JP2847092B2 - ベクトル制御装置の自動調整方法 - Google Patents
ベクトル制御装置の自動調整方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、交流電動機のベクトル
制御装置に係り、電動機定数、特に電動機の慣性モーメ
ントを自動測定して、その制御定数を自動設定するベク
トル制御装置の自動調整方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】周知のベクトル制御装置においては、電
動機定数、例えば励磁インダクタンス、２次時定数及び
慣性モーメントなどに基づいて各制御定数が設定され
る。従来は、電動機定数の設計値に基づいてそれを行っ
ているが、使用する電動機毎に制御定数を変更する必要
があり、煩雑なこと、また電動機定数の設計値と実際値
の不一致により、制御演算誤差を生じる問題がある。な
お、従来のベクトル制御装置の例としては、例えば、特
開昭５９−６３９９８号などに述べられている。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、この問題を
解決することにあり、ベクトル制御装置を実運転前に電
動機定数測定器として機能させ、電動機の慣性モーメン
トの測定結果に基づいてその制御定数を自動設定するに
好適なベクトル制御装置の自動調整方法を提供すること
にある。 【０００４】 【課題を解決するための手段】上記目的は、交流電動機
に可変周波数の交流を供給する変換器を制御するベクト
ル制御装置の自動調整方法において、前記ベクトル制御
装置に慣性モーメントを演算する電動機定数演算手段を
含み、前記定数演算手段によって慣性モーメントの演算
に必要な電動機電気定数に関する制御定数を設定し、そ
の後、前記電動機を運転し、そのときの交流電動機電流
のトルク電流成分の積分値と前記電動機の回転速度変化
幅の比に基づいて、前記電動機の回転子と該回転子に結
合される負荷装置の慣性モーメントを演算し、その結果
を基に前記定数演算手段によって慣性モーメントに関す
る制御定数を自動設定することにより、達成される。ま
た、前記ベクトル制御装置に慣性モーメントを演算する
電動機定数演算手段を含み、前記定数演算手段によって
慣性モーメントの演算に必要な電動機電気定数に関する
制御定数を設定し、その後、前記電動機を加速および／
または減速運転し、そのときの交流電動機電流のトルク
電流成分の積分値と前記電動機の回転速度変化幅の比に
基づいて、または、その後、前記電動機を加速および／
または減速運転し、それぞれの運転時の交流電動機電流
のトルク電流成分の積分値と前記電動機の回転速度変化
輻の比の平均に基づいて、前記電動機の回転子と該回転
子に結合される負荷装置の慣性モーメントを演算し、そ
の結果を基に前記定数演算手段によって速度制御系のゲ
インを自動設定することにより、達成される。 【０００５】 【作用】本発明は、ベクトル制御を行うベクトル制御装
置を用いて、負荷トルクの影響を排除して簡便にかつ高
精度に慣性モーメントを演算し、その演算結果に基づい
て制御定数を最適に自動設定する。また、これにより、
制御定数調整の手間を大幅に削減する。 【０００６】 【実施例】以下、本発明の実施例を図面により説明す
る。図１は、本発明の一実施例のベクトル制御装置の回
路構成図を示す。破線内はマイクロプロセッサを用いて
演算制御させる部分であるが、動作を解り易くするため
アナログ回路構成にて示してある。一点鎖線内は本発明
に関係のもので、その演算処理には、ベクトル制御用マ
イクロプロセッサがプログラムを変更して共通に用いら
れる。１は誘導電動機２に可変周波の交流を供給するイ
ンバ−タ、３は速度指令装置、４は回転速度検出器、５
は速度調節器、６はすべり周波数演算器、７はすべり周
波数指令ωｓ*′と回転速度信号ωrを加算し周波数指令
ω1*を出力する加算器、８はω1*に比例した周波数の２
相正弦波信号を発生する信号発生器、９は磁束指令器、
１０は励磁電流演算器、１１は励磁電流指令ｉm*とトル
ク電流指令ｉt*及び信号発生器８の出力信号に基づい
て、インバ−タの出力電流指令パタ−ンｉ1*を出力する
座標変換器、１２は出力電流ｉ1を検出する電流検出
器、１３はｉ1をｉ1*に比例制御する電流調節器、な
お、１２及び１３は全体で３相分あるが、２相分は図示
を省略してある。１４は電動機電圧のｄ軸及びｑ軸成分
を検出する電圧成分検出器、１５は起電力のｄ軸成分を
検出する起電力成分検出器、１６は電動機定数演算器で
ある。 【０００７】次に、ベクトル制御の動作と制御定数の設
定法について述べる。ベクトル制御の原理は周知である
ので、詳細な説明は省略するが、次式に従いインバータ
の出力電流の大きさ｜ｉ１｜と位相θ及び周波数ω１を
制御して、電動機の回転速度を高速応答高精度に制御す
るものである。 【数１】【数２】 【数３】 ここに、 ω１：一次角周波数 ωｒ：回転角周波数 ωｓ：すべり角周波数 ここで、（１）及び（２）式に関連した制御は、座標変
換器１１及び電流調節器１３において行われる。また
（３）式の関係は、すべり角周波数演算器６及び加算器
７により制御される。このとき、ｉｍ＊に比例して電動
機の励磁電流が、またｉｔ＊に比例してトルク電流が制
御され、ベクトル制御が行われる。さて、上述した励磁
電流指令ｉｍ＊は、演算器１０において次式に従い取り
出される。 【数４】 ここに、φ＊は磁束指令値である。すなわち、この演算
において励磁インダクタンス値Ｌ１が必要である。ま
た、すべり周波数演算器６においては、前述したように
（３）式の演算を行うため、２次時定数値Ｔ２が必要で
ある。さらに、速度調整器５の制御ゲインは、機械系の
慣性モーメントＪに応じて設定する必要がある。このよ
うに制御定数は電動機定数に基づいて設定されるが、以
下、Ｊを求めるには、Ｌ１、Ｔ２の測定結果に基づいて
設定した制御定数が必要であるので、Ｌ１、Ｔ２の測定
法を説明し、Ｊの測定法について述べる。本実施例の測
定原理は、実運転に先立ち、ベクトル制御装置を用いて
所定の電流を電動機に流し、その結果発生する電動機電
圧に基づいて電動機定数を演算測定するものである。と
ころで、電動機電流は前述したｉｍ＊、ｉｔ＊及びω１
＊により、以下に述べるように制御される。先ず、座標
変換器１１は、ｉｍ＊、ｉｔ＊及び信号発生器８の出力
信号ｃｏｓω１＊ｔ及びｓｉｎω１＊ｔに基づいて、次
式に従い２相交流の電流指令ｉα＊及びｉβ＊を作る。 【数５】 さらに、次式に従い３相交流の電流指令ｉ１＊（ｉｕ，
ｉｖ，ｉｗ）を作る。 【数６】そして、インバータの出力電流ｉ１をｉ１＊に比例して
制御する。一方、電動機電圧は図１に示す電圧成分検出
器１４により、次式に従い検出される。 【数７】 ここで、電圧のｖ１α，ｖ１β，ｖ１，ｖ１ｄ，ｖ１ｑ
の関係並びに電流のｉ１α，ｉ１β，ｉ１，ｉ１ｄ，ｉ
１ｑの関係を図２のベクトル図に示す。α軸及びβ軸は
直交固定子座標軸であり、α軸はＵ相巻線軸と一致す
