JP2552719B2 - 電動機の速度制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、例えば鉄鋼プラントにおける圧延ロー
ラ、製紙プラントにおける抄紙機のような負荷機械を駆
動する電動機（直流電動機、誘導電動機、同期電動機
等）の速度制御装置に関するものである。

特に、電動機、トルク伝達機構及び負荷機械からなる
機械系を純粋な１つの積分要素として近似した《機械系
モデル》を付加して、トルク伝達機構の剛性が低い場合
や、トルク伝達機構にギアが使用される場合でも、応答
周波数を高くすることができ、かつ高い安定性を実現す
ることができる電動機の速度制御装置に関するものであ
る。

［従来の技術］ 従来例の構成を第８図を参照しながら説明する。第８
図は、例えば『昭和54年電気学会全国大会講演論文集
〔７〕』、S8−１〜S8−４頁及びS8−９〜S8-12頁、
（昭和54年４月刊）に示された従来の電動機の速度制御
装置を示すブロック図である。

第８図において、従来の電動機の速度制御装置は、速
度基準信号発生回路（１）と、この速度基準信号発生回
路（１）に一方の入力端子が接続された速度制御回路
（２）と、この速度制御回路（２）に一方の入力端子が
接続された電流制御回路（３）と、この電流制御回路
（３）に接続された電力変換回路（４）と、この電力変
換回路（４）に接続された電流検出器（５）と、この電
流検出器（５）に接続された直流電動機（６）と、この
直流電動機（６）に接続された速度検出器（７）とから
構成されている。

なお、速度制御回路（２）は他方の入力端子が速度検
出器（７）に接続され、電流制御回路（３）は他方の入
力端子が電流検出器（５）に接続されている。

つぎに、上述した従来例の動作を説明する。

まず、電流基準信号が、速度制御回路（２）によって
発生される。すなわち、速度基準信号発生回路（１）か
ら出力された速度基準信号と、速度検出器（７）から出
力された実速度信号との偏差に基づいて、電流基準信号
が発生された電流制御回路（３）に供給される。

つづいて、制御信号が、電流制御回路（３）によって
発生される。すなわち、速度制御回路（２）から出力さ
れた電流基準信号と、電流検出器（５）から出力された
電機子電流信号との偏差に基づいて、直流電動機（６）
に印加すべき端子電圧基準値が演算され、直流電動機
（６）の端子電圧がその端子電圧基準値に追随するよう
に電力変換回路（４）を動作させる制御信号が発生され
電圧変換回路（４）に供給される。

このように、直流電動機（６）の速度と電流とをそれ
ぞれフィードバック制御する速度制御系が、高い安定性
と高い応答周波数を得ることができるということで、知
られている。なお、直流電動機（６）の電流（正確には
電機子電流）は、発生トルクにほぼ比例するので、電流
マイナーループはトルク制御ループとして動作する。こ
の電流マイナーループの応答周波数が速度制御ループの
応答周波数の数倍以上になるように、電流制御回路
（３）を設計すると、高い安定性を有する速度制御系を
実現できることが知られている。また、速度制御回路
（２）の出力側に制限回路（リミッタ）を設けると、直
流電動機（６）に供給される電流の最大値を設定するこ
とができる。

ところで、直流電動機（６）に機械的なトルク伝達機
構を介して負荷機械を接続した場合、トルク伝達機構の
剛性が充分高ければ、直流電動機（６）、トルク伝達機
構及び負荷機械から構成される機械系は、等価的に一つ
の剛体とみなせるので、上述した従来の速度制御装置を
用いても高い応答周波数の速度制御が可能である。

しかしながら、実際には、負荷機械と直流電動機
（６）との速度比を可変にする目的などのために、トル
ク伝達機構に１段又は多段のギア（歯車装置）が設けら
れていることが多い。さらに、これらのギアには、通
常、ガタ（バックラッシ）があるため、ギアが接してい
るときと、離れているときとでは上記の機械系の特性は
大きく変化する。例えば、仮に負荷機械の慣性モーメン
トが直流電動機（６）の慣性モーメントの９倍であると
すると、速度制御装置からみた機械系の慣性モーメント
は、ギアが接しているときは10×Jm（Jmは直流電動機
（６）の慣性モーメント）であり、離れているときは１
×Jmである。

