JP5164540B2 - Method and apparatus for controlling motor drive device - Google Patents
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Description
本発明はモータを駆動するための駆動装置の制御方法およびそれを用いた装置に関する。 The present invention relates to a method for controlling a driving apparatus for driving a motor and an apparatus using the same.
モータへ電力を供給して回転駆動する電動動作（力行動作）と、モータから電力を受け取り回生動作するモータの制御装置では、交流電源に接続する電源側変換器とモータに接続するモータ側変換器の間にエネルギー蓄積装置を配設し、負荷によって起こるモータの電力変動に対してそのエネルギー蓄積装置の充放電を利用して一次側の交流電源にかかる電力変動を小さくする方式が知られている（特許文献１、２）。
In a motor control device that supplies electric power to a motor for rotational driving and a motor control device that receives electric power from the motor and performs regenerative operation, a power-side converter that is connected to an AC power source and a motor-side converter that is connected to the motor A system is known in which an energy storage device is provided between the two and the power fluctuation applied to the primary AC power source is reduced by using the charge and discharge of the energy storage device for the motor power fluctuation caused by the load. (
特許文献１の方法は交流電源からの受電電力を制御する変換器の容量は小さくできるものの、電源側コンバータが一方向動作のために、回生運転時にモータとのエネルギーの授受によっては直流電圧が必要以上に上昇する可能性がある。また、エネルギー蓄積装置にはコンデンサを用いている。エネルギー蓄積装置のエネルギー授受によって、直流電圧の変化が生じるが、この直流電圧の変化幅が大きい場合はモータ制御性能に影響がでる。
Although the method of
特許文献２の方法はモータが電動動作をしているときだけに電源から電力供給をし、負荷が必要とする以上のエネルギーが蓄えられたとき電源に回生運転を行うもので、制御負担を軽減できるものの、負荷が最大エネルギーを必要とする運転前に必ずしも最適にエネルギーが蓄積されない場合が生じ、このときにはエネルギー不足になってモータが所定の動作をできないおそれがある。
The method of
本発明の目的とするところは、エネルギー蓄積装置のエネルギー蓄積量を、予め定められた運転パターンに応じて適切に変化させることにより効率の良い運転を可能にすることであって、電源側変換器の変換容量を小さくするとともに、エネルギー蓄積装置の容量も小さくする事が出来るモータ駆動装置の制御方法とそれを用いた装置を提供することにある。 An object of the present invention is to enable efficient operation by appropriately changing the energy storage amount of the energy storage device in accordance with a predetermined operation pattern, and the power source side converter It is an object to provide a method for controlling a motor drive device and a device using the same, which can reduce the conversion capacity of the motor and the capacity of the energy storage device.
請求項１の発明は、交流電源からの電力を入力し交流電力を直流電力に変換する電源側変換器と、電源側変換器の直流電力側に接続され、該電源側変換器の電力エネルギーを蓄積するエネルギー蓄積装置と、該電源側変換器の直流側電力と該エネルギー蓄積装置に蓄積された電力とを入力し、速度に対応した周波数の交流電力に変換するモータ側変換器と、該モータ側変換器の出力側交流電力により駆動される交流モータと、該交流モータの速度を検出する速度検出器と、モータの運転パターンに対応した速度指令を出力する運転指令部と、該運転指令部の速度指令と速度検出器の速度検出信号とを入力し、前記交流モータの速度を速度指令値合致するよう速度制御信号を前記モータ側変換器に出力する速度制御部とを有するモータ駆動装置において、前記運転指令部は、予め定められる前記交流モータの複数の運転パターンに対応して、該複数の運転パターンに対応して時間と共に変更する電力指令を演算し又は記憶しておく電力指令出力機能を有するとともに、複数の運転パターンの中から選択した運転パターンに対応する前記電力指令を出力するものとし、前記エネルギー蓄積装置に蓄積された電力を検出する蓄積エネルギー検出器と、該運転指令部から出力された電力指令と該蓄積エネルギーとを入力し、該入力した電力指令に合致するよう、前記電源側変換器の電力を制御する電力制御手段とを設けたことを特徴とするモータ駆動装置である。
The invention of
請求項２の発明は、請求項１に記載のモータ駆動装置において、前記電源側変換器の直流側に接続されるモータ側変換器は複数であることを特徴とする。請求項３の発明は、請求項２に記載のモータ駆動装置において、前記電源側変換器の変換容量は、モータ側変換器の総変換容量より小さいことを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載のモータ駆動装置において、前記モータは、プレス機械のスライドまたはダイクッションを駆動するサーボモータであることを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the motor drive device according to the first aspect, the motor side converter connected to the DC side of the power source side converter is plural. According to a third aspect of the present invention, in the motor drive device according to the second aspect, the conversion capacity of the power supply side converter is smaller than the total conversion capacity of the motor side converter.
According to a fourth aspect of the present invention, in the motor drive device according to any one of the first to third aspects, the motor is a servo motor that drives a slide or a die cushion of a press machine.