る。また、ｄ軸及びｑ軸は角周波数ω１回転する直交回
転座標軸である。インバータ出力電流ｉ１は、その大き
さと位相が（１）（２）式あるいは（６）式に従い制御
される（図２はｉｔ＊＝０の場合を示す）。したがっ
て、ｄ軸電流ｉ１ｄ及びｑ軸電流ｉ１ｑはｉｍ＊及びｉ
ｔ＊にそれぞれ比例する。電流が流れると、電動機電圧
が誘起する。その電圧はｄ軸成分ｖ１ｄとｑ軸成分ｖ１
ｑに分けて考えることができる。定常時における１次電
圧ｖ１ｄ及びｖ１ｑは、誘導機の電圧方程式に基づいて
次式で与えられる。 【数８】 ここに、ｉ１ｄ，ｉ１ｑ：１次電流のｄ軸及びｑ軸成分
ｉ２ｄ，ｉ２ｑ：２次電流のｄ軸及びｑ軸成分ここで、
２次電流はかご形誘導機の場合に測定できない量である
ため、これらを消去する。２次電流と１次電流の関係
は、回転子２次回路に関する電圧方程式に基づいて次式
に示される。 【数９】 ここに、ωｓ：すべり角周波数 （９）式を用いて（８）式のｉ２ｄ及びｉ２ｑを消去す
れば、ｖ１ｄ，ｖ１ｑは次式で示される。 【数１０】 【数１１】 【０００８】次に、電動機定数の測定原理について述べ
る。 〔ｒ１＋ｒ２′，ｌ１＋ｌ２′の測定〕 ｉ１ｄ＝ｉｍ＊，ｉ１ｑ＝ｉｔ＊＝０，ω１＝ω１＊，ω１≒ω すなわち、ｉｍ＊を所定値に設定し、略回転停止にて一
定周波数で励磁する条件を設定すれば、 【数１２】 【数１３】 ここで、ｖ１ｄは検出器１４より検出され、また、ｉ１
ｄはその指令信号ｉｍ＊に比例するため既知である。し
たがって、上式より１次及び２次抵抗（１次換算値）の
和が測定できる。次に、前述と同一条件においては、 【数１４】 したがって、前述と同様にして、漏れインダクタンスｌ
１＋ｌ２′が測定される。これらの結果は、後述するよ
うに起電力検出器１５及び電動機定数演算器１６におい
て用いられる。次に、Ｌ１，Ｔ２，Ｊの測定は、ベクト
ル制御装置を動作させ、速度指令ωｒ＊に応じてωｒ，
ｉｍ＊，ｉｔ＊及びω１＊を制御し行う。しかし、
Ｌ１，Ｔ２，Ｊは未測定のため、制御定数を次のように
予備設定する。先ず、速度調整器５は、Ｊにかかわらず
常に系の安定がとれるようＰ動作に近くゲインを設定す
る。Ｌ１及びＴ２は、電動機の出力量に応じて概略の標
準値に設定する。また、後述する条件（φ２ｑ＝０）が
満足されるように、起電力のｄ軸成分ｅｄを検出し、そ
れが零となるようにインバータ出力周波数ω１制御す
る。すなわち、起電力成分検出器１５において（１５）
式に従いｅｄを検出し、それを増巾した後に加算器７に
加え、ｅｄ＞０のときはω１が減少方向に、逆のときは
逆となる関係に制御する。このとき、実際のすべり角周
波数ωｓはωｓ＊によらず制御され、たとえＴ２の設定
が不適当であっても、φ２ｑ＝０の条件が満足され、ベ
クトル制御が行われる。 【数１５】 式の右辺第２項は、（１３）式に従い測定したｒ１＋ｒ
２′に基づき 【数１６】 として求めたｒｉ１ｄ＝ｉｍ＊より、ｒ１とｉｍ＊の乗
算でき、また第３項はω１＊（＝ω１）と（１４）式に
従い測定したｌ１＋ｌ２′及びｉ１＊（＝ｉ１ｑ）の乗
算により求めることができる。したがって、ｅｄはｖ１
ｄよりこれら第２，３項を引算して求められる。 【０００９】〔Ｌ1の測定〕ｉ1ｄ＝ｉm*＝φ*／Ｌ1*，
ｉ1ｑ＝ｉt*（速度調節器出力）、ω1＝ω1*（φ2ｑ＝
０を満足する周波数）に制御すれば、φ2ｑ＝０よりｉ1
ｑ＝ωsＴ2ｉ1ｄが成立するため、(１１)式は次式のよ
うに表わせる。 【数１７】 したがって、ｖ1ｑ，ω1*（＝ω1）及びｉm*＝（ｉ
1ｄ）に基づいてＬ1を測定できる。ここで、漏れインピ
ーダンス降下ω1ｌ1ｉ1ｄ及びｒ1ｉ1ｑは、ω1Ｌ1ｉ1ｄ
に比べ小さいので無視してもよいが、考慮する場合は、
ｌ1を次式のようにおき、 【数１８】 また、ｒ1を（１６）式のように近似して、これらとｉm
*（＝ｉ1ｄ），ｉt*（＝ｉ1ｑ）及びω1*（＝ω1）を用
いてインピーダンス降下を演算し、これらをｖ1ｑから
差し引くことによりＬ1を精度よく測定できる。また、
鉄心飽和を考慮する必要があるが、それにはｖ1ｑが定
格のときｉm*及びＬ1を求めるようにすればよい。 【００１０】〔Ｔ2の測定〕前述と同様に、ｉ1ｄ＝ｉm*
＝φ*／Ｌ1，ｉ1ｑ＝ｉt*，ω1＝ω1*（φ2ｑ＝０）か
つｉ1ｄをステップ状に変化させる条件を設定する。な
お、この条件は、電流制御系の応答が速いため、ｉm*を
ステップ変化させることで実現される。 φ2ｑ＝０及び Ｐ（ｌ1＋Ｌ1）ｌ1ｑ＋ＰＭｉ2ｑ《ω1（ｌ1＋Ｌ1）ｉ1
ｄ1ｒ1ｉ1ｑ《ω1（ｌ1＋Ｌ1）ｉ1ｄ を考慮すれば 【数１９】 【数２０】 ここで、１はステップ関数である。さらに（２０）式を
用いて（１９）式のｉ2ｄを消去すれば 【数２１】 ここで、（２１）式の右辺第２項は、ｉ1ｄのステップ
変化に対して、時定数がＴ2の１次遅れ変化をする。し
たがって、ｖ1ｑよりω1（ｌ1＋ｌ2´）ｉ1ｄを差し引
いた値が、その終期値に対して６３％に達するまでの時
間を計測すれば、Ｔ2が求められる。なお、ω1（ｌ1＋
ｌ2´）ｉ1ｄは、先に測定したｌ1＋ｌ2´及びω1*，ｉ
m*の乗算により求められるが、右辺第２項に比べ十分小
さいから、これを無視してもよい。なお、ここで求めら
れる２次時定数Ｔ2sは、 【数２２】 であり、２次及び１次有効インダクタンスＬ2s，Ｌ1sが
鉄心飽和の程度(im*の大きさ）により変化するため、求
めるべきＴ2と異なる。Ｔ2への換算は次式にて示され
る。 【数２３】 ここで、Ｌ1は先に測定されており、また、Ｌ1sは次式
にて示される。 【数２４】 ここに、ｖ1ｑｉ，ｉ1ｄｉ，ｖ1ｑＥ，ｉ1ｄＥはｉ1ｄ
のステップ変化前後のｖ1ｑ及びｉ1ｄである。 【００１１】〔Ｊの測定〕 機械系の慣性モーメントＪは、前述したＬ１及びＴ２の
測定結果に基づいて、演算器１０及び６の制御定数を設
定し、加減速法により測定する。 φ２ｑ＝０により、 ｉ２ｑ＝−〔Ｍ／（ｉ２＋Ｌ２）〕ｉ１ｑ が成立するため、トルクは次式で与えられる。 【数２５】ここに、Ｐ：極対数， φ２：２次鎖交磁束 すなわち、φ２（＝Ｍｉ１ｄ）が一定の条件では、トル
クはｉ１ｑ（＝ｉｔ＊）に比例する。したがって、（２
６）式に基づいてＪを（２７）式に従い測定できる。 【数２６】 ここに、Ｔ Ｌ ：負荷トルク、 ω：回転角速度 【数２７】 ここに、Ｋ＝３Ｐφ＊（定数） Δωｒａ，Δωｒｂ：加減速時の速度変化幅 ここで、右辺第１項は加速時、第２項は減速時に対応す
る。各積分は加速及び減速のそれぞれについて行い、そ
れらの平均をとる理由は、負荷トルクの影響を除くため
にある。ｒ，１，Ｌ１，Ｔ２，Ｊの各演算は、電動機定
数演算器１６において行われ、その測定結果に基づいて
ベクトル制御の制御定数が設定される。それらの演算処
理にはベクトル制御用マイクロプロセッサがプログラム
を変更して用いられる。図３〜図８にそのフローチャー
トを示す。以下、その内容を説明する。いま、始動スイ
ッチが投入されると、図３に示すフローが開始され、ブ
ロック３１にて電動機定数の自動測定を行うかどうかの
判定を行う。すでに測定済で再度行う必要がない場合に
