JPS62208111A - 予測制御装置 - 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、デッドビート制御系等において目標値の追
従特性を改善するための予測制御装置に関するものでｓ
ｂ、特Ｋ、例えば能動形波形改善装置のような、目標値
がおおむね周期的に現われるもののための予測制御装置
に関するものでおる。

〔従来の技術〕

この種の予測制御装置が適用されるものとしては、前記
された能動形波形改善装置をあげることができる。第６
図に例示されているものは、昭和ｒｇ年／／月１７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
の発明の発明者でる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５Ｐ
Ｃｔ３−りｌ参照）。この第６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
装置である。

このような装置において、負荷電流Ｌｕ８．Ｌｖ８．輸
。

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”ｕＣＩ　ＬＶＣＩ　ＬＷＣ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”ｕ、Ｌ’Ｖ”Ｗ　は夫々に下記
（１）式で表わされる。

Ｌｕ　”’　Ｌｕｅ　＋ＬｕＣ Ｌｖ＝匂。十〜。　　　　　　・・・・・・（１）憎＝
憎。＋”ｗｃ こ＼で、電力系統（１）からの前記電流”ｕｌ”Ｖｌ”
Ｗは平衡三相変流のものであることが望ましい。

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７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されている。この第７
図において、（９）は重相電力変換器、（５）は電流検
出器でるって、単相電力変換器（ｔＩ）からの出力電流
り。を検出するためのもの、（Ａ）は減算器であって、
電流検出器（５）による検出電流（これは重相電力変換
器（グ）からの出力電流に等しい）Ｌｏ　と、障害電流
とは逆極性で大きさの等しい指令値電流り。′との差を
とるためのもの、ＬおよびＲは重相電力変換器（弘）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、ｅＬは電力系統（１）か
ら印加される電圧、（ワ）は前記電圧ｅＬを検出するた
めの電圧検出器、そして、（７）は電流コントローラで
ろって、前記電圧検出器（７）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（Ａ）からの電流偏差値（Ｌ。”−Ａｏ）とに
基づき、下記（コ）式にしたがって単相電力変換器（４
＝）の出力θ。

に対する指令値電圧ｅどを算出するためのものでるる。

ｅＣ”　＝（”Ｃ０＋Ｋｖ（Ｌ。”−”ｃ））Ｒ＋ｅＬ
　　・・・（コ）こ＼に、Ｋｖは下記（３）式で表わさ
れる。

ｓ と＼に、ＴＩ３は電流コントローラ（ざ）のサンプリン
グ間隔で１）、τはＬおよびＲの値に依存して定まる時
定数（τ＝百）である。そして、この第７図に示される
ような逆起電力を含む電力回路における最短時間制御ア
ルゴリズムが前記−）式および（３）式で与えられるこ
とは既に知られている（前出の資料８ＰＣ−ｆｆｊ−μ
ｌを参照）。前記第７図の電力回路において、いま、電
流コントローラ＜１７）によシ、るる所定の指令値電圧
ｅ。＊が算出されると、単相電力変換器（ｔＩ）は前記
指令値電圧ｅｃ。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（りからの
出力電流す。は、指令値電流り。１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、１）、あ
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３図に示されているものは
、第７図の電力回路における電流追従特性の例示図であ
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

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、前記第を図からも理解されるよう
に、指令値電流Ｌｃ＊に対する単相電力変換器（弘）の
出力電流り。の追従のさいに、原理的に／サンプル時間
（９５１図のＴｄ）の遅れが生じることＫ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
あり、最悪の場合には、補償電流と障害電流とが同極性
になシ、そのために障害電流がかえって増大してしまう
という問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、指令値電流を所定の制御遅れ分だけ予測して
制御系に与えることによシ、前記された電流制御系の追
従の遅れを補償できる予測制御装置を提供することをそ
の目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る予測制御装置は、周期成分と非周期成分
とからなる指令値電流に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予測制御装置
において、過去の指令値電流に基づいて指令値電流の実
質値の周期成分を推定する推定機能部と、前記推定機能
部の出力を前記所定の時間遅れ分だけ進ませる第１予測
機能部と、前記指令値電流の実際値と、前記推定機能部
からの出力との差を求める減算器と、前記減算器からの
出力について例えば２次近似演算を施して、非周期成分
を前記所定の時間遅れだけ予測する第λ予測機能部と、
前記第１．第２予測機能部からの出力を加算することに
よシコ次指令値電流を生成する加算器とが設けられてい
るものである。

