JP2001045779A - 可変速装置 - Google Patents
可変速装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 マイクロコンピュータの制御・演算の基に、
電流制御系の基準位相を速度検出値から求めると、速度
検出値と実際の速度との誤差が大きくなり、電流やトル
ク精度が低下する。 【解決手段】 速度制御部4は速度制御周期毎に電動機
2の速度設定値と速度検出値との偏差を基に電流指令を
得、電流制御部6は速度制御周期よりも短い周期にした
電流制御周期毎に電流指令と変換器5からの電流検出値
との偏差を基に電圧指令を得、電圧制御部7は電圧指令
と電動機の基準位相に従ってインバータ主回路1の出力
電圧を制御する。速度変化量検出部8は、ロータリエン
コーダ3Aからのパルスを電流制御周期毎に計数して電
動機の速度変化量を検出する。位相検出部9は、電流制
御周期毎の速度変化量に係数を乗じて位相変化量を求
め、この位相変化量を積算することで基準位相を検出す
る。
電流制御系の基準位相を速度検出値から求めると、速度
検出値と実際の速度との誤差が大きくなり、電流やトル
ク精度が低下する。 【解決手段】 速度制御部4は速度制御周期毎に電動機
2の速度設定値と速度検出値との偏差を基に電流指令を
得、電流制御部6は速度制御周期よりも短い周期にした
電流制御周期毎に電流指令と変換器5からの電流検出値
との偏差を基に電圧指令を得、電圧制御部7は電圧指令
と電動機の基準位相に従ってインバータ主回路1の出力
電圧を制御する。速度変化量検出部8は、ロータリエン
コーダ3Aからのパルスを電流制御周期毎に計数して電
動機の速度変化量を検出する。位相検出部9は、電流制
御周期毎の速度変化量に係数を乗じて位相変化量を求
め、この位相変化量を積算することで基準位相を検出す
る。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、速度制御系と電流
制御系を有して電動機を可変速駆動する可変速装置に係
り、特にマイクロコンピュータで制御・演算処理を行う
ディジタル制御形の可変速装置に関する。
制御系を有して電動機を可変速駆動する可変速装置に係
り、特にマイクロコンピュータで制御・演算処理を行う
ディジタル制御形の可変速装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の可変速装置の基本構成を図4に示
す。インバータ主回路1は、交流電源から直流電力を得
る整流器と、この直流電力から電圧及び周波数を制御し
た交流電力に変換するIGBT等の半導体素子の3相ブ
リッジ構成とそれらのゲート制御回路を有し、交流出力
で電動機2を駆動する。電動機2にはロータリエンコー
ダ3Aと速度検出回路3B等で構成される速度検出器3
を設け、速度検出信号を得る。
す。インバータ主回路1は、交流電源から直流電力を得
る整流器と、この直流電力から電圧及び周波数を制御し
た交流電力に変換するIGBT等の半導体素子の3相ブ
リッジ構成とそれらのゲート制御回路を有し、交流出力
で電動機2を駆動する。電動機2にはロータリエンコー
ダ3Aと速度検出回路3B等で構成される速度検出器3
を設け、速度検出信号を得る。
【0003】速度制御部4は、速度検出器3からの速度
検出値と速度設定値との偏差を比例・積分演算して電流
指令を得る。3相/2相変換器5は、インバータ主回路
1の2相又は3相の出力電流から速度検出器3から得ら
れる基準位相を基に直流に変換する。電流制御部6は、
速度制御部4からの電流指令と変換器5からの直流電流
との偏差を比例・積分演算して電圧指令を得る。電圧制
御部7は、速度検出器3からの検出速度から電動機2の
基準位相を求め、電流制御部からの電圧指令と基準位相
に従ってインバータ主回路1の出力電圧を制御する。
検出値と速度設定値との偏差を比例・積分演算して電流
指令を得る。3相/2相変換器5は、インバータ主回路
1の2相又は3相の出力電流から速度検出器3から得ら
れる基準位相を基に直流に変換する。電流制御部6は、
速度制御部4からの電流指令と変換器5からの直流電流
