KR0125096B1 - 교류발전기 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 충전지를 충전하는 교류발전기를 제어해서 충전지의 전압을 목표전압으로 피드백제어하는 경우, 이 교류발전기의 부하변화나 회전수변화에 대해서도 제어의 추종응답성을 양호하게 하는 것을 목적으로 하는 것으로서, 그 구성에 있어서, 교류발전기의 목표발전전류에 대응하는 목표계자전류ift를 연산한 후, 실제로 계자코일에 흐를 예측계자전류iftd를 연산한다. 그후, 계자전류의 상기 목표치ift와 예측치iftd와의 편차diftd에 의거해서 목표계자전류ift를 1차전진보정하고 제어계자전류ifc를 연산한다. 이에 의해, 교류발전기의 계자코일의 인덕턴스에 기인하는 계자전류의 변화의 추종지연이 보상되고, 교류발전기의 발전전류는 추종지연이 적고 재빨리 목표치로 변화한다. 따라서, 축전지전압은 항상 목표전압으로 정밀하게 제어되는 것을 특징으로 한 것이다.

Description

교류발전기 제어장치

제1도(a)는 본 발명의 제1측면에 따른 구성을 표시한 블록도.

제1도(b)는 본 발명의 제2측면에 따른 구성을 표시한 블록도.

제2도는 교류발전기 제어장치의 전체구성을 표시한 전기회로도.

제3도는 교류발전기의 발전전류제어를 표시한 블록구성도.

제4도는 교류발전기의 발전전류제어를 표지한 순서도.

제5도는 비례제어 게인맵을 표시한 도면.

제6도는 적분제어 게인맵을 표시한 도면.

제7도는 교류발전기의 회전수에 대한 교류발전기의 최대발전전류특성을 표시한 도면.

제8도는 교류발전기의 발전전류 및 회전수에 대한 목표계자전류특성을 표시한 도면.

제9도는 1차전진(advance)감도계수 테이블을 표시한 도면.

제10도는 교류발전기의 제어계자전류에 대한 제어듀티율특성을 표시한 도면.

제11도는 동작설명도.

제12도는 종래 예를 표시한 설명도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 교류발전기, 1b : 계자코일,

2 : 제어기, 3 : 차량탑재축전지,

13 : 전압검출수단, Tr1 : 트랜지스터,

25 : 제어수단, 26 : 보정수단,

27 : 목표발전전류연산수단, 28 : 목표계자전류연산수단,

29 : 예측계자전류연산수단, 30 : 1차전진보정수단.

본 발명은 교류발전기에 의해 축전기의 단자전압을 제어하는 교류발전기제어장치의 개량에 관한 것이다.

종래부터, 이런 종류의 교류발전기 제어장치로서, 예를 들면 일본국 특개소 60-106338호 공보에 개시된 바와 같이, 교류발전기에 의해 충전되는 차량탑재축전기를 구비하고, 이 차량탑재축전지의 전압을 설정전압과 비교하여, 축전지전압쪽이 낮을 때에는, 제어트랜지스터를 ON제어해서 교류발전기의 계자코일에 계자전류를 흐르게 하여, 3상의 전기자코일에 발전전류를 흐르게 해서 차량탑재축전지에 충전하고, 한편, 축전지전압쪽이 높을 때에는 상기 제어트랜지스터를 off제어하는 동시에 차량탑재축전지로부터 방전해서, 축전지전압을 설정전압으로 피드백제어하도록 한 것이 알려져 있다.

