JP3053121B2 - 誘導電動機の制御方法 - Google Patents

誘導電動機の制御方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は誘導電動機のベクトル制
御を応用した制御方法に関するもので、特に工作機械の
高速主軸ドライブに利用される制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】図2にシステムの構成を示す。本システ
ムは、誘導電動機aとそれに取り付けられた回転数検出
器bとその回転数を検出して誘導電動機aを駆動するイ
ンバータ装置cからなる。
【0003】従来技術では、低速回転においては、回転
数検出器bの検出信号ωrを基にインバータ装置cで速
度センサ付ベクトル制御を行い、誘導電動機を駆動す
る。しかしながら、低速運転時にサーボ性能が必要であ
ったり、位置決め制御を行うために高分解能の回転数検
出器bが必要とされる場合、高速回転においては、回転
数検出器bの検出信号ωrが高周波化し、検出信号ωrが
減衰し正しくインバータ装置cに伝えられなくなったり
回転数検出器b内の検出回路の動作遅れなどにより、回
転数検出器bの検出信号ωrが正しい速度検出量を出力
しなくなるため、速度センサ付ベクトル制御ができなく
なる。そこで従来は、高速回転において、回転数検出器
bの検出信号ωrが不要なV/f一定制御で誘導電動機
を駆動していた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが従来技術では
V/f一定制御をしているような高速回転の領域におい
ては速度センサ付ベクトル制御で可能な速度制御ができ
ないという問題点があった。そこで本発明では高速回転
の領域においても、速度制御を可能とすることを目的と
する。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の誘導電動機の制御方法は、誘導電動機の回
転数を検出する回転数検出器と、前記回転数検出器の速
度検出信号と、インバータ装置に与えられる速度指令を
入力として、指令速度に実速度が一致するように制御す
る速度制御部と、インバータの出力検出電圧またはそれ
に相当する制御信号と、インバータの出力検出電流また
はそれに相当する制御信号を入力として、トルク電流推
定値と磁束推定値を出力する磁束・トルク電流推定部
と、前記速度制御部の出力であるトルク電流指令とトル
ク電流推定値を比較制御して速度信号を演算するトルク
電流制御部と、前記トルク電流制御部で演算された速度
信号と、モータのトルク電流と磁束の比をすべり周波数
に変換する係数であるモータ回路定数とに基づいてベク
トル制御に必要なすべり周波数を演算するすべり周波数
演算器と、前記トルク電流制御部の出力側に設けられ、
モータ回路定数をトルク電流指令とトルク電流推定値が
一致するように補正するモータ回路定数補正部と、前記
トルク電流制御部の出力と前記回転数検出器の出力を選
択的に出力するスイッチとを備え、前記回転数検出器が
正確な回転数を検出しうる上限速度より小さい場合には
前記回転数検出器の出力を速度検出信号として出力して
速度センサ付ベクトル制御を行い、前記回転数検出器が
正確な回転数を検出しうる上限速度より大きい場合には
前記トルク電流制御部の出力を速度信号として出力して
速度センサレスベクトル制御を行い、かつ、速度センサ
レスベクトル制御時は、前記スイッチ切替時点で速度セ
ンサ付ベクトル制御時に補正されていたモータ回路定数
を保持してモータ回路定数として使用することを特徴と
する。
【0006】
【作用】本発明では、高速回転においては、速度センサ
付ベクトル制御に比べて制御性能は劣るが、V/f一定
制御ではできなかった速度制御ができる速度センサレス
ベクトル制御を適用する。これにより、高速回転領域に
おいても速度制御が可能となる。
【0007】
【実施例】以下、本発明の具体的実施例を図1制御ブロ
ック図に示して説明する。本システムは、誘導電動機1
とそれに取り付けられた回転数検出器2とその回転数を
検出して誘導電動機1を駆動するインバータ装置3とか
らなる。インバータ装置3は速度制御部4、磁束制御部
5、電流制御部6、磁束・トルク電流推定器7、トルク
電流制御器8、モータ回路定数10を含んだすべり周波
数演算器9、モータ回路定数補正部11、速度検出値
