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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine
Stromregeleinrichtung für die Impulsbreitenmodulations- (PWM-)Regelung
eines Motorstroms unter Benutzung eines Mikroprozessors.
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Auf dem Gebiet der Regelung eines Motors ist ein Verfahren
zur PMW-Regelung, das Geschwindigkeitsinformation und
Motorstrominformation benutzt, bekannt. Eig. 4 zeigt ein Beispiel
eines Blockschaltbildes einer digitalen Regelungsvorrichtung
für die PWM-Regelung eines Induktionsmotors.
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Gemäß fig. 4 tritt ein Geschwindigkeitsbefehlssignal aus
einein Rechner in eine Geschwindigkeitsregelungseinrichtung A
ein. Die Geschwindigkeitsregelungseinrichtung A bildet ein
Drehmomentbefehlssignal auf der Grundlage einer Abweichung
zwischen dem Geschwindigkeitsbefehlssignal und einem
Ist-Geschwindigkeitssignal aus einem Geschwindigkeitsdetektor G,
der mit einem Induktionsmotor F verbunden ist, und liefert
das Drehmomentbefehlssignal an eine
Drehmomentregelungseinrichtung B. Die Drehmomentregelungseinrichtung B legt ein
Strombefehlssignal an eine Stromregelungseinrichtung C, wo
das Befehlssignal mit einem Ist-Strom verglichen wird, der
mittels eines Stromdetektors E gewonnen ist. Durch das sich
ergebende Abweichungssignal wird eine
Spannungsregelungseinrichtung D getrieben, um die Klemmenspannung des
Induktionsmotors F zu regeln.
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Wenn der Ist-Strom und das strombefehlssignal in der
Stromregelungseinrichtung C verglichen werden, weicht
Strominformation, die durch A/D-Wandlung gewonnen ist, bereits von dem
wahren Wert des Ist-Stroms zu dem Eingabezeitpunkt desselben
ab. Als Folge davon tritt bei einer Motorbeschleunigung ein
Überschwingen des Stroms und bei einer Motorverzögerung ein
Unterschwingen des Stroms auf. Die Anmelderin hat bereits die
Patentanmeldung JP-A-63 048 196 betreffend eine Erfindung
eingereicht, deren Aufgabe darin besteht, das zuvor
erläuterte Problem beüglich der Regelung zu lösen und eine
PWM-Regelung akkurat durchzuführen. Die offenbarte Erfindung ist
eine solche, bei der ein PWM-Befehl für einen Wechselrichter,
der einen Induktionsmotor treibt, durch einen Mikroprozessor
ausgegeben wird. in diesem Zusammenhang wird die Hälfte elner
geregelten Variablen (Befehlsausgangssignal) des
vorhergehenden Zyklus zu einem Proportionsglied oder einem
proportionalen Integrationsglied zum Berechnen der geregelten Variablen
des gegenwärtigen Zyklus in dem Bestreben addiert, einen
aktuellen gemessenen Wert des Stroms akkurat vorzubestimmen,
der für die PWM-Regelung des induktionsmotors erforderlich
ist. Als Ergebnis wird die Möglichkeit eines Überstroms
beseitigt, und es kann eine stabilisierte Regelung ausgeführt
werden.
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Indessen kann im Hinblick auf die geregelte Variable einer
derartigen herkömmlichen Stromregelungsschleife ein aktueller
gemessener Wert des Stroms nicht immer mit einem Verfahren
zum Minimieren einer Abweichung, die durch eine Totzeit
entsteht, vorbestimmt werden. Folglich steigt, wenn der
Verstärkungsfaktor der Stromregelungsschleife ausreichend hoch
eingestellt ist, der Betrag der Abweichung um einen großen
Überschuß. Ein Problem, das sich ergibt, besteht darin, daß das
Reaktionsverhaltenn der Stromregelungsschleife bei der PWM-
Regelung nicht ausreichend verbessert ist.