그런데, 축전지전압을 목표전압으로 정밀하게 유지하기 위하여 차량탑재축전지와 그 목표전압과의 편차에 따라 계자전류를 피드백제어할 경우, 계자코일에 계자전류를 흐르게 하면, 전기자코일에는 계자전류에 정밀하게 비례하는 발전전류가 흐르나, 흐르게 해야할 필요한 계자전류의 값을 정밀하게 설정해도, 실제로 흐르는 계자전류는 계자코일의 인덕턴스의 영향에 의해 변형된 파평으로 된다. 즉, 제12도에 표시한 바와 같이, 계자전류의 변화시에는, 실선으로 표시한 목표치를 결정해도, 실제로 흐르는 계자전류에는 1점 쇄선으로 표시한 변화의 추종지연이 발생하고, 이에 의해 전기자코일에 발생하는 발전전류에도 추종지연이 발생한다. 그 결과, 차량탑재축전지의 실제 전압은 실선으로 표시한 바와 같이, 목표전압(1점쇄선으로 표시함)에 대해서 어긋난 값이 되므로, 계자전류의 값을 변경해야 할 교류발전기의 부하나 회전수에 변화에 대한 제어성이 낮은 결점이 있었다.

본 말명은 이러한 점에 비추어 이루어진 것이며, 그 목적은, 계자코일의 인덕턴스의 존재에 관계없이 실제로 흐르는 계자전류를 흐르게 해야할 필요한 계자전류치로 정밀하게 제어함으로써, 축전지전압을 목표전압에 대해서 항상 정밀하게 제어할 수 있는 교류발전기제어장치를 제공하는 데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는, 계자전류에 대해서 교류발전기의 발전특성에 따른 보정을 행하는 구성으로 한다.

즉, 본 발명의 제1측면에 따른 구체적인 해결수단은, 제1도(a)에 표시한 바와 같이, 교류발전기(1)와, 이 교류발전기(1)에 의해 충전되는 축전기(3)와, 이 축전기(3)의 전압을 검출하는 전압검출수단(l3)과, 이 전압검출수단(13)에 의해 검출된 축전지(3)의 전압과 목표전압과의 편차에 따라서 상기 교류발전기(1)의 계자코일(1b)에 흐르는 계자전류를 피드백제어하는 제어수단(25)을 구비한 교류발전기 제어장치를 전제로 한다. 그리고, 상기 제어수단(25)에 의해 제어되는 계자전류의 값을 상기 교류발전기(1)의 발전응답지연에 따라서 보정하는 보정수단(26)를 설치하는 구성으로 한다.

또, 본 발명의 제2측면에서는, 상기 본 발명의 제1측면의 보정수단(26)을 한정하고, 제1도(b)에 표시한 바와 같이, 축전지(3)의 전압과 목표전압과의 편차에 따라서 교류발전기(1)의 목표발전전류를 연산하는 목표발전전류연산수단(27)과, 이 연산수단(27)에 의해 연산된 목표발전전류 및 교류발전기(1)의 회전수에 의거해서 교류발전기(1)의 목표계자전류를 연산하는 목표계자전류연산수단(28)과, 이 연산수단(28)에 의해 연산된 목표계자전류에 의거해서 실제로 흐르는 것으로 예측되는 예측계자전류를 연산하는 예측계자전류연산수단(29)과, 상기 목표계자전류연산수단(28)에 의해 연산되는 목표계자전류와 예측계자전류연산수단(29)에 의해 연산되는 예측계자전류와의 차에 따라서 목표계자전류에 대해서 1차진행보정을 행하는 1차전진(advance)보정수단(30)으로 구성한다.

또, 본 발명의 제3측면에서는, 상기 본 발명의 제2측면의 예측계자전류연산수단(29)은, 목표계자전류를 1차가중평균처리해서 예측계자전류를 얻는 것으로 구성한다.

이상의 구성에 의한 본 발명의 제1측면에서는, 교류발전기(1)의 계자전류의 값이 이 교류발전기(1)의 발전응답지연에 따라서 보정되고, 이에 의해 교류발전기(1)의 계자코일의 인덕턴스의 존재에 기인하는 계자전류의 변화시의 추종지연이 보상되므로, 실제로 흐르는 계자전류의 값이 목표치에 접근하고, 그 결과, 교류발전기(1)의 발전전류가 신속하게 변화하여 목표치와 같게 흐르고, 축전지(3)의 전압이 교류발전기(1)의 부하나 회전수의 변화에 관계없이 항상 목표전압에 피드백제어된다.