は、ブロック３４にジャンプされ、記憶要素に書込まれ
た電動機定数を用いてベクトル制御に必要な演算、すな
わち速度指令ωｒ ＊に応じてｉｍ ＊，ｉＡ ＊及びｓｉｎ
ω１ ＊ｔ，ｃｏｓω１ ＊ｔを出力する演算を行なう。一
方、測定を実施する場合は、ブロック３２において、図
４に示す順序に従い、電動機定数を演算し、その結果を
記憶要素に記憶し、次に、ブロック３３にてその測定結
果を基にブロック３４において用いられるベクトル制御
の制御定数を演算し、記憶要素に記憶する。次に、ブロ
ック３４においてベクトル制御の演算を上述の制御定数
を用いて行い、電動機を速度制御する。 【００１２】電動機定数の測定は、図４に示すようにブ
ロック４１〜４４まで４つのモードがあり、順に、ｒ1
＋ｒ2′及びｌ1＋ｌ2′，Ｔ2，Ｊの各測定を行う。各測
定原理については前述したので、以下では各測定の手順
について、図５〜図８のフローチャートを用いて説明す
る。 〔ｒ1＋ｒ2′，ｌ1＋ｌ2′の測定〕図５に示すように、
先ず、ブロック５１にてｉt*＝０，ｉm*，ω1*を所定値
に設定する。次に、ブロック５２にてｖ1ｄ，ｖ1ｑの信
号を取込み、ブロック５３にて(１３)式よりｒ1＋ｒ2′
を演算、またブロック５４にて(１４)式に従いｌ1＋
ｌ2′を演算する。 〔Ｌ1の測定〕図６に示すように、先ず、ブロック６１
にて、ｉm*を電動機容量に応じて概略の標準値に設定
し、ｉt*及びω1*を設定原理に述べたように制御して、
ωrを所定値まで徐々に上昇させ加速する。次に、ブロ
ック６２にてｖ1ｑの信号を取込み、ブロック６３にて
ｉm*を変化させ、ｖ1ｑが定格値となるときのｉm*を記
憶する。ブロック６４にて(１７)式に従いＬ1を演算す
る。 〔Ｔ2の測定〕図７に示すように、ブロック７１にて、
ｉm*を上述の定格値に設定し、ｉt*，ω1*を制御してω
rをＬ1の測定に引き続き所定値に保つ。次に、ブロック
７２にて、ｉm*のステップ変化を行い、ブロック７３に
て、その変化時点より所定時間ｖ1ｑを取込み記憶す
る。次に、ブロック７４にて、記憶されたｖ1ｑの変化
が終期値の６３％に達するまでの時間よりＴ2を演算す
る。さらに、ブロック７５にて、(２３)式に従い鉄心飽
和の影響を補正する。 〔Ｊの測定〕図８に示すように、先ず、ブロック８１に
て、励磁電流演算器１０及びすべり周波数演算器６の制
御定数を前述のＬ1，Ｔ2に基づいて設定する。その後
は、起電力成分検出器１５の出力信号は加算器７に加え
る必要がない。そして、ωrを所定値まで上昇、加速す
る。次に、ブロック８２にて、回転速度をΔωraだけ加
速し、その後、Δωrd（＝−Δωra）だけ減速し、その
間のｉt*を記憶する。ブロック８３にて、加速及び減速
時におけるｉt*の累積演算を求め、ブロック８４にて、
その累積値をΔωra，Δωrdで除してＪを演算する。以
上の測定結果に基づいて、制御定数を設定し、その後、
ベクトル制御による速度制御を行う。 【００１３】以上述べたように、本発明によれば、ベク
トル制御装置を利用して電動機定数を簡便に測定し、そ
の測定結果に基づいて自動調整を行うため、試運転調整
の手間が大幅に削減され、また、電動機及び負荷の変更
時においても同様に調整不要、取扱いが容易なベクトル
制御装置を提供できる。 【００１４】図９は、本発明の他の実施例であり、速度
センサを用いないベクトル制御装置への適用例を示す。
先ず、同装置の動作を述べる。詳細は特願昭５７−１７
３１８４（特開昭５９−６３９９８）及び特願昭５８−
２９１４３に述べているので、ここでは簡単に述べる。
図９において、１〜３，５〜８，１１〜１３は図１のも
のと同一物であるので説明を省略する。１４，１５は演
算内容は図１のものと同一であるが、本装置においては
ベクトル制御のための構成要素である。これらは回転速
度を直接検出する代りに、電動機電圧に基づいて回転速
度を演算推定し、速度制御を行うために、また誘導起電
力を基準としてそれに平行（同位相）なトルク電流成分
及びそれに直交（９０度位相差）な励磁電流成分を各指
令値ｉt*，ｉm*に応じて制御し、それらの合成に従い電
動機電流ｉ1を制御してベクトル制御を行うために用い
られる。１７は誘導起電力のｑ軸成分を検出する起電力
検出器、１８は励磁電流指令器、１９は周波数指令ω1*
と起電力検出信号ｅqの偏差に応じて励磁電流指令の補
正分Δｉm*を出力する起電力調節器、２０は励磁電流指
令ｉm**と補正分Δｉm*の加算点、２１は起電力検出信
号ｅqからすべり角周波数の推定値ωsを減算し、回転速
度の推定値を取り出す減算点である。この装置において
も、前述した(１)〜(３)式に従い電動機電流を制御し
て、ベクトル制御を行うことに変りはない。ここで、
(１)及び(２)式に関係した制御は、図１と全く同様であ
るが、(３)式に関係した制御は、前記実施例のように速
度検出信号ωrとすべり周波数指令ωs*の和に応じて周
波数ω1を制御する代りに、起電力成分検出器１５によ
り検出されたｅdに応じ、ｅd＝０となるようω1を制御
して行う。このとき、φ2ｑ＝０が成立し、その結果
(３)式が満足される。一方、本装置には、誘導起電力を
周波数に比例して制御する起電力調節器１９が設けてあ
り、次に述べる動作に従い磁束を一定に制御する。すな
わち、起電力検出器１７において次式に従い起電力ｅq
を検出する。 【数２８】 ここで、ｖ1ｑは電圧成分検出器１４の出力信号であ
る。調節器１９において、ω1*とｅqの偏差に応じてΔ
ｉm*を取り出し、ｉm*及びｅqを制御する。このとき、
次式の関係が得られる。 【数２９】 ここで、ω1＝ω1*であるゆえ、φ2ｄ＝φ2ｄ*（設定
値：一定）となり、磁束は一定に制御される。なお、励
磁電流指令器１８の指令ｉm**は、Δｉm*が定常時にお
いてΔｉm*＝０となるような値に設定される。次に、速
度制御は次のようにして行う。減算点２１において、ｅ
q（前述した を出力し、速度制御を行う。 【００１５】以上が本装置の動作であるが、制御定数の
設定のために、次のように電動機定数が必要である。 １）起電力成分検出器１５及び１７における漏れインピ
ーダンス降下の演算のために、１次抵抗ｒ及び漏れイン
ダクタンスｌ ３）起電力調節器１９のゲイン設定のために、励磁イン
ダクタンスＬ1及びＴ2 ４）速度調節器５のゲイン設定のために、慣性モーメン
トＪ これら電動機定数の測定原理は、前述したものと同じで
あるが、各測定におけるベクトル制御関係の条件設定が
図６〜図８のものと異なるところがあるので、それらに
ついて図１０〜図１２のフローチャートを用いて説明す
る。Ｌ1，Ｔ2，Ｊの測定に先立ち、速度調節器５及び起
電力調節器１９は、ＪあるいはＬ1，Ｔ2にかかわらず常
に系の安定がとれるようゲインを設定する。また、すべ
り周波数演算器６のＴ2は、電動機の出力容量に応じて
概略の標準値に設定する。その後Ｌ1，Ｔ2，Ｊの順で以
下のように測定する。 〔Ｌ1の測定〕図１０に示すように、先ず、ブロック１
０１にて(２９)式に示すφ2ｄ*を電動機の電圧定格に応
