろん、制御がタイムディスクリートに実施されることが、特に重要である。
【００１３】
好ましい形態において、非線形の伝達素子は、形式
2009545937.tif 000003
の伝達関数を有しており、その場合にIは、素子の入力量である。その場合の利点は、実施がタイムディスクリートであって、その際に使用されるタイムステップが大きい場合でも、タイムステップの間にもたらされる電流変化によるインダクタンスの変化が、実質的に考慮されていることである。
【００１４】
好ましい形態において、非線形の伝達素子は、モータの電流に依存する誘導機能の伝達関数、汎関数、特に積分である。その場合の利点は、素子の出力値が、迅速かつ簡単に、従ってわずかな計算の手間で決定できることである。特に、それに応じたテーブルが格納可能であって、そのテーブルが、出力値の決定をさらに高速かつ簡単にする。
【００１５】
好ましい形態において、制御器は、Ｐ−制御器、ＰＩ−制御器またはＰＩＤ−制御器のような、線形の制御器である。その場合の利点は、既知の制御器が使用できることである。従って製造の手間と費用が少ない。
【００１６】
さらに、プレコントロールが、付加的に効果的に適用できる。
【００１７】
好ましい形態において、検出された電流から、座標系内で電流コンポーネントが定められる。その場合の利点は、任意のシステム内で変換が実施できることである。好ましくは、電流コンポーネントの１つがフラックス形成するもので、他がトルク形成するものである、システムが選択される。
【００１８】
好ましい形態において、コンバータは、各電流コンポーネントのために、第１の電流コンポーネントのための制御構造に等しい制御構造を有している。その場合の利点は、電流コンポーネントが統一的に処理されることである。さらに、制御ソフトウェアの形成の手間と費用が、少ない。
【００１９】
本発明の重要な特徴は、方法においては、それが、コンバータから給電される電動機においてステータ電流を制御するために設けられていることであり、
その場合に、方法は、タイムディスクリートに実施され、モータのステータ電流が、タイムディスクリートに検出され、
その場合に、第１の電流コンポーネントの目標値が、第１の非線形の伝達素子の入力値であり、その出力値が目標値として制御器へ供給され、
その場合に、第１の電流コンポーネントの実際値は、第２の非線形の伝達素子の入力値であり、その出力値が実際値として制御器へ供給され、
その場合に、制御器の操作量が、モータに印加される電圧である。
【００２０】
その場合の利点は、コンバータ給電される同期モータ駆動装置が、電流がモータのインダクタンスに本質的な影響を与えるような、高い利用度で、極めて良好な制御特性を得ることである。
【００２１】
特に、制御構造が、スカラー構造であって、従って各電流コンポーネントについて、他の電流コンポーネントの制御構造に依存しない。その場合にもちろん、操作量であるステータ電圧ベクトルは、それぞれ座標系に応じて、混合された操作量であり、あるいは独立した操作量である。
【００２２】
他の利点が、下位請求項から明らかにされる。
【００２３】
図面を用いて、本発明を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】制御器構造を、図式的に示している。
【図２】目標値の推移を示しており、その場合に電圧が設けられている。
【図３】図４の推移から得られる形状を示している。
【図４】目標値推移I_Sollを、図２と同様に示している。
【図５】タイムディスクリートな電流検出によって電流を検出する制御器構造を示している。
【図６】目標値推移I_Sollを、図２と同様に示している。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１には、制御器構造の図式的な表示が行われている。その場合に、機械、たとえば電動機Ｍにおいて、電流実際値I_Istが検出される。この検出は、タイムディスクリートで、従ってタイムディスクリートな制御器の各タイムステップで１回行われる。
【００２６】
機械の電流は、機械が三相の給電を有する場合に、多次元の変量であるので、電流は、ベクトルとして表示される。
【００２７】
このベクトルは、フラックス座標系、ロータ座標系などのような、座標系内で表示可能である。
