JPS62208110A - 制御遅れ補償装置 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は制御遅れ補償装置に関するものでめシ、例え
ば、デッドビート制御系のような、所定の時間遅れをも
って目標値に追従する制御系の追従特性を改善するため
の制御遅れ補償装置に関するものである。

〔従来の技術〕

この種の補償制御装置が適用されるものとしては、能動
形波形改善装置をめげることができる。

第ｑ図に例示されているものは、昭和２１年！’７月／
’７日開催の電気学会半導体電力変換研究会において、
この出願の発明の発明者である高橋勲等によって提案さ
れた能動形波形改善装置に対する補償制御装置である（
資料ＳＰＣざ３−ｐｉ参照）。

この第ｑ図において、（１）は電力系統、（コ）は負荷
、そして（３）は能動形波形改善装置でるる。このよう
な装置において、負荷電流”ｕｅ　’　Ｌｖｅ　’　”
ｗ。にはなんらかの障害電流が含まれておシ、これを補
償するための補償電流”ｕｃ　’　”ｖ。、憎。が能動
形波形改善装置（３）に流されているものとすると、電
力系統（１）からの電流”ｕｌＬＶ’Ｗ　は夫々に下記
（１）式で表わされる。

Ｌｕ　　　”ｕｅ　＋Ｌ１！。

ｉ、＝＝Ｌ−４−２ｔ　　　　　　　・・・・・・（１
）ｖ　　　　　　ｖｅ　　　　　　ｖｃ ”ｗ　　＝　”ｗｅ　　＋　ルｗｃ こ＼で、電力系統（１）からの前記電流”ｕ　ｔ　Ｌｖ
　＋　”ｗは平衡三相交流のものでるることが望ましい
。

ところで、このような障害電流に対する補償を行なうた
めには、前記（１）式からも理解されるように、平衡三
相交流電流以外の前記障害電流とは逆極性で大きさの等
しい電流を能動形波形改善装置（３）から供給すればよ
いことになる。第左図には、前記能動形波形改善装置（
３）の−相分の回路構成が例示てれている。この第５図
において、（弘）は単相電力変換器、Ｕ　ｔｒｉ電流検
出器でろって、単相電力変換器（≠）からの出力電流り
。を検出するためのもの、（６）は減算器でろって、電
流検出器（ｊ）による検出電流（これは単相電力変換器
（９１からの出力電流に等しい）Ｌ　と、障害電流とは
逆極性で大きさの等しい指令値電流Ｌｃ＊との差をとる
ためのもの、ＬおよびＲは離相電力変換器陣）と電力系
統（１）との間に挿入されたインピーダンスのインダク
タンス分および抵抗分、８Ｌは電力系統（１）から印加
される電圧、（７）は前記電圧８Ｌを検出するための電
圧検出器、そして、（ざ）は電流コントローラでろって
、前記電圧検出器（り）による検出電圧（これは電力系
統（１）から印加される電圧に等しい）ｅＬと前記減算
器（６）からの電流偏差値（ｂ　ｃ　”　　ｂ　ｃ　）
とに基づき、下記（コ）式にしたがって単相電力変換器
（り）の出力ｅ。