じ設定し、ｉm**を電動機容量に応じ概略の標準値に設
定する。そして、ｉt*及びω1*をベクトル制御に従い制
御してωr*を所定値まで徐々に上昇させて加速する。次
にブロック１０２にて、Δｉm*が略零となるようにｉm*
*をｉm**−Δｉm*に変更する。次に、ブロック１０３に
て、ｖ1ｑ及びｉm*の信号取込みを行い記憶する。ブロ
ック１０４にて、(１７)式に従いＬ1を演算する。 〔Ｔ2の測定〕図１１に示すように、先ず、ブロック１
１１にて、速度調節器５の出力信号ｉt*及び起電力調節
器１９の出力信号Δｉm*をそれまでの値に保持し、ωr*
をＬ1の測定に引き続き略所定値に保つ。次に、ブロッ
ク１１２にて、ｉm*のステップ変化を行い、以下は図７
と同一である。なお、ブロック１１３の終了後は、ｉt*
及びΔｉm*の保持を解除し、元通りの速度制御を行う。 〔Ｊの測定〕図１２に示すように、先ず、ブロック１２
１にて、起電力調節器１９及びすべり周波数演算器６の
制御定数を前述のＬ1，Ｔ2に基づいて設定し、ベクトル
制御により回転速度ωrを所定値に保つ。次に、ブロッ
ク１２１にて、ωrをΔωrだけ加減速し、以下は図８と
同一である。以上の測定結果に基づいて各制御定数を設
定し、その後、ベクトル制御による速度制御を行う。以
上述べたように、本実施例においても、前述した発明の
効果が得られる。 【００１６】なお、前記実施例においては、Ｔ2の測定
はｉm*のステップ変化に対するｖ1ｑの変化から求める
方法を述べたが、次のような方法によっても測定でき
る。すなわち、起電力検出器１５から加算器７に加えら
れる信号Δωsは、すべり周波数演算器６の出力信号が
適正であれば零となる。したがって、演算器６の出力信
号がωs*＋ΔωsとなるようにＴ2を設定変更すれば、そ
のときのＴ2が求めるべきものである。すなわち、Ｔ2は
次式で与えられる。 【数３０】 ここに、 Ｔ2*：設定変更前の２次時定数 ωs*：設定変更前の演算器６の出力信号 Δωs：設定変更前の検出器１５の出力信号 また、前述したベクトル制御装置においては、周波数指
令ω1*をωrとωs*の加算により求め、さらに２相交流
信号ｓｉｎω1*ｔ，ｃｏｓω1*ｔを作り、電流指令ｉ1*
を演算する方式について説明したが、他の方式であって
も（１）〜（３）式の関係に電流を制御することにおい
て同一であり、同様に本発明が適用できる。また、電動
機を駆動する変換器はインバータに限らずサイクロコン
バータ等であってもよい。さらに本発明は、誘導電動機
を対象とするものに限らず、同期電動機駆動にも適用で
きる。 【００１７】 【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、ベ
クトル制御を行うベクトル制御装置を用いて、負荷トル
クの影響を排除して簡便にかつ高精度に慣性モーメント
を演算することができ、その演算結果に基づいて制御定
数を最適に自動設定することができると共に、制御定数
調整の手間を大幅に削減することができる。
制御装置に係り、電動機定数、特に電動機の慣性モーメ
ントを自動測定して、その制御定数を自動設定するベク
トル制御装置の自動調整方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】周知のベクトル制御装置においては、電
動機定数、例えば励磁インダクタンス、２次時定数及び
慣性モーメントなどに基づいて各制御定数が設定され
る。従来は、電動機定数の設計値に基づいてそれを行っ
ているが、使用する電動機毎に制御定数を変更する必要
があり、煩雑なこと、また電動機定数の設計値と実際値
の不一致により、制御演算誤差を生じる問題がある。な
お、従来のベクトル制御装置の例としては、例えば、特
開昭５９−６３９９８号などに述べられている。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、この問題を
解決することにあり、ベクトル制御装置を実運転前に電
動機定数測定器として機能させ、電動機の慣性モーメン
トの測定結果に基づいてその制御定数を自動設定するに
好適なベクトル制御装置の自動調整方法を提供すること
にある。 【０００４】 【課題を解決するための手段】上記目的は、交流電動機
に可変周波数の交流を供給する変換器を制御するベクト
ル制御装置の自動調整方法において、前記ベクトル制御
装置に慣性モーメントを演算する電動機定数演算手段を
含み、前記定数演算手段によって慣性モーメントの演算
に必要な電動機電気定数に関する制御定数を設定し、そ
の後、前記電動機を運転し、そのときの交流電動機電流
のトルク電流成分の積分値と前記電動機の回転速度変化
幅の比に基づいて、前記電動機の回転子と該回転子に結
合される負荷装置の慣性モーメントを演算し、その結果
を基に前記定数演算手段によって慣性モーメントに関す
る制御定数を自動設定することにより、達成される。ま
た、前記ベクトル制御装置に慣性モーメントを演算する
電動機定数演算手段を含み、前記定数演算手段によって
慣性モーメントの演算に必要な電動機電気定数に関する
制御定数を設定し、その後、前記電動機を加速および／
または減速運転し、そのときの交流電動機電流のトルク
電流成分の積分値と前記電動機の回転速度変化幅の比に
基づいて、または、その後、前記電動機を加速および／
または減速運転し、それぞれの運転時の交流電動機電流
のトルク電流成分の積分値と前記電動機の回転速度変化
輻の比の平均に基づいて、前記電動機の回転子と該回転
子に結合される負荷装置の慣性モーメントを演算し、そ
の結果を基に前記定数演算手段によって速度制御系のゲ
インを自動設定することにより、達成される。 【０００５】 【作用】本発明は、ベクトル制御を行うベクトル制御装
置を用いて、負荷トルクの影響を排除して簡便にかつ高
精度に慣性モーメントを演算し、その演算結果に基づい
て制御定数を最適に自動設定する。また、これにより、
制御定数調整の手間を大幅に削減する。 【０００６】 【実施例】以下、本発明の実施例を図面により説明す
る。図１は、本発明の一実施例のベクトル制御装置の回
路構成図を示す。破線内はマイクロプロセッサを用いて
演算制御させる部分であるが、動作を解り易くするため
アナログ回路構成にて示してある。一点鎖線内は本発明
に関係のもので、その演算処理には、ベクトル制御用マ
イクロプロセッサがプログラムを変更して共通に用いら
れる。１は誘導電動機２に可変周波の交流を供給するイ
ンバ−タ、３は速度指令装置、４は回転速度検出器、５
は速度調節器、６はすべり周波数演算器、７はすべり周
波数指令ωｓ*′と回転速度信号ωrを加算し周波数指令
ω1*を出力する加算器、８はω1*に比例した周波数の２
相正弦波信号を発生する信号発生器、９は磁束指令器、
１０は励磁電流演算器、１１は励磁電流指令ｉm*とトル
ク電流指令ｉt*及び信号発生器８の出力信号に基づい
て、インバ−タの出力電流指令パタ−ンｉ1*を出力する
座標変換器、１２は出力電流ｉ1を検出する電流検出
器、１３はｉ1をｉ1*に比例制御する電流調節器、な