〔作用〕

この発明によれば、過去の指令値電流に基づいて周期成
分を推定し、この推定値を所望の時間分だけ進ませるこ
とによってその予測値を求め、−万、前記推定値と指定
値電流の現在値との差をとることにより非周期成分を検
出し、所要の、例えば、２次近似演算を施して所定時間
先の値を予測し、これら周期成分の予測値と非周期成分
の予測値との和をとることによシ、制御遅れ時間分だけ
進められた指令値電流を求め、これを２次指令値電流と
して使用するようにされる。

〔実施例〕

第１図は、この発明の実施例である予測制御装置の構成
図でるる。この第１図において符号（ｔＩ）〜（ｆｆ）
が付されているものは、前記された第７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るる。（コＯ）
は、指令値電流りどの値に基づいて周期成分推定値ｉを
導出する推定機能部、（３ｏ）は前記周期成分推定値ｒ
から周期成分予測値ｒりれた差εから非周期成分予測値
ｎ＊＊を導出する第λ予測機能部、そして、（ｔ７）は
前記されたピ０とｎ　との和を求め、対象の制御系に与
えるべき２次指令値電流り。Ｏを導出する加算器である
。

いま、指令値電流りどに含まれている周期成分はｒ　（
ｔ）でめシ、また、非周期成分ｔｄ　ｎ　（ｔ）でるる
ものとする。こ＼で、γ（１，）は予測可能な成分であ
ることから、過去の値に基づいて推定することができる
。いま、この推定値デ（１，）が下記（ｌＩ）式で表わ
されるものとする。

ここで、ａｋ（ｋ＝ｔ、２．・・曲、ｍ）は荷重係数で
るる。そして、前記推定値７（ｔ）の推定誤差ｅを最小
にする荷重係数ａｋＦｉ以下の様に求まる。いま、評価
関数が平均２乗誤差１１　　であるものとすると、これ
は下記（り式のように表わされる。

−ｒ（ｔ）ピｄｔ　（夕） 前記ｅ’（ｔ）を最小にするｅＬｋを求めるためには下
記（６）式のようにすればよい。

すなわち、 一φ、ノＴ）＝Ｏ −φｒｒ（コＴ）＝７７（りＪ Ｂ、Ｊ ａａｍ＝（φ、、（ｏ）＋φｎｎ（ｏ）ａ１０＋φｙｒ
（（ｍ−ｔ）Ｔ）ａ、＋　、曲＋φｒ７Ｔ）ａｍ−φｒ
ｒ　（ｍＴ　）　＝０ここで、φ、、（ｏ）　、φ、、
（Ｔ）、−−−・−、φ、（ｍ’ｒ）　ｎ　ｒ　（ｔ）
。

自己相関関数であシ、φ、、（０）は、ｎｒｔ）の自己
相関関数である。いま、上記（ワ）式をマトリクス表示
すると下記（ざ）式のように表わされる。

（、ｆｌ この（ざ）式を満足するよりなａｋｔ−Ｓらかじめ求め
、これを用いて前記（弘）式の計算を行なうことによシ
、その推定誤差が最小の周期成分子（１）を推定するこ
とができる。このようにして最適の周期成分が推定でき
れば、その推定値をＴｄだけ進めて出力することによシ
、周期成分バｔ）に対する制御遅れは確実に補償される
。

前記された第１図の予測制御装置において、推定機能部
（２０）Ｆｉ、（ｆｆ）式で定められた係数ａｋを使用
し、（弘）式で示されている演算を行なうことでｒ　（
ｔ）を導出するものでメジ、また、第１予測機能部（Ｊ
Ｏ）は、前記のγ（１，）をＴｄだけ時間的に進める働
きをするものでるる。