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Die vorliegende Erfindung ist entstanden, um die zuvor
genannten Probleme zu lösen, und deren Aufgabe besteht darin,
eine Stromregelungsvorrichtung für eine PWM-Regelung zu
schaffen, bei der ein Stromänderungsmuster benutzt wird, so
daß ein Ist-Stromwert bei der PWM-Regeglung akkurat
vorbestimmt werden kann.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine
Stromregeleinrichtung für eine Impulsbreitenmodulations-Regelung vorgesehen,
bei der Strom in einem Motor einer Impusbreitenmodulations-
(PWM-)Regelung durch einen Mikroprozessor entsprechend der
Differenz zwischen einem Soll-Stromwert und einem
Rückkopplungs-Stromwert zu einem vorbestimmten Abtastzeitpunkt
unterzogen wird, wobei der Betrag einer Abweichung in dem
Rückkopplungs-Stromwert, die durch die Verzögerung in der
Regelzeit verursacht ist, welche durch den Mikroprozessor zum
Berechnen eines PWM-Spannungsbefehlswerts benötigt wird,
korrigiert wird, welche Einrichtung umfaßt:
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ein Eingabemittel zum Auslesen eines
Rückkopplungs-Motorstromwerts, der zu einem vorbestimmten Abtastzeitpunkt in
einen Digitalwert umgesetzt wird,
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ein arithmetisches Mittel zum Vorausbestimmen des Betrags
einer Anderung des Motorstroms zu dem gegenwärtigen
Abtastzeitpunkt in bezug auf den zuletzt ausgelesenen
Rückkopplungs-Motorstromwert, wobei der vorausbestimmte Betrag der
Anderung des Stroms in Abhängigkeit von einem vorhergehenden
PWM-Spannungsbefehlswert bestimmt wird, und
ein Ausgabemittel zum Bestimmen und Ausgeben des PWM-
Spannungsbefehlswerts, der den zuletzt ausgelesenen
Motorstromwert um den vorausbestimmten Betrag der Anderung des
Rückkopplungs-Motorstromwerts korrigiert.
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Demgemäß ist die Stromregeleinrichtung für eine PWM-Regelung
nach der vorliegenden Erfindung derart beschaffen, daß der
Betrag der Anderung des Motorstroms zu dem gegenwärtigen
Zeitpunkt auf der Grundlage eines Stromänderungsmusters
vorausbestimmt wird, das durch den befohlenen Spannungswert des
Motorstroms festgesetzt ist, wobei der Motorstromwert,
welcher ausgelesen ist, korrigiert wird.
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Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild, das ein Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung darstellt.
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Fig. 2 zeigt ein Flußdiagramm, das eine Verarbeitungsprozedur
für das Ausgeben eines korrigierten PWM-Befehls
darstellt.
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Fig. 3 zeigt eine erklärende Darstellung iin Form eines
Impuls/Zeit-Diagramms, das Stromregelungszeitpunkte
angibt.
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Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild einer digitalen
Regelungseinrichtung für die PWM-Regelung eines
Induktionsmotors.
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Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung im einzelnen anhand der Figuren beschrieben.
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Fig. 1 zeigt den vereinfachten Aufbau einer
Stromregeleinrichtung zur PWM-Regeglung, bei der ein
3-Phasen-Induktionsmotor 1 einer Wechselrichter-Regelung unterzogen wird. Durch
einen Gleichrichter 2 wird eine
3-Phasen-Wechselstrom-Versorgungsspannung in eine Gleichspannung gewandelt, und die sich
ergebende Gleichspannung Vdc wird an drei Paare von
Schalttransistoren gelegt. In die betreffenden Wicklungen des
Induktionsmotors 1 fließen Motorströme Iu, Iv, Iw in
Übereinstimmung mit einem PWM-Regelungssignal, das durch eine
Regelungsschaltung 3 ausgegeben wird, die durch einen
Mikroprozessor gebildet ist. In diesen Phasen werden die U- u.
V-Phasenströme Iu, Iv durch einen Stromdetektor erfaßt und auf die
Regelungsschaltung 3 als Rückkopplungssignale
zurückgekoppelt. Die Regelungsschaltung 3 empfängt
Strombefehl-Spannungssignale Vuc, Vvc, Vwv aus einer
Geschwindigkeitsberechnungseinheit (nicht gezeigt) als Eingangssignale derselben
und wendet eine vorbestimmte PWM-Verarbeitung zwischen diesen
Signalen und den Stromrückkopplungssignalen an. In dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein korrigiertes
PWM-Befehlssignal in Übereinstimmung mit einem
Motorstromänderungsmuster gebildet, wie dies im folgenden erläutert wird.
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Insbesondere in einem Fall, in dem das Potential einer
betrachteten Phase und die Potentiale der anderen zwei Phasen
gleich sind, ändert sich der Motorstrom nicht. Wenn das
Potential dasselbe wie dasjenige eines ersten, jedoch
unterschiedlichen
von demjenigen eines zweite der anderen zwei
Phasen ist, oder wenn das Potential unterschiedlich von
denjenigen beider der anderen zwei Phasen ist, ändert sich jeder
Stromwert wie folgt:
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In dem vorstehenden Fall wird die Größe ΔI der Anderung des
Stroms durch den Last-Scheinwiderstand und den
Blindwiderstand bestimmt. In anderen Worten heißt dies, daß da die
Gleichspannung Vdc durch
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Vdc = L(dI/dt)
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ausgedrückt ist, die Größe ΔI der Anderung des Stroms wie
folgt auszudrücken ist:
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ΔI= (1/L) x Vdc x ΔT
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In dem letzteren Fall beträgt die Größe der Änderung des
Stroms 2ΔI. Der Grund dafür besteht darin, daß die Größe der
Änderung des Stroms proportional der Anzahl von Phasen ist,
welche ein Potential haben, das unterschiedlich von
demjenigen der betrachteten Phase zu dem bestimmten Zeitpunkt ist.