お、１２及び１３は全体で３相分あるが、２相分は図示
を省略してある。１４は電動機電圧のｄ軸及びｑ軸成分
を検出する電圧成分検出器、１５は起電力のｄ軸成分を
検出する起電力成分検出器、１６は電動機定数演算器で
ある。 【０００７】次に、ベクトル制御の動作と制御定数の設
定法について述べる。ベクトル制御の原理は周知である
ので、詳細な説明は省略するが、次式に従いインバータ
の出力電流の大きさ｜ｉ１｜と位相θ及び周波数ω１を
制御して、電動機の回転速度を高速応答高精度に制御す
るものである。 【数１】【数２】 【数３】 ここに、 ω１：一次角周波数 ωｒ：回転角周波数 ωｓ：すべり角周波数 ここで、（１）及び（２）式に関連した制御は、座標変
換器１１及び電流調節器１３において行われる。また
（３）式の関係は、すべり角周波数演算器６及び加算器
７により制御される。このとき、ｉｍ＊に比例して電動
機の励磁電流が、またｉｔ＊に比例してトルク電流が制
御され、ベクトル制御が行われる。さて、上述した励磁
電流指令ｉｍ＊は、演算器１０において次式に従い取り
出される。 【数４】 ここに、φ＊は磁束指令値である。すなわち、この演算
において励磁インダクタンス値Ｌ１が必要である。ま
た、すべり周波数演算器６においては、前述したように
（３）式の演算を行うため、２次時定数値Ｔ２が必要で
ある。さらに、速度調整器５の制御ゲインは、機械系の
慣性モーメントＪに応じて設定する必要がある。このよ
うに制御定数は電動機定数に基づいて設定されるが、以
下、Ｊを求めるには、Ｌ１、Ｔ２の測定結果に基づいて
設定した制御定数が必要であるので、Ｌ１、Ｔ２の測定
法を説明し、Ｊの測定法について述べる。本実施例の測
定原理は、実運転に先立ち、ベクトル制御装置を用いて
所定の電流を電動機に流し、その結果発生する電動機電
圧に基づいて電動機定数を演算測定するものである。と
ころで、電動機電流は前述したｉｍ＊、ｉｔ＊及びω１
＊により、以下に述べるように制御される。先ず、座標
変換器１１は、ｉｍ＊、ｉｔ＊及び信号発生器８の出力
信号ｃｏｓω１＊ｔ及びｓｉｎω１＊ｔに基づいて、次
式に従い２相交流の電流指令ｉα＊及びｉβ＊を作る。 【数５】 さらに、次式に従い３相交流の電流指令ｉ１＊（ｉｕ，
ｉｖ，ｉｗ）を作る。 【数６】そして、インバータの出力電流ｉ１をｉ１＊に比例して
制御する。一方、電動機電圧は図１に示す電圧成分検出
器１４により、次式に従い検出される。 【数７】 ここで、電圧のｖ１α，ｖ１β，ｖ１，ｖ１ｄ，ｖ１ｑ
の関係並びに電流のｉ１α，ｉ１β，ｉ１，ｉ１ｄ，ｉ
１ｑの関係を図２のベクトル図に示す。α軸及びβ軸は
直交固定子座標軸であり、α軸はＵ相巻線軸と一致す
る。また、ｄ軸及びｑ軸は角周波数ω１回転する直交回
転座標軸である。インバータ出力電流ｉ１は、その大き
さと位相が（１）（２）式あるいは（６）式に従い制御
される（図２はｉｔ＊＝０の場合を示す）。したがっ
て、ｄ軸電流ｉ１ｄ及びｑ軸電流ｉ１ｑはｉｍ＊及びｉ
ｔ＊にそれぞれ比例する。電流が流れると、電動機電圧
が誘起する。その電圧はｄ軸成分ｖ１ｄとｑ軸成分ｖ１
ｑに分けて考えることができる。定常時における１次電
圧ｖ１ｄ及びｖ１ｑは、誘導機の電圧方程式に基づいて
次式で与えられる。 【数８】 ここに、ｉ１ｄ，ｉ１ｑ：１次電流のｄ軸及びｑ軸成分
ｉ２ｄ，ｉ２ｑ：２次電流のｄ軸及びｑ軸成分ここで、
２次電流はかご形誘導機の場合に測定できない量である
ため、これらを消去する。２次電流と１次電流の関係
は、回転子２次回路に関する電圧方程式に基づいて次式
に示される。 【数９】 ここに、ωｓ：すべり角周波数 （９）式を用いて（８）式のｉ２ｄ及びｉ２ｑを消去す
れば、ｖ１ｄ，ｖ１ｑは次式で示される。 【数１０】 【数１１】 【０００８】次に、電動機定数の測定原理について述べ
る。 〔ｒ１＋ｒ２′，ｌ１＋ｌ２′の測定〕 ｉ１ｄ＝ｉｍ＊，ｉ１ｑ＝ｉｔ＊＝０，ω１＝ω１＊，ω１≒ω すなわち、ｉｍ＊を所定値に設定し、略回転停止にて一
定周波数で励磁する条件を設定すれば、 【数１２】 【数１３】 ここで、ｖ１ｄは検出器１４より検出され、また、ｉ１
ｄはその指令信号ｉｍ＊に比例するため既知である。し
たがって、上式より１次及び２次抵抗（１次換算値）の
和が測定できる。次に、前述と同一条件においては、 【数１４】 したがって、前述と同様にして、漏れインダクタンスｌ
１＋ｌ２′が測定される。これらの結果は、後述するよ
うに起電力検出器１５及び電動機定数演算器１６におい
て用いられる。次に、Ｌ１，Ｔ２，Ｊの測定は、ベクト
ル制御装置を動作させ、速度指令ωｒ＊に応じてωｒ，
ｉｍ＊，ｉｔ＊及びω１＊を制御し行う。しかし、
Ｌ１，Ｔ２，Ｊは未測定のため、制御定数を次のように
予備設定する。先ず、速度調整器５は、Ｊにかかわらず
常に系の安定がとれるようＰ動作に近くゲインを設定す
る。Ｌ１及びＴ２は、電動機の出力量に応じて概略の標
準値に設定する。また、後述する条件（φ２ｑ＝０）が
満足されるように、起電力のｄ軸成分ｅｄを検出し、そ
れが零となるようにインバータ出力周波数ω１制御す
る。すなわち、起電力成分検出器１５において（１５）
式に従いｅｄを検出し、それを増巾した後に加算器７に
加え、ｅｄ＞０のときはω１が減少方向に、逆のときは
逆となる関係に制御する。このとき、実際のすべり角周
波数ωｓはωｓ＊によらず制御され、たとえＴ２の設定
が不適当であっても、φ２ｑ＝０の条件が満足され、ベ
クトル制御が行われる。 【数１５】 式の右辺第２項は、（１３）式に従い測定したｒ１＋ｒ
２′に基づき 【数１６】 として求めたｒｉ１ｄ＝ｉｍ＊より、ｒ１とｉｍ＊の乗
算でき、また第３項はω１＊（＝ω１）と（１４）式に
従い測定したｌ１＋ｌ２′及びｉ１＊（＝ｉ１ｑ）の乗
算により求めることができる。したがって、ｅｄはｖ１
ｄよりこれら第２，３項を引算して求められる。 【０００９】〔Ｌ1の測定〕ｉ1ｄ＝ｉm*＝φ*／Ｌ1*，
ｉ1ｑ＝ｉt*（速度調節器出力）、ω1＝ω1*（φ2ｑ＝
０を満足する周波数）に制御すれば、φ2ｑ＝０よりｉ1
ｑ＝ωsＴ2ｉ1ｄが成立するため、(１１)式は次式のよ
うに表わせる。 【数１７】 したがって、ｖ1ｑ，ω1*（＝ω1）及びｉm*＝（ｉ
1ｄ）に基づいてＬ1を測定できる。ここで、漏れインピ
ーダンス降下ω1ｌ1ｉ1ｄ及びｒ1ｉ1ｑは、ω1Ｌ1ｉ1ｄ
に比べ小さいので無視してもよいが、考慮する場合は、
ｌ1を次式のようにおき、 【数１８】 また、ｒ1を（１６）式のように近似して、これらとｉm
*（＝ｉ1ｄ），ｉt*（＝ｉ1ｑ）及びω1*（＝ω1）を用
いてインピーダンス降下を演算し、これらをｖ1ｑから
差し引くことによりＬ1を精度よく測定できる。また、
鉄心飽和を考慮する必要があるが、それにはｖ1ｑが定
格のときｉm*及びＬ1を求めるようにすればよい。 【００１０】〔Ｔ2の測定〕前述と同様に、ｉ1ｄ＝ｉm*
＝φ*／Ｌ1，ｉ1ｑ＝ｉt*，ω1＝ω1*（φ2ｑ＝０）か
つｉ1ｄをステップ状に変化させる条件を設定する。な
お、この条件は、電流制御系の応答が速いため、ｉm*を