また、この第２図における減算器（ｔＡ）、第２予測機
能部（Ｉｌｏ）および加算器（１７）は、非周期成分ｎ
　（ｔ）を処理するためのものでるる。すなわち、減算
器（１６）において、周期成分子　（ｔ）の推定値γ（
１）と指令値電流ＬＣ＊との差ｔを求めることによシ非
周期成分ｎ　（ｔ）を検出し、第λ予測機能部（ｐｏ）
でこれをＴｄだけ進めた非周期成分予測値ｎ”（ｔ；）
として求め、加算器（／’））でこれを周期成分予測値
ｒ”（ｔ）に加算している。こ＼で、第２予測機能部（
ｔＩＯ）の動作原理を第２図について説明する。この第
２図は、上記実施例における第２予測機能部（（１０）
の動作を説明するためのグラフ図でるる。

いま、第２図において、現在の時刻ｔｎにおけるεの値
をｇｎ、それよシもＴｄだけ過去の値をｇｎ−、。

２Ｔｄｋ　’ｔｆ過去の値をεｎ、とし、これら３個の
データを使用して、ｔｎより′Ｌ′４だけ未来の値εｎ
＋／をコ次近似で予測されるものとする。このためには
、前記３個のデータｔｎ−Ｊ、εｎ−７，ε。の座標位
置の全てを通る次の２次曲線 コ ε　−ａｔ　　　＝ｂｔ＋ｃ　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　Ｃり）を求め、この先に’ｎ４−／　が存在するもの
として、いわば外挿的に前記’ｆｉ＋／　を求めればよ
い。

ε　　ε　　ε　および’ｎ＋／は、いずれも上記（り
）ｎ−１１ｎ−ｆｌ　　ｎ 式を満足するものでるることから、下記の（１０）〜（
１３）式が成立する。

ｇ　　　＝ａ（ｔ、−−Ｔ　）”ｂ（ｔｎ−２Ｔｄ）”
Ｃ（１０’）ｎ−２ｎ　　　　ｄ Ｃｎ−７＝ａ（ｔｎ−Ｔｄ）１÷ｂ（ｔｎ−Ｔｄ）十ｃ
（ｌｌ）ε　　＝　ａｔ’ｎ＋ｂｔｎ＋Ｃ（／２）εｎ
＋７＝ａ（ｔｎ＋Ｔｄ）１÷ｂ　（ｔｎ＋’ｐａ　）＋
Ｃ（１３）そして、これらの式からｔｎ、Ｔｄ、ａ、ｂ
、ｃを消去することＫよシ、ｉｎ　＋εｎ−７．εｆｉ
−Ｊとεｎ＋／との関係式が、次のＯａ）式のように求
められる。

εｎ＋７＝ａ。−１＋３（ε。−εｎ−７）（ｌりこの
ｒｔ４り式の演算を行なうことＫよシ、現在値ε。

と過去の一つの値ｉｎ、、、／　Ｔεｎ−Ｊを使用して
、未来の値’ｎ＋／を予測することができる。

第２予測機能部（ＵＯ）は、このような演算機能を実現
するものでめシ、具体的には、例えば後述の第３図の一
部に示されているようにして構成されるものでろって、
（ｔＩｉ）は、εを所定時間−だけ遅延させる第１遅延
素子、（ψ２）は前記第１遅ＩＡ素子（ｔＩｔ）の出力
をさらにＴ１だゆ遅延させる第２遅延素子、（ＩＩ３）
は、Ｃと第１遅延素子（ｔＩｉ）の出力との差をとる減
算器、（ａｔＩ）は、減算器（９３）の出力を３倍する
係数器、（弘りは係数器（ｕｔＩ）の出力と第１遅延素
子（ｆｌコ）の出力とを加算する加算器でオシ、これら
によって前記第２予測機能部（Ｉｌｏ）が構成されるこ
とになる。このような第−予測機能部（ＵＯ）において
、現在時刻がｔｎでめるとき、入力されるεの値はｇｎ
、第１遅延素子口ｌ）からの出力はεｎ−１、第２遅延
素子（弘２）からの出力はｅｎ−１となっているために
、減算器（ｑ３）からの出力は（ε。−ｅｎ−２）とな
シ、また、係数器（Ｕ＜＜）からの出力は３（εニーε
。−１）とな夛、結果として見られる加算器（弘Ｓ）か
らの出力ｎ　は、 ｎ０＝ε　　＋３（ｔｎ−ε。−１）＝ε。＋７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。