との偏差を比例・積分演算して電圧指令を得る。電圧制
御部7は、速度検出器3からの検出速度から電動機2の
基準位相を求め、電流制御部からの電圧指令と基準位相
に従ってインバータ主回路1の出力電圧を制御する。
【0004】このような構成の可変速装置において、速
度制御部4と電流制御部6をアナログ回路構成とする場
合もあるが、最近では制御・演算の精度を高めるため
に、マイクロコンピュータを使用したディジタル制御形
とするものが多い。
度制御部4と電流制御部6をアナログ回路構成とする場
合もあるが、最近では制御・演算の精度を高めるため
に、マイクロコンピュータを使用したディジタル制御形
とするものが多い。
【0005】図5は、図4の具体例を示し、制御系の制
御・演算をマイクロコンピュータで処理するベクトル制
御方式の構成図である。速度制御演算部11は、速度指
令N*と誘導機のロータの速度検出値ωrとを比較して
トルク電流指令IT*を得る。電流制御演算部121、1
22は、ベクトル制御の励磁電流指令I0*及びトルク電
流指令IT*をそれぞれ指令とし、直交2相回転座標系
上の励磁軸電流成分の検出値I1d及びトルク軸電流成分
の検出値I1qとを比較し直交2相回転座標系上の電圧指
令V1d、V1qを得る。
御・演算をマイクロコンピュータで処理するベクトル制
御方式の構成図である。速度制御演算部11は、速度指
令N*と誘導機のロータの速度検出値ωrとを比較して
トルク電流指令IT*を得る。電流制御演算部121、1
22は、ベクトル制御の励磁電流指令I0*及びトルク電
流指令IT*をそれぞれ指令とし、直交2相回転座標系
上の励磁軸電流成分の検出値I1d及びトルク軸電流成分
の検出値I1qとを比較し直交2相回転座標系上の電圧指
令V1d、V1qを得る。
【0006】座標変換部13は、2相の電圧指令V1d、
V1qを3相固定座標系の電圧Vu、Vv、Vwに2相/3
相座標変換を行う。PWMインバータ14は、電圧
Vu、Vv、Vwを指令として、これに相当するPWM波
形の電圧を誘導機15に供給する。
V1qを3相固定座標系の電圧Vu、Vv、Vwに2相/3
相座標変換を行う。PWMインバータ14は、電圧
Vu、Vv、Vwを指令として、これに相当するPWM波
形の電圧を誘導機15に供給する。
【0007】座標変換部16は、電流検出器17で検出
する誘導機15の固定座標系の3相電流を2相回転座標
系の電流I1d,I1qに3相/2相座標変換を行う。基準
位相演算部18は、座標変換部13、16での座標変換
に必要な基準位相θ1を発生する。
する誘導機15の固定座標系の3相電流を2相回転座標
系の電流I1d,I1qに3相/2相座標変換を行う。基準
位相演算部18は、座標変換部13、16での座標変換
に必要な基準位相θ1を発生する。
【0008】すべり演算部19は、励磁電流指令I0*
とトルク電流指令IT*と誘導機15の二次抵抗R2及び
励磁インダクタンスMからすべり周波数成分ωslipを求
める。基準位相演算部18では、このすべり周波数成分
ωslipに速度検出値ωrを加算して電源角周波数ω1を求
め、これを積分して基準位相(励磁軸位相)θ1を求め
る。
とトルク電流指令IT*と誘導機15の二次抵抗R2及び
励磁インダクタンスMからすべり周波数成分ωslipを求
める。基準位相演算部18では、このすべり周波数成分
ωslipに速度検出値ωrを加算して電源角周波数ω1を求
め、これを積分して基準位相(励磁軸位相)θ1を求め
る。
【0009】誘導機15のロータ速度検出は、誘導機1
5に軸結合されるロータリーエンコーダ20に回転速度
に比例した周波数のパルスを得、このパルスを位相カウ
ンタ21でカウント(演算周期の1周期分)してロータ
回転位相Δθrに変換し、基準クロック22よりの基準
パルスから時間計測タイマ23に一定周期の計測期間t
nを求め、この期間tn間の回転位相Δθrから速度演算
部24がロータ速度ωrを演算する。
5に軸結合されるロータリーエンコーダ20に回転速度
に比例した周波数のパルスを得、このパルスを位相カウ
ンタ21でカウント(演算周期の1周期分)してロータ