【００２８】
その場合に、図の電流実際値I_Istは、この座標系内の電流コンポーネントである。
【００２９】
複数の電流コンポーネントにおいて、この電流コンポーネントの各々について、図に示す制御構造を適用することができる。しかし特に、各場合において、この制御構造は、トルク形成する電流コンポーネントにI_Istとして適用することができる。
【００３０】
目標値I_Sollと実際値I_Istは、電流制御器へ供給され、それが、制御偏差に応じて操作量を変化させる。この場合において、好ましくは電圧が、上述した操作量である。
【００３１】
図２は、目標値の推移を示しており、その場合に、電圧が設けられている。その場合に、制御器の操作限界が達成される。従って、実際値のトラッキングが終了するまでに、タイムディスクリートな制御器の複数のタイムステップが必要である。その場合に、トラッキングは、可及的速やかに行われる。
【００３２】
その場合に、機械Ｍが有する制御区間が、たとえば電流に依存しないインダクタンスのような、線形かつ積分する挙動を有していることが、前提とされる。
【００３３】
しかし、インダクタンスが電流に依存する場合には、図３に示す形式で、図４の推移が生じる。
【００３４】
図３において、インダクタンスの値は、飽和限界を上回った場合に、３分の１よりも小さく値に減少する。
【００３５】
図４には、図２と同様の、目標値推移I_Sollが記載されている。ここでも、操作値としての電圧のための操作限界を上回っているので、ここでも電流の実際値は、定常的な値に達するまでに、タイムディスクリートな制御の幾つかのタイムステップを必要とする。その場合にもちろん、過渡振動が発生し、それが、モータに給電するコンバータの電流限界を超えることがあり得る。その場合にこれは、コンバータのエラーとそれに応じた自動的オフをもたらすことがあり得る。
【００３６】
本発明に基づく実施例においては、図５に示すように、タイムディスクリートな電流検出を用いて、電流が検出され、電流ベクトルの電流コンポーネントが定められて、非線形の伝達素子へ供給される。目標値I_Sollが、同様に、同一の非線形の伝達素子へ供給される。
【００３７】
その後、制御器が、制御偏差に従ってモータの電圧を操作する。
【００３８】
非線形の伝達素子として、
2009545937.tif 000004
が使用され、その場合にＩは素子の入力値であって、従ってI_SollないしI_IstとＬdiff（ｉ）は、モータのインダクタンスの電流依存性を記述する。
【００３９】
従って、電流コンポーネント、特にトルク形成する電流コンポーネントのために、スカラー制御器が設けられており、それは、多大な計算の手間なしで実現可能であって、従って時間的に高速のアルゴリズムが実現可能である。
【００４０】
図６にも、目標値推移I_Sollが、図２と同様に記載されており、その場合に図５に示す制御器が使用され、かつ図３に示すインダクタンスの電流依存性が考慮されている。ここでも、操作値としての電圧のための操作限界を上回っているので、電流の実際値は、定常的な値に達するまでに、タイムディスクリートな制御の幾つかのタイムステップを必要とする。過渡振動は、発生せず、それにもかかわらずその場合に、定常的な値は極めて短時間で達成される。
【００４１】
特に好ましくは、この制御は、高い利用度を有し、従って著しく飽和する挙動を有する同期モータにおいて、適用可能である。しかしまた、本発明は、他のモータにおいても、適用することができる。
【００４２】
他の本発明に基づく実施例においては、電圧のための操作量として、少なくとも、モータＭの給電の電圧ベクトルの大きさが使用可能である。しかしまた、代替的に、電圧ベクトル全体を、操作量として使用することもできる。
【００４３】
電流コンポーネントとして、特に、トルク形成する電流コンポーネントを設けることができる。
【符号の説明】
【００４４】
I_Soll  目標値
I_Ist  実際値
Ｕ  操作量としての電圧
ＳＲ  電流制御器
ＳＡ  電流検出
Ｒ  制御器
Ｍ  モータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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