そして、第１図における加算器（１７）は、２次指令値
電流Ｌｃ＊＊について、次式 ｋ　＝γ　十ｎ ↓　申＝　　　よシもＴｄ のように演算するが、これは、　。　γ＋ｎだげ進んだ
予測値となっている。

第３図に示されるものは、上記推定操作を行なうように
された、この発明の実施例装置の構成図である。ここで
は、後述される推定機能部（ａＯ）の段数は３段でめシ
、電源周期ＴはＳｔ：１分割されるものとしている。こ
の第３図において、（／コ）は推定用メモリ、（１３）
は切換スイッチであって、前記推定用メモリ（ｌコ）の
書き込み番地を切換えて指定するもの、（ｔＩＩ）は係
数乗算要素、（ｌりは加算器でるる。そして、これらの
各手段（ｌコ）。

（１３＞＋（ｌ’ｌ’Ｊおよび（１５）によって前記推
定機能部（コＯ）が構成されている。この推定機能部（
ＳＯ）に対し、める所定値の指令値電流り。＊が入力さ
れると、切換スイッチ（１３）を介して、電源周期！の
５１コ分割された時刻に対応した推定用メモリ（／ｌ）
内のメモリ要素に対しｌサイクル毎のデータがｇサイク
ル分書き込まれる。なお、前記推定用メモリ（７，２）
は１段で５１一番地を有するメモリを３段分だけ営んで
いるものでおる。これらのデータは、その書き込み時刻
に対応した時刻毎に読み出されて、係数乗算要素（ｙ４
Ｉ）で重みづげがなされ、加算器（ｔＳ）によってそれ
らの和がとられる。この加算器（１５）の出力は、切換
スイッチ（り）を介して予測データ用メモＩＩ（ｔｏ）
に書き込まれる。この結果、この予測データ用メモリ（
１０）には、前記（り弐に基づいて算出された推定値ｒ
（ｔ）が書き込まれる。そして、切換スイッチ（１１）
を介して、ｌサンプル時間Ｔｄだけ進められた推定値が
予測データ用メモリから読み出される。

第１予側機能部（３Ｑ）は、これらの切換スイッチ（テ
）、予測データ用メモ＋）（１０）および切換スイッチ
（ｔｉ）によって構成されるものでｓｂ、次いで、この
第１予測機能部（３０）の動作について、デッドビート
制御による制御遅れＴＩ：ｌが周期成分のｌサイクル期
間ＴのＪ　／　ｒ　ｔ　、２に相当するものとして説明
する。このような場合には、スイッチ（ワ）とスイッチ
（１１）とのメモリ（１０）に対する指定番地は互いに
コ番地だげずれるようＫされ、例えば、スイッチ（？）
が１番地を指定しているときＫはスイッチ（１１）は３
番地を指定するようにされる。

次に、第ダ図は、このような番地の切換え指定がフ 時間の経過とともＫどのように変化するかを例示したも
のでるる。スイッチ（９）によるメモリ（ｔＯ）の１番
地から！ｌ一番地までのスキャンは前記局荷Ｔで完了す
るようにされているため、前記メモリ（ｌθ）のｔＩＩ
地から５１一番地までの中にちょうどｌサイクル期間（
すなわち１周期Ｔ）の７の波形が記憶される。−万、ス
イッチ（１１）によるメモＩ）（ｔＯ）の読み出し番地
は、前述されたように、前記書き込み番地に対して一番
地先になるように指定されているので、メモ＋）（１０
）からは、ｌサイクル期間前の波形をλ番地分だけ進め
た波形が読み出されることになる。この結果、メモリ（
１０）から読み出される波形γ帖はｒに対してＴｄたけ
進んだ波形となる。第３図は、第を図におけるこの発明
の実施例の動作波形図である。この第５図（ａ）は、周
期Ｔをもつ指令値電流ｂｃ＊の波形図でｉｂ、これが、
所要の諸手段を通過することにによＬ同図（ｂ）のり。

”　Ｋ　示ｆように、↓串よ１−たけ進んだ波形となる
。

そして、このような波形）０をもつ一次指令値電流がデ
ッドビート制御系に対して与えられると、その出力電ｉ
＝。は、第５図（Ｃ）に示されるように、前記２次指令
値電流Ｌ０よシＴｄ遅れることから、Ｌｃ＊とり。との
間には遅れが無くなる。