또, 본 발명의 제2측면에서는, 목표발전전류에 의거해서 이 전류를 흐르게 해야할 값의 목표계자전류가연산되고, 그후, 이 목적계자전류치와 실제로 흐를 것으로 예측되는 예측계자전류치와의 편차를 가지고, 목표계자전류치가 1차전진보정되므로, 계자코일에는 실제로도 거의 상기 연산된 목표계자전류가 흐른다. 그 결과, 계자전류의 변화시에도 축전지전압은 목표전압에 정밀하게 피드백제어된다.

이 경우, 본 발명의 제3측면에서는 예측계자전류치가 l차가중평균처리에 의해 연산되므로 실제로 흐를 계자전류치가 정밀하게 예측된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 제1측면의 교류발전기 제어장치에 의하면, 목표계자전류치에 교류발전기의 발전응답지연에 따른 보정을 행하고, 계자코일의 인덕턴스에 기인하는 계자전류변화시의 추종지연을 보상하였으므로, 교류발전기의 부하나 회전수의 변화에 관계없이 교류발전기의 발전전류치를 정밀하게 제어할 수 있고, 이에 의해 항상 축전지전압을 목표전압으로 피드백제어할 수 있다.

특히, 본 발명의 제2측면에 의하면 목표계자전류치에 의거해서 실제로 흐르는 것으로 예측되는 예측계자전류치를 연산하고, 이 예측계자전류치와 목표계자전류치와의 편차에 의거해서 목표계자전류치에 대해서 1차전진보정을 행하여, 실제로 흐르는 계자전류를 목표계자전류치로 정밀하게 제어할 수 있으몰, 더한층 축전지 전압을 목표전압으로 정밀하게 피드백제어할 수 있다.

또, 본 발명의 제3측면에 의하면, 예측계자전류치를 1차 가중평균처리에 의해 예측하였으므로, 실제로 흐르는 계자전류치를 정밀하게 예측할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 제2도 이하의 도면에 의거해서 설명한다.

제2도는 본 발명을 차량용 교류발진기 제어장치에 적용한 전체구성도를 표시한다. 동 도면에 있어서, (1)은 타여자교류발전기로 이루어지고, 엔진의 출력축에 구동연결된 교류발전기로서, 그 내부에는 3상의 전기자코일(1a)과, 9개의 정류용 다이오드(D1)∼(D9)와, 계자코일(1b)이 구비되어 있다.

또, (2)는 상기 교류발전기(1)의 발전전류를 제어하는 제어기, (3)은 상기 교류발전기(1)로부터 전기공급용 하네스(전기공급용 배선)(4)를 통하여 충전되는 차량탑재충전지, (5)는 이 차량탑재충전지(3)에 차량의 점화키(6)를 개재해서 접속된 출력권선이나 러어열선 등의 차량탑재전기부하이다.

상기 제어기(2)의 내부에는, 상기 교류발전기(1)의 계자코일(lb)에의 통전을 듀티제어하는 제어트랜지스터Tr1과, 내부에 CPU를 가진 제어유닛(l0)의 구비되어 있다. 이 제어유닛(100의 A/D단자(10a)에는 교류발전기(1)의 정류다이오드(D7)∼(D9)를 통하여 내부발전전압신호가 입력되는 동시에, 다른 A/D단자(10b)에는 차량탑재축전지(3)의 단자전압(Vs)이 인가되어, 이 A/D단자(10b)에 단자전압(Vs)이 입력됨으로써, 차량탑재축전지(3)의 단자전압 Vs를 검출하는 전압검출수단(13)을 구성하고 있다. 또, 다른 A/D단자(10c)에는 차량주위의 흡기온도를 검출하는 흡기온도센서(11)의 흡기온도신호가 입력되는 동시에 PWM단자(10d)에는 상기 제어트랜지스터Tr1의 베이스가 접속되고, PO단자(10e)에는 경고램프(12)를 점등제어하는 트랜지스터Tr2의 베이스가 접속된다.