と速度推定値を切替えるスイッチ12、1次電流指令発
生器13、励磁インダクタンス関数14、掛算器15、
パワー変換部16、積分器17から構成される。
【0008】ベクトル制御は、一般的にモータのトルク
発生メカニズムを数式解で求め、これを逆展開して、ト
ルク指令に忠実にトルクを発生するようにモータに与え
る電圧、周波数、位相を制御するものである。この数式
解を簡素化して表せば、(1)〜(7)式のようにな
る。 トルク T=kφ2T (1) 励磁電流振幅 IM =(1/M)φ2 (2) 1次電流振幅 I1 =√(IM 2+IT 2) (3) 1次電流遅れ角 θT = tan-1(IT /IM ) (4) 1次周波数 ω1 =ωr +ωs (5) 1次電流ベクトル I1 =I1 ∠θ1 (6) すべり周波数 ωs =Ks(IT /φ2 ) (7) 従って、インバータでは、(1)〜(7)式に基づいて
ベクトル制御を行う。ここでKsはモータのトルク電流
と磁束の比をすべり周波数ωsに変換する係数で、以下
(真の)モータ回路定数と呼ぶ。磁束制御部5は、指令
磁束φ2 *と磁束推定値φ2が一致するように制御し、そ
の出力は(2)式のように励磁インダクタンス関数14
を介して、励磁電流指令IM *に変換される。速度制御部
4の出力は、トルク電流指令IT *とみなされ、1次電流
指令発生器13は(3),(4)式に基づいてI1 *とθ
T *を出力する。一方、1次周波数演算は、(7)式に基
づいてすべり周波数演算器9が演算を行い、すべり周波
数信号ωs*を出力する。(5)式に基づいて、速度信号
ωrとすべり周波数信号ωs*を加算して1次周波数信号
ω1を作り、これを積分器17で積分した値と1次電流
遅れ角θT *を加えて、1次電流位相角θ1 *を発生する。
掛算器15は(6)式に基づいて1次電流指令振幅I1 *
とθ1 *を掛算して、1次電流指令ベクトルI1 *を発生
する。電流指令部6は、前記1次電流指令ベクトルと同
じ電流が流れるように1次電圧指令ベクトルV1 *を発
生し、パワー変換部17が必要な電圧、周波数、位相を
発生し、誘導電動機1に与える。磁束・トルク電流推定
部7では、1次電流ベクトルI1と1次電圧指令ベク
トルV1 *よりトルク電流推定値ITと磁束推定値φ2
得られる。1次電圧指令ベクトルV1 *の代わりにイン
バータ出力電圧V1を使ってもよい。
【0009】本発明においては、誘導電動機1の速度が
回転数検出器2が正確な回転数を検出しうる上限速度よ
り小さい場合には、スイッチ12を回転数検出器2の信
号を速度信号ωrとするような状態にし、速度センサ付
ベクトル制御を行う。また、同時にトルク電流指令IT *
とトルク電流推定値ITをトルク電流制御器8に入力す
る。ここでトルク電流推定値は(7)式より次のように
表すことができる。 IT=(ωsφ2)/Ks (8) また、磁束推定値φ2は磁束制御器5より、指令磁束φ2
*に一致するように制御されているので、φ2 *はφ2に等
しいと考えられる。その上、回転数検出器2の出力を1
次周波数の計算式(5)に用いているので、実際のすべ
り周波数ωsはすべり周波数信号ωs*に等しい。それで
トルク電流指令IT *は次式のように表すことができる。 IT *=(ωsφ2)/Ks* (9) ここでKs*は、モータ回路定数補正部11が出力して
いるモータ回路定数である。したがって、トルク電流指
令IT *とトルク電流推定値ITの差は、モータ回路定数
Ks*が真のモータ回路定数Ksと一致していないので生
じている。そこでトルク電流制御器8は、速度センサ付
ベクトル制御時、トルク電流指令IT *とトルク電流推定
値ITが一致するようにモータ回路定数Ks*を補正し
て、モータ回路定数Ks*を真のモータ回路定数Ksに近
づける機能を持っている。
【0010】本発明においては、誘導電動機1の速度が
回転数検出器2が正確な回転数を検出しうる上限速度よ
り大きくなると、従来の技術の項で述べたように速度セ
ンサ付ベクトル制御ができなくなるので、スイッチ12
をトルク電流制御器8の出力側を速度信号ωrとするよ
うな状態にし、速度センサレスベクトル制御を行う。こ
こでモータ回路定数補正部11は、速度センサ付ベクト
ル制御で用いられていたKs*の値を保持する。モータ回
路定数Ks*は真のモータ回路定数Ksに等しいと仮定す
ると、(9)式は次式のように表すことができる。 IT *=(ωs*φ2)/Ks (9)′ 従って、(8),(9)′式よりトルク電流指令IT *