ステップ変化させることで実現される。 φ2ｑ＝０及び Ｐ（ｌ1＋Ｌ1）ｌ1ｑ＋ＰＭｉ2ｑ《ω1（ｌ1＋Ｌ1）ｉ1
ｄ1ｒ1ｉ1ｑ《ω1（ｌ1＋Ｌ1）ｉ1ｄ を考慮すれば 【数１９】 【数２０】 ここで、１はステップ関数である。さらに（２０）式を
用いて（１９）式のｉ2ｄを消去すれば 【数２１】 ここで、（２１）式の右辺第２項は、ｉ1ｄのステップ
変化に対して、時定数がＴ2の１次遅れ変化をする。し
たがって、ｖ1ｑよりω1（ｌ1＋ｌ2´）ｉ1ｄを差し引
いた値が、その終期値に対して６３％に達するまでの時
間を計測すれば、Ｔ2が求められる。なお、ω1（ｌ1＋
ｌ2´）ｉ1ｄは、先に測定したｌ1＋ｌ2´及びω1*，ｉ
m*の乗算により求められるが、右辺第２項に比べ十分小
さいから、これを無視してもよい。なお、ここで求めら
れる２次時定数Ｔ2sは、 【数２２】 であり、２次及び１次有効インダクタンスＬ2s，Ｌ1sが
鉄心飽和の程度(im*の大きさ）により変化するため、求
めるべきＴ2と異なる。Ｔ2への換算は次式にて示され
る。 【数２３】 ここで、Ｌ1は先に測定されており、また、Ｌ1sは次式
にて示される。 【数２４】 ここに、ｖ1ｑｉ，ｉ1ｄｉ，ｖ1ｑＥ，ｉ1ｄＥはｉ1ｄ
のステップ変化前後のｖ1ｑ及びｉ1ｄである。 【００１１】〔Ｊの測定〕 機械系の慣性モーメントＪは、前述したＬ１及びＴ２の
測定結果に基づいて、演算器１０及び６の制御定数を設
定し、加減速法により測定する。 φ２ｑ＝０により、 ｉ２ｑ＝−〔Ｍ／（ｉ２＋Ｌ２）〕ｉ１ｑ が成立するため、トルクは次式で与えられる。 【数２５】ここに、Ｐ：極対数， φ２：２次鎖交磁束 すなわち、φ２（＝Ｍｉ１ｄ）が一定の条件では、トル
クはｉ１ｑ（＝ｉｔ＊）に比例する。したがって、（２
６）式に基づいてＪを（２７）式に従い測定できる。 【数２６】 ここに、Ｔ Ｌ ：負荷トルク、 ω：回転角速度 【数２７】 ここに、Ｋ＝３Ｐφ＊（定数） Δωｒａ，Δωｒｂ：加減速時の速度変化幅 ここで、右辺第１項は加速時、第２項は減速時に対応す
る。各積分は加速及び減速のそれぞれについて行い、そ
れらの平均をとる理由は、負荷トルクの影響を除くため
にある。ｒ，１，Ｌ１，Ｔ２，Ｊの各演算は、電動機定
数演算器１６において行われ、その測定結果に基づいて
ベクトル制御の制御定数が設定される。それらの演算処
理にはベクトル制御用マイクロプロセッサがプログラム
を変更して用いられる。図３〜図８にそのフローチャー
トを示す。以下、その内容を説明する。いま、始動スイ
ッチが投入されると、図３に示すフローが開始され、ブ
ロック３１にて電動機定数の自動測定を行うかどうかの
判定を行う。すでに測定済で再度行う必要がない場合に
は、ブロック３４にジャンプされ、記憶要素に書込まれ
た電動機定数を用いてベクトル制御に必要な演算、すな
わち速度指令ωｒ ＊に応じてｉｍ ＊，ｉＡ ＊及びｓｉｎ
ω１ ＊ｔ，ｃｏｓω１ ＊ｔを出力する演算を行なう。一
方、測定を実施する場合は、ブロック３２において、図
４に示す順序に従い、電動機定数を演算し、その結果を
記憶要素に記憶し、次に、ブロック３３にてその測定結
果を基にブロック３４において用いられるベクトル制御
の制御定数を演算し、記憶要素に記憶する。次に、ブロ
ック３４においてベクトル制御の演算を上述の制御定数
を用いて行い、電動機を速度制御する。 【００１２】電動機定数の測定は、図４に示すようにブ
ロック４１〜４４まで４つのモードがあり、順に、ｒ1
＋ｒ2′及びｌ1＋ｌ2′，Ｔ2，Ｊの各測定を行う。各測
定原理については前述したので、以下では各測定の手順
について、図５〜図８のフローチャートを用いて説明す
る。 〔ｒ1＋ｒ2′，ｌ1＋ｌ2′の測定〕図５に示すように、
先ず、ブロック５１にてｉt*＝０，ｉm*，ω1*を所定値
に設定する。次に、ブロック５２にてｖ1ｄ，ｖ1ｑの信
号を取込み、ブロック５３にて(１３)式よりｒ1＋ｒ2′
を演算、またブロック５４にて(１４)式に従いｌ1＋
ｌ2′を演算する。 〔Ｌ1の測定〕図６に示すように、先ず、ブロック６１
にて、ｉm*を電動機容量に応じて概略の標準値に設定
し、ｉt*及びω1*を設定原理に述べたように制御して、
ωrを所定値まで徐々に上昇させ加速する。次に、ブロ
ック６２にてｖ1ｑの信号を取込み、ブロック６３にて
ｉm*を変化させ、ｖ1ｑが定格値となるときのｉm*を記
憶する。ブロック６４にて(１７)式に従いＬ1を演算す
る。 〔Ｔ2の測定〕図７に示すように、ブロック７１にて、
ｉm*を上述の定格値に設定し、ｉt*，ω1*を制御してω
rをＬ1の測定に引き続き所定値に保つ。次に、ブロック
７２にて、ｉm*のステップ変化を行い、ブロック７３に
て、その変化時点より所定時間ｖ1ｑを取込み記憶す
る。次に、ブロック７４にて、記憶されたｖ1ｑの変化
が終期値の６３％に達するまでの時間よりＴ2を演算す
る。さらに、ブロック７５にて、(２３)式に従い鉄心飽
和の影響を補正する。 〔Ｊの測定〕図８に示すように、先ず、ブロック８１に
て、励磁電流演算器１０及びすべり周波数演算器６の制
御定数を前述のＬ1，Ｔ2に基づいて設定する。その後
は、起電力成分検出器１５の出力信号は加算器７に加え
る必要がない。そして、ωrを所定値まで上昇、加速す
る。次に、ブロック８２にて、回転速度をΔωraだけ加
速し、その後、Δωrd（＝−Δωra）だけ減速し、その
間のｉt*を記憶する。ブロック８３にて、加速及び減速
時におけるｉt*の累積演算を求め、ブロック８４にて、
その累積値をΔωra，Δωrdで除してＪを演算する。以
上の測定結果に基づいて、制御定数を設定し、その後、
ベクトル制御による速度制御を行う。 【００１３】以上述べたように、本発明によれば、ベク
トル制御装置を利用して電動機定数を簡便に測定し、そ
の測定結果に基づいて自動調整を行うため、試運転調整
の手間が大幅に削減され、また、電動機及び負荷の変更
時においても同様に調整不要、取扱いが容易なベクトル
制御装置を提供できる。 【００１４】図９は、本発明の他の実施例であり、速度
センサを用いないベクトル制御装置への適用例を示す。
先ず、同装置の動作を述べる。詳細は特願昭５７−１７
３１８４（特開昭５９−６３９９８）及び特願昭５８−
２９１４３に述べているので、ここでは簡単に述べる。
図９において、１〜３，５〜８，１１〜１３は図１のも
のと同一物であるので説明を省略する。１４，１５は演
算内容は図１のものと同一であるが、本装置においては
ベクトル制御のための構成要素である。これらは回転速
度を直接検出する代りに、電動機電圧に基づいて回転速
度を演算推定し、速度制御を行うために、また誘導起電
力を基準としてそれに平行（同位相）なトルク電流成分
及びそれに直交（９０度位相差）な励磁電流成分を各指
令値ｉt*，ｉm*に応じて制御し、それらの合成に従い電
動機電流ｉ1を制御してベクトル制御を行うために用い
られる。１７は誘導起電力のｑ軸成分を検出する起電力
検出器、１８は励磁電流指令器、１９は周波数指令ω1*
と起電力検出信号ｅqの偏差に応じて励磁電流指令の補