다음에, 제어기(2)에 의한 교류발전기(1)의 발전전류제어를 제3도의 블록도에 의거해서 설명한다. 동도면에 있어서, (15)는 상기 흡기온도센서(11)의 흡기온도신호에 의거해서 차량탑재축전기(3)의 전해액의 온도를 추정하고, 이 온도에 의거해서 차량탑재축전지(3)의 목표전압Vreg를 설정하는 목표전압설정수단이고, (16)은 이 목표전압설정수단(15)의 목표전압Vreg로부터 차량탑재축전지(3)의 단자전압Vs를 감산하는 감산이다. 또, (17)은 교류발전기(1)의 목표발전전류를 비례-적분제어에 의해 설정하는 목표발전전류설정수단으로서, 상기 감산기(16)에 의해 얻은 전압편차 △V=(Vreg-Vs) 및 교류발전기(1)의 회전수로서 엔진회전수 Ne를 입력하고 이 전압편차 △V, 비례정수 Kp 및 적분정수 Ki에 의거해서 목표발전전류 ia를

ia = Kp·△V+Ki · △Vdt

의 식으로부터 산출설정하는 것이다.

또, (l8)은 상기 목표발전전류설정수단(17)에 의해 설정된 목표발전전류ia와 엔진회전수Ne의 신호를 받아, 미리 기억하는 맵으로부터 이 엔진회전수Ne 및 목표발전전류ia에 따른 목표계자전류ift를 연산하는 목표계자전류연산수단, (l9)는 이 목표계자전류연산수단(18)에 의해 연산된 목표계자전류ift에 대해서 1차 진행보정을 행하고, 제어계자전류ifc를 연산하는 제어계자전류연산수단, (20)은 이 제어계자전류연산수단(19)에 의해 연산된 제어계자전류ifc에 대응하는 제어듀티율fduty를 구하고, 이 제어듀티율fduty를 상기 트랜지스터tr1의 베이스에 출력하는 제어듀티율연산수단이다. 또한, 도면에 있어서, (21)은 상기 목표발전전류설정수단(17)에 의해 설정된 목표발전전류ia에 의거해서 엔진의 아이들회전수를 차량탑재전기부하(5)의 동작시에 보정하는 아이들회전수 전기부하보정수단이다. 또한, 도시하지 않았으나, 제어기(2)에는 테스트스위치가 접속되고, 이 데스트스위치의 on시에는 계자코일(1b)의 계자전류를 설정치로 고정유지하도록 트랜지스터Tr1을 듀티제어하는 기능이 부가되어 있다.

이어서, 상기 제어기(2)에 의한 교류발전기(1)의 발전전류제어를 제4도의 제어순서에 의거해서 설명한다. 개시해서, 스텝 S1에서 흡기온도, 축전지전압Vs 및 엔전회전수Ne 등을 입력한 후, 스텝 S2에서 상기 판독 입력한 흡기온도에 의거해서 차량탑재축전지(3)의 목표전압Vreg를 보정연산한다. 그후, 스텝 S3에서 상기 축전지전압Vs와 목표전압Vreg와의 편차 △V(Vreg-Vs)를 연산하고, 그 편차 △V에 따라서 제5도 및 제6도에 각각 표시한 비례제어 게인맵 및 적분제어 게인맵으로부터 비례제어게인iap 및 적분제어게인iai를 판독하고, 이 양쪽의 제어게인에 의거해서 교류발전기(1)의 목표발전전류 ia를 피드백 보정한다. 그런데, 제5도 및 제6도의 각 제어게인맵은, 미리 전압편차 △V가 큰 값으로 될수록 제어게인이 큰 값으로 결정되는 특성을 가지도록 설정되어 있다.

그후는, 상기 설정한 목표발전전류ia가 교류발전기(1)의 최대발전전류를 초과하지 않도록, 스텝 S4에서 제7도에 표시한 최대목표발전전류테이블에 의거해서 엔진회전수Ne에 따른 최대목표발전전류iamax를 판독입력하고, 스텝 S5에서 상기 목표발전전류 ia를 최대목표발전전류iamax로 제한한 후, 스템 S6에서 이 제안된 목표발전전류ia 및 엔진회전수Ne에 의거해서 제8도에 표시한 맵으로부터 목표계자전류 ift를 판독 입력한다. 그런데, 제8도의 목표계자전류맵은, 교류발전기(1)의 발전전류가 계자전류와 회전수에 비례하므로 목표발전전류ia가 많을수록, 또 교류발전기회전수(엔진회전수 Ne)가 높을수록, 목표계자전류ift를 큰 값으로 설정하는 특성이 있다.