回転位相Δθrに変換し、基準クロック22よりの基準
パルスから時間計測タイマ23に一定周期の計測期間t
nを求め、この期間tn間の回転位相Δθrから速度演算
部24がロータ速度ωrを演算する。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】前記のベクトル制御装
置において、一点鎖線で分けて示す速度制御系と電流制
御系の各制御・演算手段(11、121、122、13、
16、18、19、21、23、24)をマイクロコン
ピュータのソフトウェア構成とする場合、通常は速度制
御系が1〜5ms程度の制御周期であるのに対し、電流
制御系が1桁速い100〜500μs程度の制御周期に
される。
置において、一点鎖線で分けて示す速度制御系と電流制
御系の各制御・演算手段(11、121、122、13、
16、18、19、21、23、24)をマイクロコン
ピュータのソフトウェア構成とする場合、通常は速度制
御系が1〜5ms程度の制御周期であるのに対し、電流
制御系が1桁速い100〜500μs程度の制御周期に
される。
【0011】したがって、図5のベクトル制御方式によ
る可変速装置など、位相制御の基準位相θ1を求めるた
めに用いる速度検出値ω1(=ωr+ωslip)は、比較的
遅い制御周期になる速度制御系で求められる。
る可変速装置など、位相制御の基準位相θ1を求めるた
めに用いる速度検出値ω1(=ωr+ωslip)は、比較的
遅い制御周期になる速度制御系で求められる。
【0012】このため、電動機をサーボ機構の駆動源と
する場合など、速度指令が時々刻々変化し、演算周期に
対して高い速度変化を伴う電動機の可変速制御では、電
流制御系で基準位相を求めるために利用する速度検出値
と実際の速度との間に誤差が発生するし、その誤差も速
度変化率によって大きく変化してしまう。
する場合など、速度指令が時々刻々変化し、演算周期に
対して高い速度変化を伴う電動機の可変速制御では、電
流制御系で基準位相を求めるために利用する速度検出値
と実際の速度との間に誤差が発生するし、その誤差も速
度変化率によって大きく変化してしまう。
【0013】図6は、速度変化率の違いによる誤差の変
化例を示す。同図において、速度制御周期が比較的長い
周期になる時刻S1,S2,…のタイミングで制御・演
算されるのに対し、電流制御周期が比較的短い周期にな
る時刻D1,D2,…のタイミングで制御・演算される
場合を示す。このような関係において、時刻D5のタイ
ミングで電流制御・演算を行うために取り込む速度は時
刻S1で求めた速度であるのに対し、電動機の速度A,
Bは時刻D5では既に変化しており、位相誤差が発生す
る。また、速度変化率が高くなるほど、位相誤差量が大
きくなる。
化例を示す。同図において、速度制御周期が比較的長い
周期になる時刻S1,S2,…のタイミングで制御・演
算されるのに対し、電流制御周期が比較的短い周期にな
る時刻D1,D2,…のタイミングで制御・演算される
場合を示す。このような関係において、時刻D5のタイ
ミングで電流制御・演算を行うために取り込む速度は時
刻S1で求めた速度であるのに対し、電動機の速度A,
Bは時刻D5では既に変化しており、位相誤差が発生す
る。また、速度変化率が高くなるほど、位相誤差量が大
きくなる。
【0014】電流制御系では、制御状態によって変化率
が変化する速度検出値から基準位相θ1を求めて電流制
御を行うと、電流波形の乱れやトルク精度の誤差となっ
てしまう。
が変化する速度検出値から基準位相θ1を求めて電流制
御を行うと、電流波形の乱れやトルク精度の誤差となっ
てしまう。
【0015】本発明の目的は、電流制御周期に比べて速
度制御周期を長くしたマイクロコンピュータ制御による
可変速装置において、速度変化率の違いにかかわらず位
相誤差量を小さくした電流制御ができる可変速装置を提
供することにある。
度制御周期を長くしたマイクロコンピュータ制御による
可変速装置において、速度変化率の違いにかかわらず位
相誤差量を小さくした電流制御ができる可変速装置を提