トルク電流推定値ITの差は、すべり周波数信号ωs*
真のすべり周波数ωsとの差で生じたものと考えられ
る。そこでトルク電流制御器8は、トルク電流指令IT *
とトルク電流推定値ITが一致するように、モータ速度
ωrを推定する機能を持っている。もしモータ回路定数
Ks*が真のモータ回路定数Ksに等しいならば、モータ
速度は、モータ速度推定値ωr に完全に一致することに
なる。このように速度センサレスベクトル制御でも、モ
ータ速度推定値ωrを持っているので、誘導電動機1の
速度制御が可能となる。
【0011】
【発明の効果】以上に述べたように、本発明によれば、
回転数検出器が正確な回転数を検出しうる上限速度より
大きい場合でも、誘導電動機の速度制御が可能になっ
た。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例を示すブロック図である。
【図2】 誘導電動機制御装置のシステム構成図であ
る。
【符号の説明】
1 誘導電動機、2 回転数検出器、3 インバータ装
置、4 速度制御部 5 磁束制御部、6 電流制御部、7 磁束・トルク電
流推定器 8 トルク電流制御器、9 すべり周波数演算器、10
モータ回路定数 11 モータ回路定数補正部、12 スイッチ、13
1次電流指令発生器 14 励磁インダクタンス関数、15 掛算器、16
パワー変換部 17 積分器、18 電流検出器、19 電圧検出器 ωr* 速度指令 ωr 速度検出信号 IT * トルク電流指令 IT トルク電流推定値 φ2 * 指令磁束 φ2 磁束推定値 IM * 励磁電流指令 I1 * 1次電流指令I1 * 1次電流指令ベクトルI1 1次電流ベクトルV1 * 1次電圧指令ベクトルV1 インバータ出力電圧 ω1 1次周波数 θT * 1次電流遅れ角 θ1 * 1次電流位相角 ωs* すべり周波数指令
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02P 21/00 H02P 5/408 - 5/412 H02P 7/628 - 7/632

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 誘導電動機の回転数を検出する回転数検
    出器(2)と、 前記回転数検出器(2)の速度検出信号と、インバータ
    装置に与えられる速度指令を入力として、指令速度に実
    速度が一致するように制御する速度制御部(4)と、 インバータの出力検出電圧またはそれに相当する制御信
    号と、インバータの出力検出電流またはそれに相当する
    制御信号を入力として、トルク電流推定値と磁束推定値
    を出力する磁束・トルク電流推定部(7)と、 前記速度制御部(4)の出力であるトルク電流指令とト
    ルク電流推定値を比較制御して速度信号を演算するトル
    ク電流制御部(8)と、 前記トルク電流制御部(8)で演算された速度信号と、
    モータのトルク電流と磁束の比をすべり周波数に変換す
    る係数であるモータ回路定数とに基づいてベクトル制御
    に必要なすべり周波数を演算するすべり周波数演算器
    (9)と、 前記トルク電流制御部(8)の出力側に設けられ、モー
    タ回路定数をトルク電流指令とトルク電流推定値が一致
    するように補正するモータ回路定数補正部(11)と、 前記トルク電流制御部(8)の出力と前記回転数検出器
    (2)の出力を選択的に出力するスイッチ(12)とを
    備え、 前記回転数検出器が正確な回転数を検出しうる上限速度
    より小さい場合には前記回転数検出器(2)の出力を速
    度検出信号として出力して速度センサ付ベクトル制御を
    行い、 前記回転数検出器が正確な回転数を検出しうる上限速度
    より大きい場合には前記トルク電流制御部(8)の出力
    を速度信号として出力して速度センサレスベクトル制御
    を行い、 かつ、速度センサレスベクトル制御時は、前記スイッチ
    切替時点で速度センサ付ベクトル制御時に補正されてい
    たモータ回路定数を保持してモータ回路定数として使用
    する ことを特徴とする誘導電動機の制御方法。
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