に対する指令値電圧ｅ♂を算出するためのものである。

ｅ０申　＝（Ｑ♂＋Ｋｖ（Ｌ。”−Ｌｃ））Ｒ＋ｅＬ　
　・−−−・−（２）こ＼で、Ｋｖは下記（３）式で表
わされる。

／、−で こ＼に、Ｔ８は゛電流コントローラ（ざ）のサンプリン
グ間隔でｓｂ、τはＬおよびＲの値に依存して定まる時
定数（τ＝２）でるる。そして、この第Ｓ図に示される
ような逆起電力を富む電力回路における最短時間制御ア
ルゴリズムが前記（２）式および（３）式で与えられる
ことは既に知らｔている（前出の資料５ＰＣ−＆、？−
４１　　を参照）。前記第５図の電力回路において、い
ま、電流コントローラ＜１＞によシ、める所定の指令値
電圧ｅ。＊が算出されると、単相電力変換器（μ）は前
記指令値電圧ｅ。″の印加に応じて電圧ｅ。を出力させ
る。そして、この結果として、単相電力変換器（６）か
らの出力電流り。は、指令値電流↓。＊に対してｌサン
プル時間遅れて追従することになる。このようにしてな
される制御がデッドビート制御と呼ばれるものでめシ、
るる所定の値をもつ電流指令に対し極めて短時間で出力
応答がなされるものである。第６図に示されているもの
は、第３図の電力回路における電流追従特性の例示図で
ｂる。

〔発明が解決しようとする間漠点〕

上記された従来例においてはデッドビート制御が用いら
れておシ、このため、前記第６図からも理解されるよう
に、指令値電流り。＊に対する単相電力変換器（ｔｌｌ
の出力電流Ｌｃの追従のさいに、原理的にｌサンプル時
間（第６図のＴｄ）の遅れが生じることになる。ところ
が、この遅れは、対象とする電力系統等の高次の障害電
力を補償するためには著るしい悪影響をおよぼすもので
ルシ、最悪の場合には、補償電流と障害電流とが同極性
にな夛、そのために障害電流がかえって増大してしまう
という問題点がめった。

この発明は、上記の問題点を解決するためになされたも
ので、指令値に対する実際値の遅れを補償することによ
シ、制御系の追従特性を改善することのできる制御遅れ
補償装置を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る制御遅れ補償装置は、周期性をもつ指令
値電流を追従して所定の時間遅れをもって出力電流が生
成される制御系統のための制御遅れ補償装置において、
所要の演算要素を含む未来の指令値電流の予測手段が設
けられているものでるる。

〔作用〕

この発明によれば、現在および過去の指令値電流に基づ
いて予測手段で所定の演算を施すことによシ未来の指令
値電流を予測し、この予測の結果としてえられる一次指
令値電流に応じて、遅れ補償がなされた出力電流が生成
される。

〔実施例〕

第１図は、この発明の実施例である制御遅れ補償装置の
構成図でるる。この第１図において、符号（ＬＩ）〜（
１）が付されているものは、前記された第５図の従来装
置で同一符号が付されたものと同様のものでおる。（？
）は、指令値電流ＬＣ＊を所定時間Ｔｄだけ遅延させる
第１遅延素子、（１０）は第１遅延素子（９）の出力を
さらに所定時間Ｔｄだけ遅延させる第コ遅延素子、（１
１）は指令値電流り。拳と第１遅延素子（ワ）の出力と
の差をとる減算器、（ｌコ）は＄、算器（／ｌ）の出力
を３倍する係数器、（１３）は係数器（ｉ、ｔ）の出力
と第コ遅延素子（ｔＯ）の出力との和を求める加算器で
ある。そして、予測手段（−Ｏ）は、これらの演算要素
、すなわち、第１遅延素子（９）、第２遅延素子（ｌＯ
）、減算器（ｉｔ）、係数器（ｔ２）、および加算器（
ｔＪ）ＩＩＣよって構成されている。また、第２図は、
上記実施例における予測の原理を説明するためのグラフ
図でｂる。