이어서, 스텝 S7에서 상기 판독한 목표계자전류ift에 하기 식으로 표시한 1차가중평균처리를 실시함으로써, 이 목표계자전류ift하에서 트랜지스터Tr1를 제어하면 실제로 흐를 것으로 예측되는 예측계자전류iftd(제1도(1) 참조)를 연산한다.

iftd = KFLPF × iftd + (1-KFLPF) × ift

(KFLPF는 정(定)수)

그후, 스텝 S8에서 상기 목표계자전류 ift와 예측계자전류iftd와의 편차iftd(=ift-iftd)를 연산하고, 스텝 S9에서 상기 구한 편차diftd에 의거해서 제9도에 표시한 테이블로부터 계자전류의 1차전진감도계수fadv(O≤fadv≤1)를 판독하고, 스텝 S10에서 상기 감도계수fadv 및 목표계자전류ift 및 후술하는 예측계자전류iftd에 의거해서 계자코일(lb)에 흐르게 해야할 제어상의 계자전류ifc(제11도 참조)를,

ifc = (ift - fadv × iftb)/(1 - fadv)

의 식으로부터, 상기 예측계자전류 iftb의 역함수로서 연산한다.

그 후는, 스텝 S11에서 예측계자전류 iftb를,

iftb = fadv × iftb +(1 - fadv) × ifc

의 식에 의거해서 산출한 후, 스텝 S12에서 제10도에 표시한 테이블로부터 제어계자전류ifc에 따른 제어듀티율fduty를 판독입력하고, 스텝 S13에서 이 제어듀티율fduty에 의해 트랜지스터Tr1을 듀티제어해서, 복귀한다.

따라서, 상기 제4도의 제어순서에 있어서, 스텝 S1∼S3, S6, S12 및 S13에 의해, 차량탑재축전지(3)의 단자전압Vs와 목표전압Vreg와의 편차 △V에 따라서 교류발전기(1)의 발전전류 ia를 비례 및 적분의 각 제어게인iap,iai에 의해 피드백보정한 후, 이 발전전류ia를 제8도의 맵에 의거해서 목표계자전류ift로 치환하고,이 목표계자전류ift에 따른 제어듀티율fduty에 의해 트랜지스터Tr1을 듀티제어함으로써, 이 목표계자전류ift를 축전지전압Vs와 목표전압Vreg와의 편차 △V에 따라서 피드백제어하도록 한 제어수단(25)을 구성하고 있다. 또, 동 제어순서의 스텝 S6∼S11에 의해, 상기 제어수단(25)에 의해서 제어되는 목표계자전류ift의 값을 교류발전기(1)의 발전응답지연에 따라서 보정하여 제어계자전류ifc를 얻게 한 보정수단(26)을 구성하고 있다.

또, 상기 보정수단(26)에 있어서, 제4도의 제어순서의 스텝 S3에 의해, 차량탑재축전지(3)의 단자전압Vs와 목표전압Vres와의 편차 △V에 따라서 교류발전기(1)의 발전전류ia를 비례 및 적분의 제어게인iap, iai으로 보정연산하도록 한 목표발전전류연산수단(27)을 구성하고 있는 동시에, 스텝 S6에 의해, 상기 연산된 목표발전전류 ia 및 교류발전기회전수(엔진회전수 Ne)에 의거해서 목표계자전류ift를 연산하는 목표계자전류연산수단(28)을 구성하고, 스텝 S7에 의해, 상기 연산된 목표계자전류ift를 1차 가중평균처리해서 예측계자전류 iftd를 연산하도록 한 예측계자전류연산수단(29)을 구성하고 있다. 또 스텝 S8∼S11에 의해, 목표계자전류ift와, 예측계자전류iftd와의 편차diftd에 따라서 목표계자전류ift에 대해서 예측계자전류iftd와는 역함수의1차 전진보정을 행하여, 제어계자전류ifc를 연산하도록 한 1차전진보정수단(30)을 구성하고 있다.