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あ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おる。さらには、デッドビ
ート制御系以外の制御系でｂ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（ｌり式と同様の計算を、その順序を
変更して行なっても何ら問題はない。例えば、εｎ＋７
＝ＪＣｎ＋（εｎ−１”ｎ−／）のようにして行なつて
も、上記実施例と同様な効果を一部する。

また、メモリの分割数、書き込み、読み出しの番地指定
の偏差および推定用メモリの段数等については、これら
はこの発明の実施例装置の動作原理を何ら変更するもの
ではないから、任意に選択することができる。

〔発明の効果〕

以上説明されたように、この発明に係る予測制御装置は
、周期成分と非周期成分とからなる指令値電流に追従し
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
統のための予測制御装置において、過去の指令値電流に
基づいて指令値電流の実際値の周期成分を推定する推定
機能部と、前記推定機能部の出力を、前記所定の時間遅
れ分だけ進ませる第１予測機能部と、前記指令値電流の
実際値と、前記推定機能部からの出力との差を求める減
算器と、前記減算器からの出力について例えば２次近似
演算を施して、非周期成分を前記所定の時間遅れだけ予
測する第λ予測機能部と、前記第１．第２予測機能部か
らの出力を加算することによシコ次指令値電流を生成す
る加算器が設げられておシ、このコ次指令値電流に応じ
て出力電流が生成するようにされるものであることから
、デッドビート系のような制御系に与えられる指令値電
流と出力電流との間での時間遅れを補償することができ
、追従特性の良好な制御系を実施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るる予測制御装置の構
成図、第一図は、上記実施例における第２予測機能部の
動作説明図、第３図は、上記実施例の一部詳細な説明図
、第グ図は、上記第３図において番地の切換指定が時間
の経過とともに変化することの説明図、第５図は、上記
実施例の動作説明のための波形図、第６図は、従来の能
動形波形改善装置の概略構成図、第７図は、従来の電流
制御回路装置の構成図、第を図は、上記従来装置の動作
説明のための波形図である。 （弘）・・単相電力変換器、（り）・・電流検出器、（
６）・・減算器、（７）・・電圧検出器、（ｇ）・・電
流コントローラ、（デ）・・第１の切換スイッチ、（１
０）・・予測データ用メモリ％　（１１）・・第一の切
換スイッチ、（ｔ２）・・推定用メモリ、　（／、７）
・・切換スイッチ、（ｉｔＩ）・・係数乗算要素、（ｌ
り・・加算器、（１６）・・減算器、（１７）・・加算
器、（コθ）・・推定機能部、（３０）・・第１予測機
能部、（ａｔ）・・第１遅延素子、（グー）・・第２遅
延素子、（弘３）・・減算器、（ｕ＜ｃ）・係数器、（
ψＳ）・・加算器、（ｔＩＯ）・・第２予測機能部。 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）周期成分と非周期成分とからなる指令値電流に追
   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
   御系統のための予測制御装置において、過去の指令値電
   流に基づいて指令値電流の実察値の周期成分を推定する
   推定機能部と、前記推定機能部の出力を前記所定の時間
   遅れ分だけ進ませる第１予測機能部と、前記指令値電流
   の実際値と前記推定機能部からの出力との差を求める減
   算器と、前記減算器からの出力について所要の近似演算
   を施して、非周期成分を前記所定の時間遅れだけ予測す
   る第２予測機能部と、前記第１予測機能部からの出力と
   前記第２予測機能部からの出力とを加算することにより
   ２次指令値電流を生成する加算器とが設けられており、
   前記２次指令値電流に応じて出力電流が生成されること
   を特徴とする予測制御装置。
2. （２）前記第２予測機能部は、前記減算器からの出力を
   前記所定の時間遅れだけ遅延せしめる第１遅延素子、前
   記第１遅延素子の出力をさらに前記所定の時間遅れだけ
   遅延せしめる第２遅延素子、前記減算器からの出力と前
   記第１遅延素子からの出力との差を求め、さらにこれに
   所定の係数を乗する演算部、および、前記演算部からの
   出力と前記第２遅延素子からの出力との和を求める加算
   器からなつていることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の予測制御装置。