請求項５の発明は、交流電源からの電力を入力し交流電力を直流電力に変換する電源側変換器と、電源側変換器の直流電力側に接続され、該電源側変換器の電力エネルギーを蓄積するエネルギー蓄積装置と、該電源側変換器の直流側電力と該エネルギー蓄積装置に蓄積された電力とを入力し、速度に対応した周波数の交流電力に変換するモータ側変換器と、該モータ側変換器の出力側交流電力により駆動される交流モータと、該交流モータの速度を検出する速度検出器と、モータの運転パターンに対応した速度指令を出力する運転指令部とを有し、該運転指令部の速度指令と速度検出器の速度検出信号とを入力し、前記交流モータの速度を速度指令値合致するよう前記モータ側変換器を制御するモータ駆動装置の制御方法において、前記運転指令部は、前記交流モータの複数の運転パターンに対応して、該複数の運転パターンを夫々実現するために、時間と共に変更する電力指令を演算し又は記憶しておき、かつ該運転指令部は、複数の運転パターンの中から選択された運転パターンに対応する電力指令を電力制御手段に選択出力し、該電力制御手段は、該電力指令と前記蓄積エネルギー検出値を利用して該入力した電力指令に合致するよう、前記電源側変換器を制御することを特徴とするモータ駆動装置の制御方法である。
請求項６の発明は、請求項５に記載のモータ駆動装置の制御方法であって、前記電源側変換器の前記電力指令は、電流指令または電圧指令または電流制限値またはこれらを組み合わせて、これらの値を可変制御することを特徴とする。
The invention of
The invention of
運転指令とエネルギー蓄積装置の蓄積状態に応じた効率のよい運転が行え、また、電源側変換器の容量を小さくするとともに、さらに、エネルギー蓄積装置の容量を小さくできる。すなわち、運転パターンによって予めモータが大きな電動電力や回生電力が必要とされる時点が分かるので、それに先立ってエネルギー蓄積装置の蓄積量を調整して大きな電力に対応し、モータ負荷の小さな時点で蓄積量を調整できる。このため、運転パターンの一周期に合わせて適切にエネルギー蓄積量を調節できる。 Efficient operation according to the operation command and the storage state of the energy storage device can be performed, the capacity of the power supply side converter can be reduced, and the capacity of the energy storage device can be further reduced. In other words, since the time when the motor needs a large amount of electric power or regenerative power is known in advance according to the operation pattern, the amount of energy stored in the energy storage device is adjusted prior to that to accommodate large power and stored when the motor load is small. The amount can be adjusted. For this reason, the energy storage amount can be appropriately adjusted according to one cycle of the operation pattern.
電源側変換器やエネルギー蓄積装置の容量が低減できることから本願発明の設備稼動時では、交流電源にかかる電流の変化が抑制されて、高い電流値が発生せず工場設備の 受電容量が小型になり、また、受電設備の大型化を防ぎ省エネにもなる。 Since the capacity of the power converter and energy storage device can be reduced, the change in current applied to the AC power supply is suppressed during operation of the facility of the present invention, so that a high current value is not generated and the power receiving capacity of the factory facility is reduced. In addition, the power receiving facility can be prevented from becoming large and save energy.
以下、本発明の実施の形態を図１〜図９に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
運転パターンを予め定めて運転する装置の例にプレス機械がある。図１は本発明が適用される一例として簡易表現したプレス機械を示す。ここでは、プレス機械としてクランクプレスに適用した例を示す。交流モータ１の軸１Ｓに接続されたギヤ２にメインギヤ３が噛み合わされ、メインギヤ３にはクランク機構（クランク軸４、コンロッド５）が接続されている。クランク機構によりスライド６を静止側のボルスタ７に対して昇降可能に形成されている。
A press machine is an example of an apparatus that operates with a predetermined operation pattern. FIG. 1 shows a press machine simply expressed as an example to which the present invention is applied. Here, the example applied to the crank press as a press machine is shown. A
クランク軸４を駆動する交流モータ１は、その正転、逆転、速度変化が制御装置により自由に制御されるので、時間の経過に対応してスライドを任意の位置に移動させることができる。これにより各種スライドモーションを自在に設定し、またそれらを任意に選択して利用できる。このために、プレス成形の精度、生産性を向上し、種々のプレス成形に対する適応性が拡大できる。交流モータ１としては、永久磁石を用いた同期モータや、誘導モータ、リラクタンスモータなどが利用できる。さらに、交流モータでなく直流モータでもよい。ここでは、交流モータは同期モータとして説明する。
The
図２は図１の機械の交流モータ１を駆動するモータ駆動装置の例を示す。交流電源２０１からの交流電力はＡＣリアクトル２０２を介して回生コンバータ２０３に入力される。回生コンバータ２０３の直流側は回生コンバータ２０３のスイッチング動作の無効電流を処理する平滑コンデンサ２０４を介してエネルギー蓄積装置２０９に接続されると共にインバータ２０６の直流側に接続される。エネルギー蓄積装置２０９としては２次電池、大容量電力コンデンサ、電気二重層コンデンサなどが用いられる。
FIG. 2 shows an example of a motor drive device for driving the
インバータ２０６の直流側には回生コンバータ２０３と同様にそのスイッチング動作の無効電流を処理する平滑コンデンサ２０７が接続される。ここでは、回生コンバータ２０３と平滑コンデンサ２０４の組を電源側変換器２０５と称し、インバータ２０６と平滑コンデンサ２０７の組をモータ側変換器２０８と称する。インバータ２０６の交流側は交流モータ１に接続される。交流モータ１の回転速度や回転位置はエンコーダ２１１で検出される。モータの回転速度の指令は運転指令部２２１から出される。
A smoothing capacitor 207 for processing the reactive current of the switching operation is connected to the DC side of the inverter 206 in the same manner as the regenerative converter 203. Here, a set of the regenerative converter 203 and the smoothing capacitor 204 is referred to as a power supply side converter 205, and a set of the inverter 206 and the smoothing capacitor 207 is referred to as a motor side converter 208. The AC side of the inverter 206 is connected to the
速度制御部２２２は運転指令部２２１からの速度指令、およびエンコーダ２１１と電流検出器２２３からのフィードバック信号によって動作し、交流モータ１の速度制御、電流制御、ＰＷＭ制御を実施し、この出力によってインバータ２０６がＰＷＭ制御される。この制御は周知であるので、詳細な説明は省略する。また、本例は運転指令部２２１から速度指令が出されるとして説明したが、位置指令を出し、速度制御部２２２で、交流モータ１の位置制御、速度制御、電流制御、ＰＷＭ制御を実施するように構成してもよい。
The speed control unit 222 operates according to the speed command from the
一方、エネルギー蓄積装置２０９のエネルギー蓄積状態は、蓄積エネルギー検出部２３１により検出される。また、交流モータ１の所要電力は運転指令部２２１で演算される。蓄積エネルギー検出部２３１の検出値と運転指令部２２１からの所要電力は電流指令演算部２３２に入力され、電流指令演算部２３２において電源側変換器２０５の出力電流が指令される。すなわち、交流電源２０１の力率が１のときは、交流電源２０１の電流の大きさが指令される。電流制御部２３３は電流指令演算部２３２の出力と交流電源２０１の電圧および電流検出器２３４からの信号によって動作し、交流電源２０１の電流制御、ＰＷＭ制御を実施し、回生コンバータ２０３をＰＷＭ動作させる。
On the other hand, the energy storage state of the
次に図２に示す電源側変換器２０５の動作について説明する。運転指令部２２１において交流モータ１の瞬時瞬時の所要電力、すなわち運転パターンに従い時々刻々と変化する交流モータ１の所要電力が計算される。所要電力は運転パターンに基づいて速度指令とトルク指令の積から求められる。速度指令はスライド６の運転パターン、すなわち、交流モータの速度指令として求められ、トルク指令はそのプレス作業の内容や速度指令から演算、あるいはトライ運転時のトルク指令から求められる。プレス作業は材料や金型、プレス動作を予め定め、運転パターンを定めてから実際の作業に入る。このため、プレス作業が決まれば、所要電力は容易に求められる。
Next, the operation of the power supply side converter 205 shown in FIG. 2 will be described. The
さらに加工を行ないながら、駆動系のイナーシャや加工による実際の負荷を反映したエンコーダ２１１と電流検出器２２３からのフィードバック信号、すなわち交流モータ１の位置及び速度の検出値と、それに対応した電流の検出値を利用して、運転パターンに従い時々刻々と変化する交流モータ１の実際の所要電力を把握し、運転指令部２２１に記憶しても良い。
Further processing, feedback signals from the
交流モータ１に必要な電力はエネルギー蓄積装置２０９と電源側変換器２０５から供給される。この両者の供給割合を決めるのが電流指令演算部２３２である。蓄積エネルギー検出部２３１で蓄積量から出力及び蓄積可能な電力を演算する。電流指令演算部２３２は運転指令部２２１からのモータ所要電力とエネルギー蓄積装置２３１からの検出値により、電源側変換器２０５から出力する電力、すなわち電力に対応する電流指令値を演算する。
Electric power necessary for the
電流指令部２２１からのモータの所要電力は現時点と現時点以降を含む値を刻々出してもよいし、運転パターン１周期分を予め電流指令演算部２３２に出してもよい。エネルギー蓄積装置２０９の蓄積量はエネルギー蓄積装置２０９に出入りする電圧と電流から演算できる。あるいは、電圧や電流の何れか一方からだけでも把握できる。また、蓄積エネルギー検出部２３１では、蓄積量そのものを検出するのではなく、エネルギー蓄積装置２０９に流入または流出する電力から検出してもよい。
電流指令演算部２３２の演算はこのように、運転パターンに応じたモータ所要電力とエネルギー蓄積装置に蓄えられている蓄積エネルギーを考慮して電流指令を演算する。この具体例は後述する。
As the required power of the motor from the
In this way, the calculation of the current command calculation unit 232 calculates the current command in consideration of the required motor power corresponding to the operation pattern and the stored energy stored in the energy storage device. A specific example will be described later.
電流制御部２３３はこのように演算した電流指令値に対応する電源電流が電源側変換器２０５に交流電源２０１から流れるように電源側変換器２０５を制御する。ここでは、電流値は出力と関連する交流電源側から検出しフィードバック制御する。また、交流電源２０１の電流を電圧位相に同期させるために、その電圧も検出する。この構成を用いると、電源電流を正弦波、かつ、力率１になるように制御できる。こうして、運転パターンに従い交流モータ１で必要となる入力とエネルギー蓄積装置からの出力の差分が電源側変換器２０５、すなわち、交流電源２０１から供給される。なお、電流制御部２３３に与える電流指令値としては前述したように力率＝１に制御するだけでなく、無効分制御も併用して、力率＝１以外の制御ができるのは言うまでもない。
The current control unit 233 controls the power supply side converter 205 so that the power supply current corresponding to the current command value calculated in this way flows from the
図３は運転パターンにより電源側変換器を制御する動作を示す一例である。（ａ）はモータ回転速度のパターン、（ｂ）はモータの所要トルク、（ｃ）はモータ所要電力、（ｄ）は電源側変換器の出力、（ｅ）はエネルギー蓄積装置の出力、（ｆ）はエネルギー蓄積装置に蓄えられている蓄積エネルギーを示す。横軸は（ａ）〜（ｆ）に共通の時間軸である。 FIG. 3 is an example showing the operation of controlling the power supply side converter according to the operation pattern. (A) is a pattern of the motor rotation speed, (b) is a required torque of the motor, (c) is a required motor power, (d) is an output of the power supply side converter, (e) is an output of the energy storage device, (f ) Indicates the stored energy stored in the energy storage device. The horizontal axis is a time axis common to (a) to (f).
この例の運転パターンは、（ａ）のように、時刻ｔ０において、スライドが上死点にあり、モータは高速で運転をしている。ｔ１でプレス作業のための減速に入り、ｔ２まで減速を続ける。ｔ２からｔ３は加速しながらプレス作業をする期間であり、ｔ３からｔ４でプレス作業終了後に加速をして高速運転になり、ｔ５で上死点に戻る。その後は、ｔ０からの動作を繰り返す。 In the operation pattern of this example, as shown in (a), at time t0, the slide is at the top dead center, and the motor is operating at high speed. Deceleration for press work is started at t1, and deceleration is continued until t2. The period from t2 to t3 is a period in which the press work is performed while accelerating. After the press work is completed from t3 to t4, the speed is increased to a high speed operation, and the top dead center is returned at t5. Thereafter, the operation from t0 is repeated.
予め決められるこの運転パターンは金型や加工製品の材料、加工製品の形状、プレス作業方法、生産計画に応じてそれぞれ最適パターンが異なり、図の例以外にも種々多数の運転パターンがある。図の例では、モータはｔ１からｔ２は減速トルクが必要になり、ｔ２からｔ３はプレス作業のためのトルク、ｔ３からｔ４は加速トルクが必要である。この運転のトルクはプレス作業内容に応じて予めシミュレーション計算やトライ運転時の結果から求められる。（ｃ）のモータ所要電力は（ａ）と（ｂ）の積として決まる。プレス作業時のｔ２からｔ３で大きな電力、さらに時間積分として大きなエネルギーが必要であることがわかる。 The predetermined operation pattern differs depending on the mold, the material of the processed product, the shape of the processed product, the press work method, and the production plan, and there are various operation patterns other than the examples in the figure. In the example shown in the figure, the motor needs deceleration torque from t1 to t2, t2 to t3 requires torque for press work, and t3 to t4 requires acceleration torque. The torque for this operation is obtained in advance from the results of simulation calculation and try operation according to the press work contents. The required motor power in (c) is determined as the product of (a) and (b). It can be seen that a large electric power is required from t2 to t3 during the pressing operation, and a large energy is required for time integration.
このようなプレス時の大きなエネルギーに対処するために、次のように動作をさせる電流指令を出力する。図ではｔ１の時点から電源側変換器に所定の出力が得られる電流指令を出す。ｔ１からｔ２はモータが回生動作しているにも関わらず電源側変換器は電力を交流電源から直流回路側に出力させる。この結果、（ｅ）のようにｔ１からｔ２まではモータからの回生電力と電源からの電力がエネルギー蓄積装置に流入（図示ｅの時間軸と平行な細線から下側は蓄積装置に流入する電力、上側は流出する電力を示す）し、ｔ２のプレス開始時点で蓄積エネルギー量は（ｆ）のように例えば最大値ＭＡＸのエネルギー蓄積ができる。 In order to cope with such a large energy at the time of pressing, a current command for operating as follows is output. In the figure, a current command for obtaining a predetermined output is issued from the time t1 to the power supply side converter. From t1 to t2, the power supply side converter outputs electric power from the AC power source to the DC circuit side even though the motor is performing regenerative operation. As a result, as shown in (e), from t1 to t2, the regenerative power from the motor and the power from the power source flow into the energy storage device (the lower side from the thin line parallel to the time axis in FIG. The upper side indicates the electric power that flows out), and the amount of stored energy can be stored, for example, at the maximum value MAX as shown in FIG.
ｔ２からはエネルギー蓄積装置と電源からの両者の電力がモータに流れ、ｔ４まで続く。この後、エネルギー蓄積状態を見ながらエネルギー蓄積装置に蓄積動作をさせるように電流指令を出し、ｔ４１の時点で蓄積エネルギー量が初期状態に戻ったのを検出して、電流指令をゼロに戻す。このように、運転パターンから分かる必要な所要電力を算出し、電流指令を定めると電源側変換器の変換容量やエネルギー蓄積装置の蓄積容量が小さくてもモータの所要電力をまかなう運転ができる。 From t2, the power from both the energy storage device and the power supply flows to the motor and continues until t4. Thereafter, a current command is issued to cause the energy storage device to perform a storage operation while observing the energy storage state, and the current command is returned to zero by detecting that the amount of stored energy has returned to the initial state at time t41. In this way, when the necessary power required from the operation pattern is calculated and the current command is determined, the motor can be driven to meet the required power even if the conversion capacity of the power supply side converter and the storage capacity of the energy storage device are small.
この例では電源側変換器の出力、すなわち、電流指令は一定であるが、一定でなくてもよい。例えば、モータに大きな電力が必要な時点、例えば時刻ｔ２の前で指令を増加させてもよい。この時点は予め定めても、あるいは状況監視して変更してもよい。また、電流指令はｔ１から出しているが、エネルギー蓄積装置の状態により指令を出す時点を決めてもよい。さらに、このケースでは電源側変換器は電力を交流電源側から直流電源側に出す動作だけをしている。この場合、電源側変換器２０５は図２に示す双方向電力変換器ではなく、交流電源から直流側に一方向だけに電力を送る構成の変換器でもよい。また、当然ながら、変換器やモータ、エネルギー蓄積装置には損失がある。電流指令演算部２３２はこれらの損失を考慮して電流指令の演算を実施してもよい。 In this example, the output of the power supply side converter, that is, the current command is constant, but may not be constant. For example, the command may be increased when a large amount of electric power is required for the motor, for example, before time t2. This time point may be determined in advance or may be changed by monitoring the situation. The current command is issued from t1, but the time point at which the command is issued may be determined according to the state of the energy storage device. Furthermore, in this case, the power supply side converter performs only the operation of outputting power from the AC power supply side to the DC power supply side. In this case, the power supply side converter 205 may not be the bidirectional power converter shown in FIG. 2, but may be a converter configured to send power from the AC power source to the DC side only in one direction. Naturally, there are losses in the converter, the motor, and the energy storage device. The current command calculation unit 232 may calculate the current command in consideration of these losses.
図４は図３と別の動作例を示す。（ｃ）はモータ所要電力、（ｄ）は電源側変換器の出力、（ｅ）はエネルギー蓄積装置の出力、（ｆ）はエネルギー蓄積装置に蓄えられている蓄積エネルギーを示す。図４の運転パターンは図３と同じで、（ｃ）に示すモータ所要電力も図３と同じであるが、エネルギー蓄積装置への蓄積の仕方を図３と変更している。
図のようにｔ１の減速開始の時点から交流電源から直流側に電力が流れる電流指令を電源側変換器に出す。ｔ１からの減速時だけ電流指令は他のときより大きくしている。ｔ１からｔ２はモータが回生動作しているので、電源側変換器とモータからの電力がエネルギー蓄積装置に入力される。
FIG. 4 shows an operation example different from FIG. (C) shows the required motor power, (d) shows the output of the power converter, (e) shows the output of the energy storage device, and (f) shows the stored energy stored in the energy storage device. The operation pattern of FIG. 4 is the same as FIG. 3, and the required motor power shown in FIG. 4C is the same as that of FIG. 3, but the method of storage in the energy storage device is changed to FIG.
As shown in the figure, a current command in which electric power flows from the AC power source to the DC side from the time point of starting deceleration at t1 is output to the power source side converter. Only during deceleration from t1, the current command is made larger than at other times. Since the motor is performing a regenerative operation from t1 to t2, the power from the power supply side converter and the motor is input to the energy storage device.
この結果、（ｆ）に示すように蓄積エネルギーは増加し、ｔ１１で最大値ＭＡＸに達する。このため、ｔ１１からｔ２まではエネルギー蓄積装置に電力は流入せず電源側変換器にはモータからの回生電力をすべて交流電源に流す指令を出す。そして、ｔ２からの動作は図３の場合と同じである。このケースのようにエネルギーを使うｔ２からのパターンに先だって、本例では減速時、他より大きな電流指令により電源から大きめに電力を蓄積すればプレス開始ｔ２前に確実にエネルギー蓄積状態を最大にしておくことが可能であるので、エネルギー蓄積装置の容量をさらに最適化できる。なお、蓄積状態を最大にするために動作開始する時点は、本例では減速開始時刻ｔ１としたが、ｔ１ではなく、それより前の時点、あるいは、後の時点としてもよい。 As a result, as shown in (f), the stored energy increases and reaches the maximum value MAX at t11. For this reason, power does not flow into the energy storage device from t11 to t2, and the power supply side converter is instructed to flow all regenerative power from the motor to the AC power supply. The operation from t2 is the same as in FIG. As in this case, prior to the pattern from t2 that uses energy, in this example, when decelerating, if a larger amount of power is accumulated from the power source by a larger current command than the others, the energy accumulation state is reliably maximized before t2 of the press start. The capacity of the energy storage device can be further optimized. In this example, the start time of the operation for maximizing the accumulation state is the deceleration start time t1, but it may be a time before or after t1 instead of t1.
さらに、モータからエネルギーが回生される時点、すなわち、減速開始時点ｔ１では、蓄積エネルギー容量を最大値でなくそれより低減させ、その時点以後にエネルギー蓄積装置にエネルギーを蓄えることができるようにしている。このため、エネルギー蓄積装置と電源側変換器の双方が動作でき、この動作により蓄積装置と変換器の容量を適切化している。すなわち運転中にモータが必要とする最大電力の供給を電源側変換器のみで負担する場合と比べ、エネルギー蓄積装置から電力供給を得られる分、電源側変換器の容量を小さくすることができる。 Further, at the time when energy is regenerated from the motor, that is, at the deceleration start time t1, the stored energy capacity is reduced to a value that is not the maximum value, and energy can be stored in the energy storage device after that time. . For this reason, both the energy storage device and the power supply side converter can operate, and the capacity of the storage device and the converter is optimized by this operation. That is, the capacity of the power supply side converter can be reduced as much as the power supply can be obtained from the energy storage device, compared with the case where the supply of the maximum power required by the motor during operation is borne only by the power supply side converter.
上記実施例のように運転パターンが決められていれば、モータの所要電力とモータの所要エネルギーの時間的推移が分かる。運転パターンが決まると、運転時の電源側変換器の動作は、減速開始時刻ｔ１、蓄積エネルギーが最大になる時点ｔ１１や、プレス開始時点ｔ２といったようなパターンの変化点やエネルギー蓄積量だけを監視しながら電源変換器の動作を動作させることもできる。このため制御方法が簡易にかつ確実に構築できる。また、この運転パターンにより電源側変換器を制御する動作をサーボプレスの駆動装置に適用するには、プレス加工内容によって決まる運転パターンに対応して、どの時点でどのように制御するかを決定すればよい。
また、運転パターンからエネルギー蓄積がどうあるべきか予測がつくので、所要電力を求めることなく、運転パターンに対する電流指令を決めておくこともできる。
If the operation pattern is determined as in the above embodiment, the temporal transition of the required power of the motor and the required energy of the motor can be known. When the operation pattern is determined, the operation of the power supply side converter during operation monitors only the pattern change point and energy accumulation amount, such as deceleration start time t1, time t11 when stored energy becomes maximum, and press start time t2. It is also possible to operate the power converter while operating. For this reason, a control method can be constructed easily and reliably. In addition, in order to apply the operation to control the power supply side converter based on this operation pattern to the drive device of the servo press, it is determined how and at what point the control is performed according to the operation pattern determined by the press processing content. That's fine.
In addition, since it is possible to predict how the energy accumulation should be based on the operation pattern, it is possible to determine a current command for the operation pattern without obtaining the required power.
以上のように、運転パターンが定められるサーボプレスにおいて、その所要電力が時間的にどのように推移するかを知ることにより、エネルギー蓄積装置の蓄積エネルギー量を適切に管理しながら運転することができる。このため、エネルギー蓄積装置２０９の容量や、電側変換器２０５の容量を低減できる。また、エネルギー蓄積装置の蓄積状態に応じた効率のよい運転が行える。さらに、上記実施例で示したサーボモータを駆動してスライドを制御するサーボプレスだけでなく、これと同様の運転を行う用途、すなわち、モータの運転パターンが定められており、その運転中に大きな電力変化がある用途、例えば、プレス機のダイクッション装置、また、射出成形機や工場内設備機械、生産機械、搬送装置などでも本発明の意図するところが適用できるのは言うまでもない。
As described above, in the servo press in which the operation pattern is determined, it is possible to operate while appropriately managing the amount of energy stored in the energy storage device by knowing how the required power changes with time. . For this reason, the capacity | capacitance of the
図５は本発明の他の実施例を示す。図５において、図１と同様の要素には同一の符号を付している。この実施例は運転指令部２２１からの信号と蓄積エネルギー検出部２３１からの信号により、電圧指令値を電圧指令演算部２５１で演算することに特徴がある。
電圧指令演算部２５１の電圧指令信号と電圧検出部２５３からの直流電圧検出信号を電圧制御部２５２に入力する。電圧制御部２５２からの電流指令信号を電流制御部２３３に入力する。このように、運転指令とエネルギー蓄積状態によって電圧指令を変化させ、それに対応する電流指令を得、電源側変換器２０５を動作させる。エネルギー蓄積状態によりエネルギー蓄積装置２０９の電圧が違うので、運転指令とエネルギー蓄積状態に応じて、直流電圧の指令値を変更する。このようにしても本発明の意図するところは実現できる。
FIG. 5 shows another embodiment of the present invention. In FIG. 5, the same elements as those in FIG. This embodiment is characterized in that a voltage command calculation unit 251 calculates a voltage command value based on a signal from the
A voltage command signal from the voltage command calculation unit 251 and a DC voltage detection signal from the voltage detection unit 253 are input to the voltage control unit 252. A current command signal from the voltage control unit 252 is input to the current control unit 233. In this way, the voltage command is changed according to the operation command and the energy storage state, the current command corresponding to the command is obtained, and the power supply side converter 205 is operated. Since the voltage of the
図６は本発明のさらに他の実施例を示す。図６において、図１、５と同様の要素には同一の符号を付している。運転指令と蓄積エネルギーとから電圧指令と電流リミッタ値を演算するのが特徴である。
電源側変換器の出力電圧指令と電源側変換器の電流リミッタ値の演算を電圧指令電流リミッタ演算部２６１で行う。電圧指令電流リミッタ演算部２６１は運転指令部２２１からの指令とエネルギー検出部２３１からの信号により、電圧指令と電流制限値の両方を演算する。電圧指令部２６２は電圧指令電流リミッタ演算部２６１からの信号で電源変換器２０５の直流側電圧を指令する。電圧制御部２６３は直流電圧指令と電圧検出部２５３で検出した直流電圧の偏差に応じて働き、交流電源の電流指令値を出力する。この出力は電流リミッタ部２６４に入力される。
FIG. 6 shows still another embodiment of the present invention. In FIG. 6, the same elements as those in FIGS. It is characterized in that a voltage command and a current limiter value are calculated from the operation command and stored energy.
The voltage command current limiter calculation unit 261 calculates the output voltage command of the power supply side converter and the current limiter value of the power supply side converter. The voltage command current limiter calculation unit 261 calculates both the voltage command and the current limit value based on the command from the
電流リミッタ部２６４では、電圧指令電流リミッタ演算部２６１の信号により電源電流の制限値を定め、これにより交流電源から流れる電流を制限する。電流リミッタ部２６４の出力が実際の交流電源の電流値として指令される。このようにしても本発明の意図するところは実現できる。運転指令と蓄積エネルギーに応じて電圧指令値と電流リミッタ値を可変に制御するので、電源側変換器２０５やエネルギー蓄積装置２０９の容量をさらに小さくできる効果がある。
In the current limiter unit 264, the limit value of the power source current is determined by the signal of the voltage command current limiter calculation unit 261, and thereby the current flowing from the AC power source is limited. The output of the current limiter unit 264 is commanded as the actual AC power supply current value. Even in this way, the intention of the present invention can be realized. Since the voltage command value and the current limiter value are variably controlled according to the operation command and the stored energy, there is an effect that the capacity of the power supply side converter 205 and the
図７は図６の実施例の変形例を示す。図７において、図６と同様の要素には同一の符号を付している。蓄積エネルギーを直流電圧として検出することが特徴で、電圧指令電流リミッタ演算部２７１は運転指令部２２１からの信号により電圧指令と電流リミッタ値を演算する。本例は特に、エネルギー蓄積装置としてコンデンサを用いたときに有効である。コンデンサとしては大容量電力用コンデンサや電気二重層コンデンサが利用できる。さらに、コンデンサではなく、エネルギー蓄積量が電圧によって把握できる蓄積装置でも利用できる。
FIG. 7 shows a modification of the embodiment of FIG. In FIG. 7, the same elements as those in FIG. The stored energy is detected as a DC voltage, and the voltage command current limiter calculation unit 271 calculates a voltage command and a current limiter value based on a signal from the
図８は図７の方式の動作波形例を示す。（ｏ）はモータ所要電力でほぼ図４と同じ値のときのものを示し、（ｐ）はリミッタ値（点線）と電源側変換器の入力電流（実線、電流の大きさで入力電力と等しい）を示し、（ｑ）は電圧指令（点線）と直流電圧値を示す。（ｐ）で示すように、ｔ１〜ｔ２の減速領域でモータからの回生電力が大きいので電源側変換器の回生リミッタ値（直流回路から交流電源への電流）を増加させ、ｔ２〜t４のプレス領域と加速領域でモータへの電力が必要なので電源側変換器の電動リミッタ値（交流電源から直流回路への電流）を増加させる。また、（ｑ）で示すように、減速前のｔ０時点では電圧指令は低くし、回生電力により電圧が充電可能最大値に達した時点ｔ１２で、電圧指令を高い値に変更し、ｔ２からのプレスに備えるようにする。その後、加速が完了するｔ４の時点でもとの電圧指令に戻す。このように運転指令からの信号により電圧指令値と電流リミッタ値を可変して運転する。 FIG. 8 shows an example of operation waveforms of the method of FIG. (O) shows the required power of the motor at the same value as in FIG. 4, and (p) shows the limiter value (dotted line) and the input current of the power supply side converter (solid line, the current is equal to the input power) (Q) indicates a voltage command (dotted line) and a DC voltage value. As shown in (p), since the regenerative power from the motor is large in the deceleration region from t1 to t2, the regenerative limiter value (current from the DC circuit to the AC power supply) of the power supply side converter is increased, and the press from t2 to t4 Since electric power to the motor is required in the region and the acceleration region, the electric limiter value (current from the AC power source to the DC circuit) of the power supply side converter is increased. Further, as indicated by (q), the voltage command is lowered at time t0 before deceleration, and the voltage command is changed to a higher value at time t12 when the voltage reaches the maximum chargeable value due to regenerative power. Prepare for the press. Thereafter, the voltage command is returned to the original voltage command at the time t4 when the acceleration is completed. In this way, the voltage command value and the current limiter value are varied according to the signal from the operation command.
こうしてこの例では、電圧指令値と電流リミッタ値の制御により電源側変換器はｔ１〜ｔ２では回生運転（直流回路から交流電源へ電力が流れる）、ｔ３〜ｔ４では電動運転（交流電源から直流回路に電力が流れる）を行うようにできる。運転パターンは予め分かっているので、電圧指令値や電流リミッタ値の最適値やこれらの値を変更する時点は予め定めることができ、これらの値を運転指令からの信号で可変制御する。このように運転することにより、電源側変換器とエネルギー蓄積装置の最適な動作ができる。このため、より電源側変換器の容量やエネルギー蓄積装置の容量を小さくすることができる。また、電圧変化の範囲を小さく抑えることができる。 Thus, in this example, the power source side converter is regeneratively operated from t1 to t2 (power flows from the DC circuit to the AC power source) by the control of the voltage command value and current limiter value, and is electrically operated (from AC power source to DC circuit) at t3 to t4. The power flows through). Since the operation pattern is known in advance, the optimum value of the voltage command value and the current limiter value and the time point at which these values are changed can be determined in advance, and these values are variably controlled by a signal from the operation command. By operating in this manner, the power source side converter and the energy storage device can be optimally operated. For this reason, the capacity | capacitance of a power supply side converter and the capacity | capacitance of an energy storage device can be made smaller. In addition, the range of voltage change can be kept small.
図９は本発明のこれまでとは別の実施例を示す。図９において、図１と同様の要素には同一の符号を付している。単数のモータでなく、複数モータとして構成している点に特徴がある。複数モータはそれぞれのモータ側変換器に接続され、各モータ側変換器の直流ラインを結ぶ。この直流ラインに接続されたモータ全体合計の所要電力をエネルギー蓄積装置あるいは電源側変換器から供給する。このような複数台モータの構成装置は、産業機械、ライン制御装置、輸送機器、エレベータ、多軸ロボット、搬送装置、大型プレス機械などがある。 FIG. 9 shows another embodiment of the present invention. In FIG. 9, the same elements as those in FIG. It is characterized in that it is configured as a plurality of motors instead of a single motor. The plurality of motors are connected to the respective motor side converters and connect the DC lines of the respective motor side converters. The total power required for the entire motor connected to the DC line is supplied from the energy storage device or the power supply side converter. Such multi-motor configuration devices include industrial machines, line control devices, transport equipment, elevators, multi-axis robots, transport devices, large press machines, and the like.
ここでは、交流モータは１−１、１−２、１−３の３台で構成され、それぞれのモータは各モータ側変換器２０８−１、２０８−２、２０８−３に接続される。モータ側変換器２０８−１，２０８−２，２０８−３の直流母線側を共に接続し、電源側変換器２０５の直流側に接続する。各モータ側変換器はそれぞれのモータ用の速度制御部２９１により制御される。電流指令演算部２９２では複数モータへの運転指令を行う運転指令部２９１からの信号とエネルギー検出部２３１からの信号によりその指令値が演算される。図ではモータ３台の例を示したが、２台の場合、４台あるいはそれ以上でもよい。
Here, the AC motor includes three units 1-1, 1-2, and 1-3, and each motor is connected to each of the motor-side converters 208-1, 208-2, and 208-3. The DC bus side of motor side converters 208-1, 208-2, 208-3 are connected together and connected to the DC side of power supply side converter 205. Each motor-side converter is controlled by a
図９の構成のとき、交流モータ１−１、１−２、１−３は、同一仕様で同一運転でもよい。あるいは、各モータが同一仕様とは限らない、また、同一仕様であっても必ずしも同一の電流、回転数で運転されるとは限らない。この場合、各モータ側変換器で必要な電力値が違い、各モータ側変換器に必要な電力がモータ側変換器相互間で授受される場合などがある。このため、電源変換器の容量は各モータ側変換器の容量の和より小さくできる。このように複数モータの構成でも本発明の意図するところは実現でき、電源側変換器やエネルギー蓄積装置の容量が単独モータで構成するときより小さくできる。 In the configuration of FIG. 9, the AC motors 1-1, 1-2, and 1-3 may have the same specifications and the same operation. Or each motor is not necessarily the same specification, and even if it is the same specification, it does not necessarily operate by the same electric current and rotation speed. In this case, there is a case where the power value required for each motor-side converter is different and the power required for each motor-side converter is transferred between the motor-side converters. For this reason, the capacity | capacitance of a power converter can be made smaller than the sum of the capacity | capacitance of each motor side converter. As described above, the configuration intended by the present invention can be realized even with a configuration of a plurality of motors, and the capacities of the power-side converter and the energy storage device can be made smaller than when configured with a single motor.
以上示した実施例において、それぞれの特徴を活かして相互に要素を入れ替えて実施することもできる。例えば、図９の複数台モータ構成において、図５のような構成が取れるなど、それらは当業者であれば容易に構築できる。 In the embodiment described above, the elements can be interchanged by utilizing each feature. For example, in the multi-motor configuration shown in FIG. 9, the configuration shown in FIG. 5 can be taken. Those skilled in the art can easily construct them.
１ 交流モータ
２ ギヤ
３ メインギヤ
４ クランク軸
５ コンロッド
６ スライド
７ ボルスタ
２０１ 交流電源
２０３ 回生コンバータ
２０５ 電源側変換器
２０６ インバータ
２０８ モータ側変換器
２０９ エネルギー蓄積装置
２１１ エンコーダ
２２１ 運転指令部
２２２ 速度制御部
２３１ 蓄積エネルギー検出部
２３２ 電流指令演算部
２３３ 電流制御部
２３４ 電流検出部
２５１ 電圧指令演算部
２５２ 電圧制御部
２５３ 電圧検出部
２６１ 電圧指令電流リミッタ演算部
２６２ 電圧指令部
２６３ 電圧制御部
２６４ 電流リミッタ部
２７１ 電圧指令電流リミッタ演算部
２９１ 速度制御部
２９２ 電流指令演算部
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