次に、第１図および第２図を参照しながら、上記実施例
の動作について説明する。ここでは、電流コントローラ
（ｆｆ＞がデッドビート制御を行なっておシ、その制御
遅れがＴｄでるるものとして説明する。いま、第１．第
コ遅延素子（９）、（／θ）の遅延時間は、いずれもＴ
ｄ　Ｋ設定されておシ、現在時点をｔ−ｔｎとしたとき
、第１遅延素子（り）の出力は現在時点ｔｎよりもＴｄ
だけ過去の時点１ｎ−、における指令値柘−７を示して
おシ、これに対して、第コ遅延素子（ｌＯ）の出力は現
在時点ｔｎよシもコＴｄだけ過去の時点１ｎ−、におけ
る指令値・。−ユを示している。第２図は、現在時点ｔ
ｎにおける指令値Ｌｎと過去の時点における一個の指令
値ｋ　ｎ−ｔ　ｔＬ　との都合３回の指令値に基づき、
現在時点ｔｎｎ−コ よｌｅｔ　’ｒｄだけ未来の指令値Ｌｎ＋／を近似的に
予測する原理を説明するためのグラフ図でるる。こ＼で
、前述されたように現在時点がｔｎであり、Ｔｄだけ過
去の時点１ｎ−、における指令値が”　ｎ−／　ｒ　Ｊ
Ｔｄだけ過去の時点１ｎ−、における指令値が籟−２で
あシ、Ｔ、たけ未来の時点ｔｎ＋／における指令値を”
Ｑ＋１とする。この未来の指令値”ｎ＋１　を予測する
ためには、前述された過去および現在の指令値＝ｎ−，
’”ｎ−／”Ｅｌに対応する座標位置を通る２次曲線を
求め、この先に籟＋７が存在するものとして、外挿的な
やり方で前記籟や、を予測する。いま、上記９個の指令
値に夫々に対応する座標位置を通る一次曲線の式が次の
（１）式のように表わされるものとする。

Ｌ　”　＝　ａｔ、’　＋ｂｔ＋　Ｃ（１）ｉｒ　　　
Ｌ　　　Ｌ　　およびｂ　　は、いずれも上記（７１式
％式％ を満足するものでるることから、下記の（λ）〜（５）
式が成立する。

ｂ　　　＝ａ　（ｔｎ−コＴｄ）’＋ｂ（ｔｎ−ｘＴｄ
）＋ｃ　　　　（２）ｎ−λ ＝　　　　　　＝ａ（ｔ、−’ｒｄ）’÷ｂ（ｔｎ−Ｔ
ｄ）トｃ　　　　　　　　　　　　　（３）ｎ−／ ルｎ−ａｔｎ＋ｂｔ、ｎ＋ｃ　　　　　　　　　　　　
（＜’）Ｌ　　　　　＝　ａ　（ｔ、ｊＴｄ）’＋ｂ（
ｔｎ”Ｔｄ）÷ｃ　　　　　　　　　　　（ｊ）Ｈ＋１ そして、これらの式からｔ、１．Ｔ、、ａ、ｂ、ｃを消
去することによシ、Ｌｎ−ｎ−・・８ｎ−・とＬｎ＋・
との関係式が次の（Ａ１式のように求められる。

↓　＝　＝　　＋ｙ（＝ｎ−籟一、　）　　　　　　（
Ａ）ｎ＋１　　　　　ｎ＋コ この（６）式の演算を行なうことによシ、現在値りと過
去のコつの値Ｌｎ−、、籟や、とから、未来の値”ｎ＋
／を予測することができる。

予測手段（２０）は、このような演算機能を実現するも
のであ）、例えば、現在時点をｔｎとしたとき、入力さ
れるり。。の値は焔、第１遅延素子（テ）からの出力は
ＬＤ−／　’第１遅延素子（ｔＯ）からの出力１ｌｔＬ
ｎ−、となっているために、減算器（１１）からの出力
１ｌｔ（Ｌｎ　　”ｎ−／）となシ、また、係数器（ｌ
コ）からの出力はｊ　（Ｌｎ−籟−、）となる。したか
って、加算器（１３）の出力でめるり。は、お。　　　
−輻−２＋　３（ル　−　ル　　　　）＝　Ｌｎ＋ｌｎ
　　　　　ｎ−／ となって、時間的にＴｄだけ先行する未来時点について
予測された値となる。