供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】図1に本発明の基本構成
を示す。同図が図4と異なる部分は、速度変化量検出部
8と位相検出部9を設ける。速度変化量検出部8は、電
流制御周期毎に電動機2の速度変化量を検出する。同図
の例は、ロータリエンコーダ3Aから得るパルス信号を
電流制御周期毎に計数する場合を示す。位相検出部9
は、電流制御周期毎に速度変化量に係数を乗じて位相変
化量を求め、この位相変化量を積算することで基準位相
を検出する。
を示す。同図が図4と異なる部分は、速度変化量検出部
8と位相検出部9を設ける。速度変化量検出部8は、電
流制御周期毎に電動機2の速度変化量を検出する。同図
の例は、ロータリエンコーダ3Aから得るパルス信号を
電流制御周期毎に計数する場合を示す。位相検出部9
は、電流制御周期毎に速度変化量に係数を乗じて位相変
化量を求め、この位相変化量を積算することで基準位相
を検出する。
【0017】図2は、本発明における速度変化率の違い
による位相誤差の変化例を示す。同図中で、速度変化例
Aは速度変化率の低い場合を示し、速度変化例Bは速度
変化率の高い場合を示す。これらの場合の速度変化量
は、速度制御周期S1,S2,…毎に検出すると例Aと
Bとでは大きく異なるが、電流制御周期D1,D2,…
毎に検出すると、制御周期の比DX/SXで小さくなる。
そして、電流制御周期毎の位相誤差量も小さくすること
ができる。
による位相誤差の変化例を示す。同図中で、速度変化例
Aは速度変化率の低い場合を示し、速度変化例Bは速度
変化率の高い場合を示す。これらの場合の速度変化量
は、速度制御周期S1,S2,…毎に検出すると例Aと
Bとでは大きく異なるが、電流制御周期D1,D2,…
毎に検出すると、制御周期の比DX/SXで小さくなる。
そして、電流制御周期毎の位相誤差量も小さくすること
ができる。
【0018】したがって、本発明は、電流制御のための
基準位相の検出は、制御周期が長くなる速度制御周期に
よる検出速度を使用することなく、制御周期が短くなる
電流制御周期毎に検出する速度変化量から位相変化量を
求め、この位相変化量から基準位相を求めることによ
り、速度変化率の違いにも位相誤差量を小さくした電流
制御ができるようにしたものであり、以下の構成を特徴
とする。
基準位相の検出は、制御周期が長くなる速度制御周期に
よる検出速度を使用することなく、制御周期が短くなる
電流制御周期毎に検出する速度変化量から位相変化量を
求め、この位相変化量から基準位相を求めることによ
り、速度変化率の違いにも位相誤差量を小さくした電流
制御ができるようにしたものであり、以下の構成を特徴
とする。
【0019】電動機を可変速駆動するインバータの制御
をマイクロコンピュータによるディジタル演算・制御で
行い、前記マイクロコンピュータは、速度制御周期毎に
電動機の速度設定値と速度検出値との偏差を基に電流指
令を得る速度制御系と、前記速度制御周期よりも短い周
期にした電流制御周期毎に前記電流指令と電動機の電流
検出値との偏差を基に電圧指令を得、電動機の基準位相
に対する前記インバータのゲート位相を制御する電流制
御系とを備えた可変速装置において、前記電流制御周期
毎に電動機の速度変化量を検出する速度変化量検出部
と、前記電流制御周期毎の速度変化量に係数を乗じて位
相変化量を求め、この位相変化量を積算することで前記
基準位相を検出する位相検出部とを備えたことを特徴と
する。
をマイクロコンピュータによるディジタル演算・制御で
行い、前記マイクロコンピュータは、速度制御周期毎に
電動機の速度設定値と速度検出値との偏差を基に電流指
令を得る速度制御系と、前記速度制御周期よりも短い周
期にした電流制御周期毎に前記電流指令と電動機の電流
検出値との偏差を基に電圧指令を得、電動機の基準位相
に対する前記インバータのゲート位相を制御する電流制
御系とを備えた可変速装置において、前記電流制御周期
毎に電動機の速度変化量を検出する速度変化量検出部
と、前記電流制御周期毎の速度変化量に係数を乗じて位
相変化量を求め、この位相変化量を積算することで前記
基準位相を検出する位相検出部とを備えたことを特徴と