ところが、従来の速度制御装置における速度制御回路
（２）は、機械系のギアは接しているものとして設計さ
れるので、何等かの原因でギアが離れると、そのときの
速度制御系の応答周波数がギアが接しているときの10倍
となる。その結果、ギアが離れた状態では速度制御系は
応答周波数が高くなりすぎて不安定になる場合がある。
このような状態で、負荷機械の加減速運転が行なわれる
と、ギアの接触・非接触が周期的に発生し、大振幅の衝
撃トルクが直流電動機（６）及びトルク伝達機構に印加
される。このため、直流電動機（６）及びトルク伝達機
構の機械的疲労が問題となる。

また、トルク伝達機構の剛性が低い場合には、速度制
御系の応答周波数を上げようとすると、機械共振によっ
て安定な速度制御ができないことが知られている。

このように、トルク伝達機構の剛性が低い場合や、ギ
アが使用される場合は、従来の速度制御装置を用いて仕
様を満足する応答周波数をもった速度制御の実現が困難
であった。

特に、製紙プラントにおける抄紙機のように、負荷機
械の慣性モーメントが直流電動機（６）の慣性モーメン
トと比較して非常に大きい場合には、上記の理由から速
度制御の応答周波数を高くすることができないという問
題点があった。

［発明が解決しようとする課題］ 上述したような従来の電動機の速度制御装置では、ト
ルク伝達機構の剛性が低い場合や、トルク伝達機構にギ
アが使用される場合、速度制御系の応答周波数を高くす
ることができず、また安定性が低いという問題点があっ
た。

この発明は、上述した問題点を解決するためになされ
たもので、トルク伝達機構の剛性が低い場合や、トルク
伝達機構にギアが使用される場合でも、応答周波数を高
くすることができ、また高い安定性も実現することがで
きる電動機の速度制御装置を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る電動機の速度制御装置は、基準速度を
出力する速度基準信号発生回路と、電動機の回転速度を
検出し実速度を出力する速度検出器と、上記基準速度及
び上記実速度に基づいて第１の基準トルクを出力する第
１の制御回路と、上記電動機、負荷機械及び両者を機械
的に連結するトルク伝達機構を１つの積分要素として近
似しモデル速度を出力する機械系モデルと、上記基準速
度及び上記モデル速度に基づいて第２の基準トルクを出
力する第２の制御回路と、上記電動機の発生トルクが上
記第１の基準トルクと上記第２の基準トルクの加算値で
ある最終基準トルクに追随するように制御信号を出力す
る第３の制御回路と、上記制御信号に基づいて上記電動
機を駆動する電力変換回路とを備えたものである。

［作用］ この発明においては、速度基準信号発生回路によっ
て、基準速度が出力され、速度検出器によって、電動機
の回転速度が検出され実速度が出力され、第１の制御回
路によって、上記基準速度及び上記実速度に基づいて第
１の基準トルクが出力される。

また、機械系モデルによって、上記電動機、負荷機械
及び両者を機械的に連結するトルク伝達機構が１つの積
分要素として近似されモデル速度が出力され、第２の制
御回路によって、上記基準速度及び上記モデル速度に基
づいて第２の基準トルクが出力される。

さらに、第３の制御回路によって、上記電動機の発生
トルクが上記第１の基準トルクと上記第２の基準トルク
の加算値である最終基準トルクに追随するように制御信
号が出力される。

そして、電力変換回路によって、上記制御信号に基づ
いて上記電動機が駆動される。

［実施例］ この発明の実施例として、３つの実施例について説明
する。すなわち、直流電動機用の第１実施例、誘導電動
機用の第２実施例、及び同期電動機用の第３実施例であ
る。

最初に、この発明の第１実施例の構成を第１図、第２
図、第３図及び第４図を参照しながら説明する。第１図
は、この発明の第１実施例の全体を示すブロック図であ
り、速度基準信号発生回路（１）、電力変換回路
（４）、直流電動機（６）及び速度検出器（７）は上記
従来装置のものと全く同一である。