こ＼で第３図を参照すると、この第３図は、前記第１図
におけるこの発明の実施例の動作波形図でるる。その中
で、第３図（ａ）は、指令値電流ル。

の波形図、第３図（ｂ）は、予測手段（２０）からの出
力である一次指令値電流、そして、第３図（ｃ）は、デ
ッドビート制御系からの出力電流り。の波形図でめる。

この第３図を参照することで理解されるように、２次指
令値電流Ｌｒは指令値電流・どに対してＴｄだけ時間的
に進んでおシ、また、出力電流り。は２次指令値電流Ｌ
ｒに対してＴｄだけ時間的に遅れていることから、出力
電流り。は指令値電流Ｌ０に対して時間的な遅れを生じ
ないことになる。

なお、上記実施例は、能動形波形改善装置に対して適用
されるものとして説明したが、これまでの説明で明らか
なように、この発明は、所定の目標値にその出力を追従
させることを目的としためらゆるデッドビート制御系に
対して適用することが可能である。さらには、デッドビ
ート制御系以外の制御系であっても、所定の時間の遅れ
を有する制御系であれば、同様にしてこの発明を適用す
ることができる。

また、前記された（６）式と同様の計算を、その順序を
変更して行なっても何ら問題はない。例えば、Ｌ　　　
＝３ｉ＝＋（籟−ユー３籟−１）のようにして行なｎ＋
１　　　　　　　ｎ つても、上記実施例と同様の効果を奏する。

〔発明の効果〕

以上説明されたように、この発明に係る制御遅れ補償装
置は、周期性をもつ指令値電流に追従し７て所定の時間
遅れをもって出力電流が生成される制御系統のための制
御遅れ補償装置において、所要の演算要素を含む予測手
段が設けられたで４成のものであり、現在および過去の
指令値電流に基づいて前記予測手段で所定の演算を施す
ことによシ未来の指令値電流を予測し、この予測の結果
として見られる２次指令値電流に応じて、遅れ補償がな
された出力電流が生成されるものでろることから、デッ
ドビート制御系のような制御系の追従特性が著しく改善
されるといった効果が奏せられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例である制御遅れ補償装置
の構成図、第２図は、上記実施例における予測の原理を
説明するための例示図、第３図は、上記実施例の動作を
説明するための動作波形図、第９図は従来の能動形波形
改善装置の概略構成図、第５図は、従来の電流制御装置
の構成図、第６図は上記従来装置の動作を説明するため
の動作波形図でるる。 （ｌＩ）は単相電力変換器、（夕）は゛電流検出器、（
Ａ）、　（ｔ　ｔ　）は減算器、（７）　＃：を電圧検
出器、（ｇ）は電流コントローラ、（９）、（ｔＯ）　
　は第１．第コ遅延素子、（ｌコ）は係数器、（１３）
は加算器、（２ｏ）は予測手段。 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）周期性をもつ指令値電流に追従して所定の時間遅
   れをもつて出力電流が生成される制御系統のための制御
   遅れ補償装置において、所要の演算要素を含む予測手段
   が設けられており、現在および過去の指令値電流に基づ
   いて前記予測手段で所定の演算を施すことにより未来の
   指令値電流を予測し、この予測の結果としてえられる２
   次指令値電流に応じて、遅れ補償がなされた出力電流が
   生成されることを特徴とする制御遅れ補償装置。
2. （２）前記予測手段に含まれている所要の演算要素は、
   同一の時間遅れを有し、互いに直列にされている第１お
   よび第２遅延素子、現在の指令値電流が直接に、および
   、前記第１遅延素子を介して加えられる減算器、前記減
   算器からの出力を受入れて所定倍率の出力を生じさせる
   係数器、および、前記係数器および前記第２遅延素子か
   らの出力を受入れてそれらの和の出力を生じさせる加算
   器であつて、前記第一遅延素子は前記第１遅延素子から
   の出力を受入れてさらに時間遅れをもつ出力を生じるよ
   うにされている特許請求の範囲第１項記載の制御遅れ補
   償装置。