する。
【0020】
【発明の実施の形態】図3は、本発明の実施形態を示す
ベクトル制御方式の可変速装置の構成図であり、図5と
異なる部分は、ディジタル演算により基準位相を検出す
る要素25〜28である。
ベクトル制御方式の可変速装置の構成図であり、図5と
異なる部分は、ディジタル演算により基準位相を検出す
る要素25〜28である。
【0021】図3において、コンパレータ25は、ロー
タリエンコーダ20が発生するパルス信号を波形成形及
びノイズパルスを除去して取り込むもので、この部分は
ハードウェア構成にされてパルス信号を連続的に取り込
む。
タリエンコーダ20が発生するパルス信号を波形成形及
びノイズパルスを除去して取り込むもので、この部分は
ハードウェア構成にされてパルス信号を連続的に取り込
む。
【0022】カウンタ部26は、電流制御周期毎にリセ
ットされ、コンパレータ25を通したパルス信号を計数
する。すなわち、カウンタ部26は、電流制御周期毎に
誘導機15の速度変化量に比例した計数値を得る。な
お、カウンタ部26による計数方式として、パルス信号
をPLL方式でそれを逓倍したパルス信号を計数するこ
ともできる。
ットされ、コンパレータ25を通したパルス信号を計数
する。すなわち、カウンタ部26は、電流制御周期毎に
誘導機15の速度変化量に比例した計数値を得る。な
お、カウンタ部26による計数方式として、パルス信号
をPLL方式でそれを逓倍したパルス信号を計数するこ
ともできる。
【0023】位相変化量検出部27は、電流制御周期毎
にカウンタ部26の計数値を取り込み、この計数値を今
回の制御周期での速度変化量とし、この計数値と前回の
制御周期で取り込んで一時記憶しておいた計数値(速度
変化量)との差分に係数を乗じることで制御周期毎の位
相変化量として検出する。
にカウンタ部26の計数値を取り込み、この計数値を今
回の制御周期での速度変化量とし、この計数値と前回の
制御周期で取り込んで一時記憶しておいた計数値(速度
変化量)との差分に係数を乗じることで制御周期毎の位
相変化量として検出する。
【0024】積算部28は、位相変化量検出部27から
の制御周期毎の位相変化量を積算することにより誘導機
15の基準位相θ1を求める。
の制御周期毎の位相変化量を積算することにより誘導機
15の基準位相θ1を求める。
【0025】速度検出部29は、図5の要素21〜24
と同等、または簡略化したものであり、速度制御周期毎
に速度を検出する。
と同等、または簡略化したものであり、速度制御周期毎
に速度を検出する。
【0026】したがって、ベクトル制御のための速度制
御系を比較的長い制御周期でディジタル演算・制御し、
電流制御系を比較的短い制御周期でディジタル演算・制
御するにおいて、電流制御のための基準位相は、電流制
御周期毎の速度変化量として検出し、これを基に電流制
御周期毎の位相変化量として検出し、さらには積算によ
って基準位相を検出することにより、電動機の速度変化
率が変化するも位相誤差を小さくしたベクトル制御がで
きる。
御系を比較的長い制御周期でディジタル演算・制御し、
電流制御系を比較的短い制御周期でディジタル演算・制
御するにおいて、電流制御のための基準位相は、電流制
御周期毎の速度変化量として検出し、これを基に電流制
御周期毎の位相変化量として検出し、さらには積算によ
って基準位相を検出することにより、電動機の速度変化
率が変化するも位相誤差を小さくしたベクトル制御がで
きる。
【0027】これにより、サーボ機構のように短時間で
速度が大きく変化するような可変速装置に適用した場合
にも、速度の過渡状態において電流及びトルクの制御精
度を向上させることができる。
速度が大きく変化するような可変速装置に適用した場合
にも、速度の過渡状態において電流及びトルクの制御精
度を向上させることができる。
【0028】なお、本実施形態において、基準位相を検
出するのに、誘導機のスリップ分の補償は、従来のすべ
り演算部19から求めることができるし、速度変化量か
ら推定演算したスリップ分を積算部28に加減算する構
成とすることもできる。