Wenn L, V als konstant angenommen werden und die Substitution
(1/L) x Vdc = K1 ausgeführt wird, kann dann ΔT durch
Differenzen zwischen den PWM-Befehlswerten Vuc, Vvc, Vwc ersetzt
werden. Daher ist es möglich, die Größe ΔI der Anderung des
Stroms in jeder Phase wie folgt abzuschätzen und zu
berechnen:
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ΔIu = K&sub1;(Vuc-Vvc) + K&sub1;(Vuc-Vwc)
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ΔIv = K&sub1;(Vvc-Vuc) + K&sub1;(VVc-Vwc)
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ΔIw = K&sub1;(Vwc-Vuc) + K&sub1;(Vwc-Vvc)
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Die Verarbeitungsschritte zum Vorausbestimmen und Berechnen
des Betrags der Anderung des Motorstroms durch die
Regelungsschaltung
3, um die korrigierten PWM-Befehle aus zugeben,
werden im folgenden anhand des Flußdiagramms gemäß Fig. 2
beschrieben.
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Zu dem Zeitpunkt eines Impulses Pn-1, der den
Rückkopplungsstrom abtastet, werden Daten als Id(n-1) angenommen. Zunächst
wird ein Motorstromwert Id, der in einen digitalen Wert
umgesetzt ist, erfaßt (Schritt a), dann wird der Betrag der
Anderung ΔI(n-1) bei dem Motorstrom auf der Grundlage des Werts
Id, der ausgelesen ist, in Übereinstimmung mit Gl. (1)
berechnet (Schritt b). Diese Datenwörter Id(n-1) u. ΔI(n-1)
werden addiert, um einen vorausbestimmten Wert des
Motorstroms zu dem gegenwärtigen Zeitpunkt zu erzielen, und zwar
bei dem nächsten Abtastimpuls Pn (Schritt c). Dies Ergebnis
wird als ein Rückkopplungsstromwert If(n) betrachtet. Wenn
die Abweichung zwischen If(n) und einem Strombefehl Ic(n),
der in die Regelungsschaltung eingegeben ist, zu diesem
Zeitpunkt berechnet wird (Schritt d), wird das PWM-Befehlssignal
ein solches, in dem die Verzögerung in der Regeglungszeit,
die für diese Berechnung erforderlich ist, korrigiert ist.
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Fig. 3 zeigt in einem Impuls/Zeit-Diagramm die Impulsformen
in einem Fall, in dem eine Stromregelung durch Vergleich mit
Strombefehl-Spannungswerten Vuc, Vvc, Vwc durchgeführt wird,
wobei die PWM-Trägerwelle eine Dreieckwelle ist.
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Wenn die Strombefehl-Spannungen Vuc, Vvc, Vwc in die
Regelungsschaltung 3 gelangen, tritt eine Verzögerung infolge der
Verarbeitungszeit in der Regelungsschaltung 3 in bezug auf
den Rückkopplungsstrom auf, der zu den aktuellen
Strom-Abtastzeitpunkten n-1, n, ... aufgenommen wird, wie dies bei
(a) in Fig. 3 gezeigt ist. Indesssen kann, wenn ein
Motorstrom-Änderungsmuster auf der Grundlage eines Transistor-
EIN/AUS-Signals, das bei (c) in Fig. 3 gezeigt ist, benutzt
wird, der Ist-Strom, welcher bei (d) in Fig. 3 gezeigt ist,
vorausbestimmt werden. Dementsprechend nähert sich das
Stromrückkopplungssignal dem richtigen Wert, und die
Verarbeitungszeit-Nacheilung,
weiche auftritt, wenn die Stromregelung
durchgeführt wird, wird voll entsprechend kleiner, was es
ermöglicht, den Verstärkungsfaktor der Stromregelungsschleife
frei einzustellen.
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Obwohl ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
beschrieben worden ist, ist die Erfindung nicht auf dieses
beschränkt und kann auf verschiedene Art und Weise modifziert
werden, ohne daß dazu der beanspruchte Schutzumfang verlassen
werden müßte.
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Mit der beschriebenen und gezeigten Stromregeleinrichtung zur
PWM-Regelung gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich,
die Regelungszeitverzögerung zu vernachlässigen, so daß der
Verstärkungsfaktor der Stromregelungsschleife frei
eingestellt werden kann, um demzufolge die Reaktionszeit der
Stromregelungsschleife zu verbessern.