따라서, 상기 실시예에 있어서는, 제11도에 표시한 바와 같이 예를 를면 차량탑재전기부하의 on동작 및 off동작에 따라 교류발전기(1)의 목표발전전류ia(제11도에서는 도시하지 않음)는 대소변경되나, 이 발전전류ia의 변화에 대응해서 목표계자전류ift를 도면중 점선으로 표시한 바와 같이 변화시켜서, 특히 피드백제어의 듀티갱신주기가 계자코일(1b)의 인덕턴스의 시정수보다도 긴 경우에는 실제로 계자코일(1b)에 흐르는 계자전류는 그 인덕턴스의 존재에 기인해서 상승 또는 하강변화에 추종지연한다. 그러나, 실제로 흐르는 계자전류치가 도면중 1점쇄선으로 표시한 바와 같이 예측되고, 이 예측계자전류iftd와 상기 목표계자전류ift와의 편차diftd에 의해 목표계자전류ift가 1차 전진보정되어서, 도면중 실선으로 표시한 바와 같이 제어계자전류 ifc가 설정되고, 이 제어계자전류ifc가 되도록 트랜지스터Tri이 듀티제어되므로, 교류발전기(1)의 계자코일(1b)에 실제로 흐르는 계자전류는 도면중 점선으로 표시한 목표계자전류ift와 대략 동등하게 되고, 계자코일(1b)의 인덕턴스의 존재에 기인하는 교류발전기(1)의 발전응답지연에 의한 계자전류의 변화의 추종지연이 보상된다. 그 결과, 교류발전기(1)에서는 차량탑재전기부하의 on 또는 off 동작시에도, 발전전류는 추종지연없이 재빨리 양호하게 변화하므로, 차량답재축전지(3)의 단자전압은 목표전압으로 양호하게 제어된다.

그래서, 상기 예측계자전류iftd는 1차 가중평균처리에 의해 연산되므로, 실제로 흐르는 계자전류치를 정밀하게 예측할 수 있다.

Claims (3)

1. 교류발전기와, 이 교류발전기에 의해 충전되는 축전지와, 이 축전지의 전압을 검출하는 전압검출수단과,이 전압검출수단에 의해 검출된 축전지의 전압과 목표전압과의 편차에 따라서 상기 교류발전기의 계자코일에 흐르는 계자전류를 피드백제어하는 제어수단을 구비한 교류발전기제어장치에 있어서, 상기 제어수단에 의해 제어되는 계자전류의 값을 상기 교류발전기의 발전응답지연에 따라서 보정하는 보정수단을 부가하여 구비한 것을 특징으로 하는 교류발전기제어장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 보정수단은, 축전지의 전압과 목표전압과의 편차에 따라서 교류발전기의 목표발전전류를 연산하는 목표발전전류연산수단과, 이 목표발전전류연산수단에 의해 연산된 목표발전전류 및 교류발전기의 회전수에 의거해서 교류발전기의 목표계자전류를 연산하는 목표계자전류연산수단과, 이 목표계자전류연산수단에 의해 연산된 목표계자전류에 의거해서 실제로 흐른다고 예측되는 예측계자전류를 연산하는 예측계자전류연산수단과, 상기 목표계자전류연산수단에 의해 연산된 목표계자전류와 상기 예측계자전류연산수단에 의해 연산된 예측계자전류와의 차에 따라서 목표계자전류에 대해서 1차전진보정을 행하는 1차전진보정수단으로 이루어진 것을 특징으로 하는 교류발전기 제어장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 예측계자전류연산수단은, 목표계자전류를 1차 가중평균처리해서 예측계자전류를 얻는 것을 특징으로 하는 교류발전기 제어장치.