第１図において、この発明の第１実施例は、上述した
従来装置のものと全く同一のものと、速度基準信号発生
回路（１）に一方の入力端子が接続された第１の制御回
路（８）と、速度基準信号発生回路（１）に接続された
第２の制御回路（９）と、この第２の制御回路（９）に
入力側及び出力側が接続された機械系モデル（10）と、
第１の制御回路（８）及び第２の制御回路（９）に接続
された第３の制御回路（11）と、直流電動機（６）に接
続されたトルク伝達機構（12）と、このトルク伝達機構
（12）に接続された負荷機械（13）とから構成されてい
る。なお、第１の制御回路（８）は、速度検出器（７）
に他方の入力端子が接続されている。

第２図は、上述した第１の制御回路（８）の詳細な構
成を示すブロック図である。

第２図において、第１の制御回路（８）は、通常、PI
型の制御回路と呼ばれ、一方の入力端子（81）と、他方
の入力端子（82）と、一方の入力端子（81）及び他方の
入力端子（82）に接続された減算器（83）と、この減算
器（83）に接続された積分器（84）と、減算器（83）に
接続された係数器（85）と、積分器（84）及び係数器
（85）に接続された加算器（86）と、この加算器（86）
に接続された制限回路（87）と、この制限回路（87）に
接続された出力端子（88）とから構成されている。な
お、一方の入力端子（81）は速度基準信号発生回路
（１）に接続され、他方の入力端子（82）は速度検出器
（７）に接続されている。

第３図は、上述した第２の制御回路（９）の詳細な構
成及び機械系モデル（10）を示すブロック図である。

第３図において、第２の制御回路（９）は、通常、IP
型の制御回路と呼ばれ、一方の入力端子（91）と、他方
の入力端子（92）と、一方の入力端子（91）及び他方の
入力端子（92）に接続された減算器（93）と、この減算
器（93）に接続された積分器（94）と、他方の入力端子
（92）に接続された係数器（95）と、積分器（94）及び
係数器（95）に接続された減算器（96）と、この減算器
（96）に接続された制限回路（97）と、この制限回路
（97）に接続された出力端子（98）とから構成されてい
る。なお、一方の入力端子（91）は速度基準信号発生回
路（１）に接続され、他方の入力端子（92）は機械系モ
デル（10）に接続されている。

第４図は、上述した第３の制御回路（11）の詳細な構
成を示すブロック図である。

第４図において、第３の制御回路（11）は、一方の入
力端子（111）と、他方の入力端子（112）と、第３の入
力端子（113）と、一方の入力端子（111）及び他方の入
力端子（112）に接続された加算器（114）と、この加算
器（114）に接続された制限回路（115）と、この制限回
路（115）に接続された係数器（116）と、この係数器
（116）及び第３の入力端子（113）に接続された減算器
（117）と、この減算器（117）に接続された積分器（11
8）と、減算器（117）に接続された係数器（119）と、
積分器（118）及び係数器（119）に接続された加算器
（120）と、この加算器（120）に接続されたPWM回路（1
21）と、このPWM回路（121）に接続された出力端子（12
2）とから構成されている。なお、一方の入力端子（11
1）は第１の制御回路（８）に接続され、他方の入力端
子（112）は第２の制御回路（９）に接続され、第３の
入力端子（113）は図示しない電流検出器に接続されて
いる。

つぎに、上述した第１実施例の動作を第２図、第３図
及び第４図を参照しながら説明する。

まず、第２図で示すように、第１の速度偏差Δωｍ₁
が、減算器（83）によって出力される。すなわち、速度
基準信号発生回路（１）から一方の入力端子（81）を経
由して出力された基準速度ωｍ^*と、速度検出器（７）
から他方の入力端子（82）を経由して出力された実速度
ωｍとの第１の速度偏差Δωｍ₁（＝ωｍ^*−ωｍ）が求
められて積分器（84）及び係数器（85）に供給される。

つづいて、同図で示すように、第１の基準トルクτ₁ ^*
が、加算器（86）によって出力され、制限回路（87）を
経て出力端子（88）から出力される。すなわち、積分器
（84）の出力と、係数器（85）の出力との和が求められ
て制限回路（87）に供給される。この制限回路（87）
は、第１の基準トルクτ₁ ^*の絶対値の最大値を制限する
働きをする。

一方、第３図で示すように、第２の速度偏差Δωｍ₂
が、減算器（93）によって出力される。すなわち、速度
基準信号発生回路（１）から一方の入力端子（91）を経
由して出力された基準速度ωｍ^*と、機械系モデル（1
0）から他方の入力端子（92）を経由して出力されたモ
デル速度ωm^との第２の速度偏差Δωｍ₂（＝ωｍ^*−ω
m^が求められて積分器（94）に供給される。また、モデ
ル速度ωm^が係数器（95）にも供給される。

つづいて、同図で示すように、第２の基準トルクτ₂ ^*
が、減算器（96）によって出力され、制限回路（97）を
経て出力端子（98）から出力される。すなわち、積分器
（94）の出力と、係数器（95）の出力との差が求められ
て制限回路（97）に供給される。この制限回路（97）
は、制限回路（87）と同様に、第２の基準トルクτ₂ ^*の
絶対値の最大値を制限する働きをする。

そして、基準速度ωｍ^*に対するモデル速度ωm^の伝
達関数は、 ωm^/ωｍ^*＝Ki（JS²＋Ｋ_PＳ＋Ki） …（１） と表せる。ここで、Ｊは、直流電動機（６）、トルク伝
達機構（12）及び負荷機械（13）それぞれの慣性モーメ
ントを全て合計した機械系モデル（10）の慣性モーメン
トである。

したがって、ゲインKp、Kiの値を調節することによ
り、仕様を満足するような応答特性をもったモデル速度
ωm^の制御が可能である。このときに得られる第２の基
準トルクτ₂ ^*は、トルク伝達機構（12）の剛性が充分高
くかつギアのガタを無視した場合において、仕様を満足
する応答特性で負荷機械（13）を速度制御するのに必要
なトルクの基準値である。

なお、第１の制御回路（８）及び第２の制御回路
（９）の他の構成例については、後述する。

さらに、第４図で示すように、最終基準トルクτｍ^*
が、加算器（114）によって出力される。すなわち、第
１の制御回路（８）から一方の入力端子（111）を経由
して出力された第１の基準トルクτ₁ ^*と、第２の制御回
路（９）から他方の入力端子（112）を経由して出力さ
れた第２の基準トルクτ₂ ^*との和である最終基準トルク
τｍ^*（＝τ₁ ^*＋τ₂ ^*）が求められて制限回路（115）に
供給される。この制限回路（115）は、最終基準トルク
τｍ^*の振幅を予め決められた設定値以下に制限する。

つづいて、同図で示すように、基準電機子電流ia
^*が、係数器（116）によって出力される。すなわち、よ
く知られているように、発生トルクτｍと電機子電流ia
との関係は、直流電動機の場合、 τｍ＝＝Ｋ_T・ia …（２） （Ｋ_T：トルク定数）と表される。したがって、係数1/K
_Tの係数器（116）に最終基準トルクτｍ^*が入力される
と、基準電機子電流ia^*が求められる。

つづいて、同図で示すように、電流偏差Δiaが、減算
器（117）によって出力される。すなわち、係数器（11
6）から出力された基準電機子電流ia^*と、電流検出器か
ら第３の入力端子（113）を経由して出力された実際の
電機子電流iaとの差である電流偏差Δiaが求めら、積分
器（118）及び係数器（119）に供給される。

つづいて、同図で示すように、基準端子電圧υａ
^*が、加算器（120）によって出力され、PWM回路（121）
を経て出力端子（122）から出力される。すなわち、積
分器（118）の出力と、係数器（119）の出力との和であ
る、直流電動機（６）に印加すべき基準端子電圧υａ^*
が求められてPWM回路（121）に供給される。

このPWM回路（121）は、基準端子電圧υａ^*に基づい
て、例えば四象限チョッパ回路から構成された電力変換
回路（４）の４つのスイッチング素子のON/OFF信号を出
力する。なお、PWM回路（121）の構成等は、公知である
ので詳細な説明を省略する。

そして、直流電動機（６）の端子電圧υａが、基準端
子電圧υａ^*に追随するように、電力変換回路（４）及
びPWM回路（121）によって制御される。

上述の説明から、直流電動機（６）の発生トルクτｍ
が、最終基準トルクτｍ^*に追随するように、第４図で
示した第３の制御回路（11）によって制御されることが
理解される。

第２番目に、この発明の第２実施例の構成を第５図及
び第６図を参照しながら説明する。第５図は、この発明
の第２実施例の全体を示すブロック図であり、速度基準
信号発生回路（１）、第１の制御回路（８）、第２の制
御回路（９）、機械系モデル（10）、電力変換回路
（４）、速度検出器（７）、トルク伝達機構（12）及び
負荷機械（13）は上記第１実施例のものと全く同一であ
る。

第５図において、この発明の第２実施例は、上述した
第１実施例のものと全く同一のものと、第１の制御回路
（８）及び第２の制御回路（９）に接続された第３の制
御回路（14）と、電力変換回路（４）に接続された誘導
電動機（6A）とから構成されている。

第６図は、上述した第３の制御回路（14）の詳細な構
成を示すブロック図である。

第６図において、第３の制御回路（14）は、第１の入
力端子（141）と、第２の入力端子（142）と、第３の入
力端子（143）と、第４の入力端子（144）と、第５の入
力端子（145）と、第６の入力端子（146）と、 第１の入力端子（141）及び第２の入力端子（142）に
接続された加算器（147）と、この加算器（147）に接続
された制限回路（148）と、第３の入力端子（143）に接
続された係数器（149）と、第３の入力端子（143）に接
続された係数器（150）と、第３の入力端子（143）に接
続された係数器（151）と、制限回路（148）及び係数器
（149）に接続された除算器（152）と、この除算器（15
2）及び係数器（151）に接続された除算器（153）と、 この除算器（153）及び第４の入力端子（144）に接続
された加算器（154）と、この加算器（154）に接続され
たV/Fコンバータ（155）と、このV/Fコンバータ（155）
に接続されたカウンタ（156）と、このカウンタ（156）
に接続されたROM（157）と、 除算器（152）及びROM（157）に接続され乗算機能を
備えたD/Aコンバータ（158）と、係数器（150）及びROM
（157）に接続され乗算機能を備えたD/Aコンバータ（15
9）と、除算器（152）及びROM（157）に接続され乗算機
能を備えたD/Aコンバータ（160）と、係数器（150）及
びROM（157）に接続され乗算機能を備えたD/Aコンバー
タ（161）と、 D/Aコンバータ（158）及び（159）に接続された減算
器（162）と、D/Aコンバータ（160）及び（161）に接続
された減算器（163）と、減算器（162）及び第５の入力
端子（145）に接続された減算器（164）と、減算器（16
3）及び第６の入力端子（146）に接続された減算器（16
5）と、 減算器（162）及び（163）に接続された加算器（16
6）と、第５の入力端子（145）及び第６の入力端子（14
6）に接続された加算器（167）と、加算器（166）及び
（167）に接続された減算器（168）と、 減算器（164）に接続された増幅器（169）と、減算器
（165）に接続された増幅器（170）と、減算器（168）
に接続された増幅器（171）と、増幅器（169）、（17
0）及び（171）に接続されたPWM回路（172）と、このPW
M回路（172）に接続された出力端子（173）とから構成
されている。

なお、第１の入力端子（141）は第１の制御回路
（８）に接続され、第２の入力端子（142）は第２の制
御回路（９）に接続され、第３の入力端子（143）はレ
ベル設定器（図示しない）に接続され、第４の入力端子
（144）は速度検出器（７）に接続され、第５の入力端
子（145）及び第６の入力端子（146）は電流検出器（図
示しない）に接続されている。

ここで、誘導電動機（6A）のベクトル制御について簡
単に説明する。周知のように、ベクトル制御は、誘導電
動機（6A）の発生トルクτｍと、２次磁束Φ₂とを独立
に制御することができる。そこで、２次磁束Φ₂を一定
に制御する場合には、ベクトル制御は、誘導電動機（6
A）に供給される１次電流ius、ivs及びiwsがそれぞれの
基準１次電流ius^*、ivs^*及びiws^*に追随するように制御
される。すなわち、 基準１次電流ius^*、ivs^*及びiws^*は、 ius^*＝id^*cosω₀ｔ−iq^*sinω₀ｔ ivs^*＝id^*cos（ω₀ｔ−２π/3） −iq^*sin（ω₀ｔ−２π/3） iws^*＝−（ius^*＋ivs^*） …（３） と表される。ただし、 ω₀＝ωｍ＋（MR₂/L₂）・（iq^*／Φ₂ ^*） …（４） id^*＝Φ₂ ^*/M （一定） …（５） iq^*＝Ｌ₂τｍ^*/MΦ₂ ^* …（６） ω₀:1次周波数、M:相互インダクタンス、 Ｒ₂:2次巻線抵抗、Ｌ₂:2次巻線インダクタンス、 id^*：基準励磁電流、Φ₂ ^*：基準２次磁束、 iq^*：基準トルク電流である。

つぎに、上述した第２実施例の動作を第６図を参照し
ながら説明する。なお、第１の制御回路（８）及び第２
の制御回路（９）の動作は、第１実施例と同一である。

まず、最終基準トルクτｍ^*が、加算器（147）によっ
て出力される。すなわち、第１の制御回路（８）から第
１の入力端子（141）を経由して出力された第１の基準
トルクτ₁ ^*と、第２の制御回路（９）から第２の入力端
子（142）を経由して出力された第２の基準トルクτ₂ ^*
との和である最終基準トルクτｍ^*（＝τ₁ ^*＋τ₂ ^*）が
求められて制限回路（148）に供給される。この制限回
路（148）は、最終基準トルクτｍ^*の振幅を予め決めら
れた設定値以下に制限する。

つづいて、基準トルク電流iq^*が、除算器（152）によ
って出力される。すなわち、（６）式［iq^*＝Ｌ₂τｍ^*/
MΦ₂ ^*］に基づいて、加算器（147）から制限回路（14
8）を経て出力された最終基準トルクτｍ^*と、予め設定
されているレベル設定器（図示せず）から第３の入力端
子（143）を経由し、係数M/L₂の係数器（149）を経て出
力された基準２次磁束Φ₂ ^*との除算から、基準トルク電
流iq^*が求められる。

また、基準励磁電流id^*が、係数器（150）によって出
力される。すなわち、（５）式［id^*＝Φ₂ ^*/M］に基づ
いて、レベル設定器から第３の入力端子（143）を経由
して出力された基準２次磁束Φ₂ ^*が、係数1/Mの係数器
（150）を経て基準励磁電流id^*が求められる。

さらに、アナログ量の１次周波数ω₀が、加算器（15
4）によって出力される。すなわち、（４）式［ω₀＝ω
ｍ＋（MR₂/L₂）・（iq^*／Φ₂ ^*）］に基づいて、除算器
（152）から出力された基準トルク電流iq^*と、レベル設
定器から第３の入力端子（143）を経由して出力され、
係数Ｌ₂/MR₂の係数器（151）を経て出力された基準２次
磁束Φ₂ ^*との除算が除算器（153）によって求められ、
この除算器（153）から出力された（MR₂/L₂）・（iq^*／
Φ₂ ^*）と、速度検出器（７）から第４の入力端子（14
4）を経由して出力された実速度ωｍとの和であるアナ
ログ量の１次周波数ω₀が求められ、V/Fコンバータ（15
5）に供給される。

つづいて、デジタル量の角度θ₀が、カウンタ（156）
によって出力される。すなわち、加算器（154）から出
力されたアナログ量の１次周波数ω₀が、V/Fコンバータ
（155）によってパルス列に変換された後、カウンタ（1
56）によって１次周波数ω₀の時間積分値であるデジタ
ル量の角度θ₀が求められ、ROM（157）に供給される。

つづいて、デジタル量のsinθ₀、cosθ₀、sin（θ₀−
２π/3）、cos（θ₀−２π/3）が、ROM（157）によって
出力される。すなわち、デジタル量の角度θ₀をROM（15
7）のアドレスとして、ROM（157）に記憶されたsin
θ₀、cosθ₀、sin（θ₀−２π/3）、cos（θ₀−２π/
3）の値が、それぞれD/Aコンバータ（158）、（159）、
（160）及び（161）に供給される。

こうして、Ｕ相及びＶ相の基準１次電流ius^*及びivs^*
が、D/Aコンバータ（158）、（159）、（160）及び（16
1）、並びに減算器（162）及び（163）によって出力さ
れる。すなわち、（３）式の ［ius^*＝id^*cosω₀ｔ−iq^*sinω₀ｔ］ 及び ［ivs^*＝id^*cos（ω₀ｔ−２π/3） −iq^*sin（ω₀ｔ−２π/3）］ に基づいて、除算器（152）から出力された基準トルク
電流iq^*と、係数器（150）から出力された基準励磁電流
id^*と、ROM（157）から出力されたデジタル量のsin
θ₀、cosθ₀、sin（θ₀−２π/3）、cos（θ₀−２π/
3）とが乗算、アナログ変換及び減算されて、基準１次
電流ius^*及びivs^*が求められる。

また、Ｗ相の基準１次電流−iws^*が、加算器（166）
によって出力される。すなわち、（３）式の［iws^*＝−
（ius^*＋ivs^*）］に基づいて、減算器（162）及び（16
3）から出力されたＵ相及びＶ相の基準１次電流ius^*及
びivs^*が加算されて、Ｗ相の基準１次電流−iws^*が求め
られる。

そして、Ｕ相及びＶ相の基準１次電圧υus^*及びυvs^*
が、減算器（164）及び（165）、並びに増幅器（169）
及び（170）によって出力される。すなわち、減算器（1
62）及び（163）から出力された基準１次電流ius^*及びi
vs^*と、電流検出器（図示せず）から第５の入力端子（1
45）及び第６の入力端子（146）を経由して出力された
Ｕ相及びＶ相の実際の１次電流ius及びivsとの偏差が求
められ、増幅されてＵ相及びＶ相の基準１次電圧υus^*
及びυvs^*が求められて、PWM回路（172）に供給され
る。

一方、Ｗ相の基準１次電圧υws^*が、加算器（167）、
減算器（168）及び増幅器（171）によって出力される。
すなわち、（３）式の［iws^*＝−（ius^*＋ivs^*）］の関
係を利用して、電流検出器（図示せず）から第５の入力
端子（145）及び第６の入力端子（146）を経由して出力
されたＵ相及びＶ相の実際の１次電流ius及びivsとの和
であるＷ相の１次電流−iwsが求められ、さらにＷ相の
基準１次電流−iws^*との偏差が求められ、増幅されてＷ
相の基準１次電圧υws^*が求められて、PWM回路（172）
に供給される。

こうして、例えばトランジスタやMOSFET等の高速スイ
ッチング素子を用いたインバータ回路から構成された電
力変換回路（４）に対しては、６つのスイッチング素子
のON/OFF信号が、PWM回路（172）によって出力される。

したがって、誘導電動機（6A）の１次電圧υus、υvs
及びυwsが、基準１次電圧υus^*、υvs^*及びυws^*に追
随するように、それぞれPWM回路（172）及び電力変換回
路（４）によって制御される。

上述の説明から、誘導電動機（6A）の発生トルクτｍ
が、最終基準トルクτｍ^*に追随するように、第６図で
示した第３の制御回路（14）によって制御されることが
理解される。

第３番目に、この発明の第３実施例の構成を第７図及
び第６図を参照しながら説明する。

第７図は、この発明の第３実施例の全体を示すブロッ
ク図であり、第５図で示す第２実施例の第３の制御回路
（14）及び誘導電動機（6A）の代わりに、第３の制御回
路（14A）及び永久磁石式同期電動機（6B）で構成さ
れ、その他は上記第２実施例のものと全く同一である。

ここで、第３の制御回路（14A）は、第６図で示す第
３の制御回路（14）において、基準励磁電流id^*を零に
するとともに、係数器（151）及び除算器（153）を省略
し、かつ最終基準トルクτｍ^*から基準トルク電流iq^*を
求めるのに必要なトルク定数の値を変更すればよい。

以上の３つの各実施例は、第１の制御回路（８）のゲ
インKsp、Ksiの値を、機械系の剛性が低いとか、ギアの
ガタがあるとかの理由で大きくすることができなくて
も、第２の制御回路（９）のゲインKp、Kiは、電動機の
実速度ωｍが入力されないので、大きくすることができ
る。したがって、機械系の剛性が低い場合やギアのガタ
がある場合でも仕様を満足するような応答周波数をもっ
た速度制御が可能である。

なお、運転中に負荷機械の慣性モーメントが変化する
場合には、機械系モデル（10）の慣性モーメント及び第
２の制御回路（９）のゲインKp、Kiを変化させる必要が
あることはいうまでもない。

また、上記各実施例の第２の制御回路（９）のゲイン
Kp、Kiの値を、第１の制御回路（８）のゲインKsp、Ksi
の値で置き換えても同様の動作を期待できる。この場
合、基準速度ωｍ^*に対するモデル速度ωm^の伝達関数
は、 ωm^/ωｍ^*＝ （KpS＋Ki）／（JS²＋KpS＋Ki） …（７） と表される。

また逆に、上記各実施例の第１の制御回路（８）のゲ
インKsp、Ksiの値を、第２の制御回路（９）のゲインK
p、Kiの値で置き換えても同様の動作を期待できる。

［発明の効果］ この発明は、以上説明したとおり、基準速度を出力す
る速度基準信号発生回路と、電動機の回転速度を検出し
実速度を出力する速度検出器と、上記基準速度及び上記
実速度に基づいて第１の基準トルクを出力する第１の制
御回路と、上記電動機、負荷機械及び両者を機械的に連
結するトルク伝達機構を１つの積分要素として近似しモ
デル速度を出力する機械系モデルと、上記基準速度及び
上記モデル速度に基づいて第２の基準トルクを出力する
第２の制御回路と、上記電動機の発生トルクが上記第１
の基準トルクと上記第２の基準トルクの加算値である最
終基準トルクに追随するように制御信号を出力する第３
の制御回路と、上記制御信号に基づいて上記電動機を駆
動する電力変換回路とを備えたので、機械系の剛性が低
い場合やギアのガタがある場合でも、応答周波数を高く
することができ、高い安定性を実現することができると
いう効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例の全体を示すブロック
図、第２図はこの発明の第１実施例の一部である第１の
制御回路を示すブロック図、第３図はこの発明の第１実
施例の一部である第２の制御回路を示すブロック図、第
４図はこの発明の第１実施例の一部である第３の制御回
路を示すブロック図、第５図はこの発明の第２実施例の
全体を示すブロック図、第６図はこの発明の第２実施例
の一部である第３の制御回路を示すブロック図、第７図
はこの発明の第３実施例の全体を示すブロック図、第８
図は従来の電動機の速度制御装置を示すブロック図であ
る。 図において、 （１）……速度基準信号発生回路、（４）……電力変換
回路、（６）……直流電動機、（6A）……誘導電動機、
（6B）……永久磁石式同期電動機、（７）……速度検出
器、（８）……第１の制御回路、（９）……第２の制御
回路、（10）……機械系モデル、（11）……第３の制御
回路、（12）……トルク伝達機構、（13）……負荷機
械、（14）……第３の制御回路、（14A）……第３の制
御回路である。 なお、各図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基準速度を出力する速度基準信号発生回
   路、 電動機の回転速度を検出し実速度を出力する速度検出
   器、 上記基準速度及び上記実速度に基づいて第１の基準トル
   クを出力する第１の制御回路、 上記電動機、負荷機械及び両者を機械的に連結するトル
   ク伝達機構を１つの積分要素として近似しモデル速度を
   出力する機械系モデル、 上記基準速度及び上記モデル速度に基づいて第２の基準
   トルクを出力する第２の制御回路、 上記電動機の発生トルクが上記第１の基準トルクと上記
   第２の基準トルクの加算値である最終基準トルクに追随
   するように制御信号を出力する第３の制御回路、 並びに 上記制御信号に基づいて上記電動機を駆動する電力変換
   回路 を備えたことを特徴とする電動機の速度制御装置。