出するのに、誘導機のスリップ分の補償は、従来のすべ
り演算部19から求めることができるし、速度変化量か
ら推定演算したスリップ分を積算部28に加減算する構
成とすることもできる。
【0029】また、本実施形態では、ベクトル制御方式
の可変速装置に適用した場合を示すが、V/f一定制御
方式など、マイクロコンピュータによるディジタル演算
・制御による速度制御系と電流制御系を有して電動機を
速度フィードバック方式で可変速制御する装置に適用し
て同等の作用効果を得ることができる。
の可変速装置に適用した場合を示すが、V/f一定制御
方式など、マイクロコンピュータによるディジタル演算
・制御による速度制御系と電流制御系を有して電動機を
速度フィードバック方式で可変速制御する装置に適用し
て同等の作用効果を得ることができる。
【0030】
【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、電流制
御のための基準位相の検出は、電流制御周期毎に検出す
る速度変化量から位相変化量を求め、この位相変化量か
ら基準位相を求めるようにしたため、速度変化率の違い
にも位相誤差量を小さくした電流制御ができ、速度の過
渡状態において電流及びトルクの制御精度を向上させる
ことができる。
御のための基準位相の検出は、電流制御周期毎に検出す
る速度変化量から位相変化量を求め、この位相変化量か
ら基準位相を求めるようにしたため、速度変化率の違い
にも位相誤差量を小さくした電流制御ができ、速度の過
渡状態において電流及びトルクの制御精度を向上させる
ことができる。
【図1】本発明の可変速装置の基本構成図。
【図2】本発明における速度変化と位相誤差の波形図。
【図3】本発明の実施形態を示すベクトル制御方式の構
成図。
成図。
【図4】従来の可変速装置の基本構成図。
【図5】従来のベクトル制御方式の構成図。
【図6】従来の速度変化と位相誤差の波形図。
1…インバータ主回路 2…電動機 3…速度検出器 4…速度制御部 6…電流制御部 7…電圧制御部 8…速度変化量検出部 9…位相検出部 25…コンパレータ 26…カウンタ部 27…位相変化量検出部 28…積算部
Claims (1)
- 【請求項1】 電動機を可変速駆動するインバータの制
御をマイクロコンピュータによるディジタル演算・制御
で行い、前記マイクロコンピュータは、速度制御周期毎
に電動機の速度設定値と速度検出値との偏差を基に電流
指令を得る速度制御系と、前記速度制御周期よりも短い
周期にした電流制御周期毎に前記電流指令と電動機の電
流検出値との偏差を基に電圧指令を得、電動機の基準位
相に対する前記インバータのゲート位相を制御する電流
制御系とを備えた可変速装置において、 前記電流制御周期毎に電動機の速度変化量を検出する速
度変化量検出部と、 前記電流制御周期毎の速度変化量に係数を乗じて位相変
化量を求め、この位相変化量を積算することで前記基準
位相を検出する位相検出部と、を備えたことを特徴とす
る可変速装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11218457A JP2001045779A (ja) | 1999-08-02 | 1999-08-02 | 可変速装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11218457A JP2001045779A (ja) | 1999-08-02 | 1999-08-02 | 可変速装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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-
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- 1999-08-02 JP JP11218457A patent/JP2001045779A/ja active Pending
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