正分Δｉm*を出力する起電力調節器、２０は励磁電流指
令ｉm**と補正分Δｉm*の加算点、２１は起電力検出信
号ｅqからすべり角周波数の推定値ωsを減算し、回転速
度の推定値を取り出す減算点である。この装置において
も、前述した(１)〜(３)式に従い電動機電流を制御し
て、ベクトル制御を行うことに変りはない。ここで、
(１)及び(２)式に関係した制御は、図１と全く同様であ
るが、(３)式に関係した制御は、前記実施例のように速
度検出信号ωrとすべり周波数指令ωs*の和に応じて周
波数ω1を制御する代りに、起電力成分検出器１５によ
り検出されたｅdに応じ、ｅd＝０となるようω1を制御
して行う。このとき、φ2ｑ＝０が成立し、その結果
(３)式が満足される。一方、本装置には、誘導起電力を
周波数に比例して制御する起電力調節器１９が設けてあ
り、次に述べる動作に従い磁束を一定に制御する。すな
わち、起電力検出器１７において次式に従い起電力ｅq
を検出する。 【数２８】 ここで、ｖ1ｑは電圧成分検出器１４の出力信号であ
る。調節器１９において、ω1*とｅqの偏差に応じてΔ
ｉm*を取り出し、ｉm*及びｅqを制御する。このとき、
次式の関係が得られる。 【数２９】 ここで、ω1＝ω1*であるゆえ、φ2ｄ＝φ2ｄ*（設定
値：一定）となり、磁束は一定に制御される。なお、励
磁電流指令器１８の指令ｉm**は、Δｉm*が定常時にお
いてΔｉm*＝０となるような値に設定される。次に、速
度制御は次のようにして行う。減算点２１において、ｅ
q（前述した を出力し、速度制御を行う。 【００１５】以上が本装置の動作であるが、制御定数の
設定のために、次のように電動機定数が必要である。 １）起電力成分検出器１５及び１７における漏れインピ
ーダンス降下の演算のために、１次抵抗ｒ及び漏れイン
ダクタンスｌ ３）起電力調節器１９のゲイン設定のために、励磁イン
ダクタンスＬ1及びＴ2 ４）速度調節器５のゲイン設定のために、慣性モーメン
トＪ これら電動機定数の測定原理は、前述したものと同じで
あるが、各測定におけるベクトル制御関係の条件設定が
図６〜図８のものと異なるところがあるので、それらに
ついて図１０〜図１２のフローチャートを用いて説明す
る。Ｌ1，Ｔ2，Ｊの測定に先立ち、速度調節器５及び起
電力調節器１９は、ＪあるいはＬ1，Ｔ2にかかわらず常
に系の安定がとれるようゲインを設定する。また、すべ
り周波数演算器６のＴ2は、電動機の出力容量に応じて
概略の標準値に設定する。その後Ｌ1，Ｔ2，Ｊの順で以
下のように測定する。 〔Ｌ1の測定〕図１０に示すように、先ず、ブロック１
０１にて(２９)式に示すφ2ｄ*を電動機の電圧定格に応
じ設定し、ｉm**を電動機容量に応じ概略の標準値に設
定する。そして、ｉt*及びω1*をベクトル制御に従い制
御してωr*を所定値まで徐々に上昇させて加速する。次
にブロック１０２にて、Δｉm*が略零となるようにｉm*
*をｉm**−Δｉm*に変更する。次に、ブロック１０３に
て、ｖ1ｑ及びｉm*の信号取込みを行い記憶する。ブロ
ック１０４にて、(１７)式に従いＬ1を演算する。 〔Ｔ2の測定〕図１１に示すように、先ず、ブロック１
１１にて、速度調節器５の出力信号ｉt*及び起電力調節
器１９の出力信号Δｉm*をそれまでの値に保持し、ωr*
をＬ1の測定に引き続き略所定値に保つ。次に、ブロッ
ク１１２にて、ｉm*のステップ変化を行い、以下は図７
と同一である。なお、ブロック１１３の終了後は、ｉt*
及びΔｉm*の保持を解除し、元通りの速度制御を行う。 〔Ｊの測定〕図１２に示すように、先ず、ブロック１２
１にて、起電力調節器１９及びすべり周波数演算器６の
制御定数を前述のＬ1，Ｔ2に基づいて設定し、ベクトル
制御により回転速度ωrを所定値に保つ。次に、ブロッ
ク１２１にて、ωrをΔωrだけ加減速し、以下は図８と
同一である。以上の測定結果に基づいて各制御定数を設
定し、その後、ベクトル制御による速度制御を行う。以
上述べたように、本実施例においても、前述した発明の
効果が得られる。 【００１６】なお、前記実施例においては、Ｔ2の測定
はｉm*のステップ変化に対するｖ1ｑの変化から求める
方法を述べたが、次のような方法によっても測定でき
る。すなわち、起電力検出器１５から加算器７に加えら
れる信号Δωsは、すべり周波数演算器６の出力信号が
適正であれば零となる。したがって、演算器６の出力信
号がωs*＋ΔωsとなるようにＴ2を設定変更すれば、そ
のときのＴ2が求めるべきものである。すなわち、Ｔ2は
次式で与えられる。 【数３０】 ここに、 Ｔ2*：設定変更前の２次時定数 ωs*：設定変更前の演算器６の出力信号 Δωs：設定変更前の検出器１５の出力信号 また、前述したベクトル制御装置においては、周波数指
令ω1*をωrとωs*の加算により求め、さらに２相交流
信号ｓｉｎω1*ｔ，ｃｏｓω1*ｔを作り、電流指令ｉ1*
を演算する方式について説明したが、他の方式であって
も（１）〜（３）式の関係に電流を制御することにおい
て同一であり、同様に本発明が適用できる。また、電動
機を駆動する変換器はインバータに限らずサイクロコン
バータ等であってもよい。さらに本発明は、誘導電動機
を対象とするものに限らず、同期電動機駆動にも適用で
きる。 【００１７】 【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、ベ
クトル制御を行うベクトル制御装置を用いて、負荷トル
クの影響を排除して簡便にかつ高精度に慣性モーメント
を演算することができ、その演算結果に基づいて制御定
数を最適に自動設定することができると共に、制御定数
調整の手間を大幅に削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すベクトル制御装置の回
路構成図 【図２】本発明の動作原理を説明するためのベクトル図 【図３】本発明における演算内容のフローチャート 【図４】本発明における演算内容のフローチャート 【図５】本発明における演算内容のフローチャート 【図６】本発明における演算内容のフローチャート 【図７】本発明における演算内容のフローチャート 【図８】本発明における演算内容のフローチャート 【図９】本発明の他の実施例を示すベクトル制御装置の
回路構成図 【図１０】本発明の他の実施例における演算内容のフロ
ーチャート 【図１１】本発明の他の実施例における演算内容のフロ
ーチャート 【図１２】本発明の他の実施例における演算内容のフロ
ーチャート 【符号の説明】 １ インバータ ２ 電動機 １４ 電圧成分検出器 １６ 電動機定数演算器
路構成図 【図２】本発明の動作原理を説明するためのベクトル図 【図３】本発明における演算内容のフローチャート 【図４】本発明における演算内容のフローチャート 【図５】本発明における演算内容のフローチャート 【図６】本発明における演算内容のフローチャート 【図７】本発明における演算内容のフローチャート 【図８】本発明における演算内容のフローチャート 【図９】本発明の他の実施例を示すベクトル制御装置の
回路構成図 【図１０】本発明の他の実施例における演算内容のフロ
ーチャート 【図１１】本発明の他の実施例における演算内容のフロ
ーチャート 【図１２】本発明の他の実施例における演算内容のフロ
ーチャート 【符号の説明】 １ インバータ ２ 電動機 １４ 電圧成分検出器 １６ 電動機定数演算器
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フロントページの続き
(72)発明者 高橋 潤一
茨城県日立市大みか町５丁目２番１号
株式会社日立製作所 大みか工場内
(58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名)
H02P 21/00
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．交流電動機に可変周波数の交流を供給する変換器を
制御するベクトル制御装置の自動調整方法において、前
記ベクトル制御装置に慣性モーメントの演算に必要な電
動機電気定数を演算すると共に、前記慣性モーメントを
演算する電動機定数演算手段を含み、前記定数演算手段
によって慣性モーメントの演算に必要な電動機電気定数
に関する制御定数を設定し、その後、前記電動機を運転
し、そのときの交流電動機電流のトルク電流成分の積分
値と前記電動機の回転速度変化幅の比に基づいて、前記
電動機の回転子と該回転子に結合される負荷装置の慣性
モーメントを演算し、その結果を基に前記定数演算手段
によって慣性モーメントに関する制御定数を自動設定す
ることを特徴とするベクトル制御装置の自動調整方法。 ２．交流電動機に可変周波数の交流を供給する変換器を
制御するベクトル制御装置の自動調整方法において、前
記ベクトル制御装置に慣性モーメントの演算に必要な電
動機電気定数を演算すると共に、前記慣性モーメントを
演算する電動機定数演算手段を含み、前記定数演算手段
によって慣性モーメントの演算に必要な電動機電気定数
に関する制御定数を設定し、その後、前記電動機を加速
および／または減速運転し、そのときの交流電動機電流
のトルク電流成分の積分値と前記電動機の回転速度変化
幅の比に基づいて、前記電動機の回転子と該回転子に結
合される負荷装置の慣性モーメントを演算し、その結果
を基に前記定数演算手段によって速度制御系のゲインを
自動設定することを特徴とするベクトル制御装置の自動
調整方法。 ３．交流電動機に可変周波数の交流を供給する変換器を
制御するベクトル制御装置の自動調整方法において、前
記ベクトル制御装置に慣性モーメントの演算に必要な電
動機電気定数を演算すると共に、前記慣性モーメントを
演算する電動機定数演算手段を含み、前記定数演算手段
によって慣性モーメントの演算に必要な電動機電気定数
に関する制御定数を設定し、その後、前記電動機を加速
および／または減速運転し、それぞれの運転時の交流電
動機電流のトルク電流成分の積分値と前記電動機の回転
速度変化幅の比の平均に基づいて、前記電動機の回転子
と該回転子に結合される負荷装置の慣性モーメントを演
算し、その結果を基に前記定数演算手段によって速度制
御系のゲインを自動設定することを特徴とするベクトル
制御装置の自動調整方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5218133A JP2847092B2 (ja) | 1993-08-10 | 1993-08-10 | ベクトル制御装置の自動調整方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5218133A JP2847092B2 (ja) | 1993-08-10 | 1993-08-10 | ベクトル制御装置の自動調整方法 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59212543A Division JPS6192185A (ja) | 1984-10-12 | 1984-10-12 | 自動調整を行うベクトル制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06209589A JPH06209589A (ja) | 1994-07-26 |
| JP2847092B2 true JP2847092B2 (ja) | 1999-01-13 |
Family
ID=16715159
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5218133A Expired - Lifetime JP2847092B2 (ja) | 1993-08-10 | 1993-08-10 | ベクトル制御装置の自動調整方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2847092B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1193497C (zh) * | 2001-12-05 | 2005-03-16 | 艾默生网络能源有限公司 | 异步电机转动惯量辨识方法 |
| JP2005172788A (ja) * | 2003-11-21 | 2005-06-30 | Yaskawa Electric Corp | モータの負荷慣性モーメント推定方法 |
| JP5192925B2 (ja) * | 2008-06-30 | 2013-05-08 | ヤマハ発動機株式会社 | 負荷同定方法およびロボットの制御システム |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6188780A (ja) * | 1984-10-08 | 1986-05-07 | Hitachi Ltd | 速度制御装置の制御定数設定方法 |
| JPH0410319A (ja) * | 1990-04-25 | 1992-01-14 | Nissan Motor Co Ltd | 電動式格納スイッチ装置 |
-
1993
- 1993-08-10 JP JP5218133A patent/JP2847092B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6188780A (ja) * | 1984-10-08 | 1986-05-07 | Hitachi Ltd | 速度制御装置の制御定数設定方法 |
| JPH0410319A (ja) * | 1990-04-25 | 1992-01-14 | Nissan Motor Co Ltd | 電動式格納スイッチ装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06209589A (ja) | 1994-07-26 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |