(57)【要約】【課題】停止（電流遮断）状態から、所望の速度まで、最短時間で加速できる速度制御装置を提供する。【解決手段】励磁電流フォーシング機能を有する、かご型誘導電動機の速度制御装置は、２次磁束電流が定格励磁電流に到達する前に加速完了する場合、および、完了しない場合それぞれにおいて、当該加速完了までの時間が最小となる励磁電流である第１、第２最適励磁電流を算出する最適励磁電流算出手段と、前記電動機の特性パラメータと対象システムの特性パラメータと算出された前記第１、第２最適励磁電流とに基づいて、領域判定基準モータ速度を算出する領域判定基準モータ速度算出手段と、速度指令値と前記領域判定基準モータ速度の比較結果に基づいて、前記第１最適励磁電流および前記第２最適励磁電流の一方を励磁電流フォーシング量として選択して設定するフォーシング量選定手段と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
励磁電流フォーシング機能を有する、かご型誘導電動機の速度制御装置であって、
２次磁束電流が定格励磁電流に到達する前に加速完了する場合に当該加速完了までの時間が最小となる励磁電流である第１最適励磁電流、および、２次磁束電流が定格励磁電流に到達した後に加速完了する場合に当該加速完了までの時間が最小となる励磁電流である第２最適励磁電流を算出する最適励磁電流算出手段と、
前記電動機の特性パラメータと対象システムの特性パラメータと算出された前記第１、第２最適励磁電流とに基づいて、領域判定基準モータ速度を算出する領域判定基準モータ速度算出手段と、
速度指令値と前記領域判定基準モータ速度の比較結果に基づいて、前記第１最適励磁電流および前記第２最適励磁電流の一方を励磁電流フォーシング量として選択して設定するフォーシング量選定手段と、
を備えることを特徴とした速度制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の速度制御装置であって、
前記領域判定基準モータ速度算出手段は、前記電動機の特性パラメータと対象システムの特性パラメータと算出された前記第１、第２最適励磁電流とに基づいて、第１生成時速度および第２生成時速度を算出し、算出された前記第１生成時速度と前記第２生成時速度の平均値を領域判定基準モータ速度として算出しており、
前記第１生成時速度は、励磁電流フォーシング量として前記第１最適励磁電流を設定した際に２次磁束電流が定格励磁電流に到達した時点でのモータ速度であり、
前記第２生成時速度は、励磁電流フォーシング量として前記第２最適励磁電流を設定した際に２次磁束電流が定格励磁電流に到達した時点でのモータ速度である、
ことを特徴とする速度制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の速度制御装置であって、
前記電動機の特性パラメータと対象システムの特性パラメータとは、前記誘導電動機の励磁インダクタンス、２次磁束時定数、対象システムの総慣性モーメントを含む、ことを特徴とする速度制御装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の速度制御装置であって、
フォーシング量選定手段は、前記速度指令値が前記領域判定基準モータ速度未満の場合は、前記第１最適励磁電流を、前記速度指令値が前記領域判定基準モータ速度以上の場合は、前記第２最適励磁電流を励磁電流フォーシング量として選択して設定する、ことを特徴とする速度制御装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の速度制御装置であって、
最適励磁電流算出手段は、１次電流制限値に基づいて前記第１最適励磁電流を算出し、１次電流制限値および定格励磁電流を変更しながら探索的に前記第２最適励磁電流を算出する、ことを特徴とする速度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導電動機の速度を制御する速度制御装置に関し、特に、ＮＣ工作機械等の軸駆動、より望ましくは、主軸駆動に採用される誘導電動機の速度を制御する速度制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ＮＣ工作機械の主軸の駆動には、広い定馬力領域を確保できる、かご形誘導電動機（以降、単に「誘導電動機」と呼称する）が駆動源として採用される事が多い。誘導電動機は、２次磁束が発生していることを、前提に制御されるが、近年では、機械の省電力化が指向されて、主軸停止時には誘導電動機への電力供給を遮断して、待機電力の削減を図る事例が増加している。
【０００３】
しかしながら、誘導電動機では、一般に、電気的な２次磁束時定数ＴΦが大きく、所望の２次磁束を生成するまでに、数十〜数百ｍｓの時間を要するため、主軸の起動停止が頻繁する部品加工では、タクトタイムが伸びるという問題があった。このため、通常は、定格励磁電流Ｉ０ｍａｘに対して、より大きなフォーシング励磁電流を与えて、２次磁束の生成を迅速化させる、励磁電流フォーシングが適用される。
【０００４】
図８は、従来の誘導電動機（以下、単に「モータ」と呼称する場合もある）の速度制御装置の一例を示すブロック図である。対象プラント１００は、モータ慣性モーメントＪｍと負荷慣性モーメントＪＬよりなる剛体モデルとして表現している。尚、ｓはラプラス変換の演算子であり、ブロック内の式１／（Ｊｍ＋ＪＬ）ｓは、対象プラント１００の伝達関数を示している。
【０００５】
以下、図８の速度制御装置３００について説明する。上位装置（図示しない）から速度制御装置３００に対して、速度指令値ωｍ＊が入力される。速度指令値ωｍ＊は、速度制御部２００に入力され、減算器５０で、モータ速度検出器（図示しない）より検出されたモータ速度ωｍが減算される。減算器５０出力である速度偏差は、速度偏差増幅器５１で速度ループゲインＧｖ倍に比例積分増幅され、モータのトルク指令値τｃ＊になる。
【０００６】
以降の制御ブロック構成は、よく知られた２相座標系（γ−δ軸座標）で表現している。トルク電流変換器５２は、次の式（１）による誘導電動機のトルク表現式から、トルク電流となるδ軸電流指令値ｉδｃ＊を演算する。なお、ｐはモータ対極数、Ｍ０は励磁インダクタンス、Φγｒ／Ｍは２次磁束電流である。
【０００７】
【数１】
2018126011.tif 000003
【０００８】
なお、後述する励磁電流Ｉ０と、２次磁束電流Φγｒ／Ｍとは同一で、磁束として扱う場合Φγｒ／Ｍを、電流として扱う場合Ｉ０の表現を用いる。なお、Φγｒ／Ｍは、以後、簡便に、２次磁束電流Φγｒ／Ｍ（＝Ｉ０）と呼称する。
【０００９】
γ軸電流ｉγｓとδ軸電流ｉδｓは、１次電流Ｉ１と式（２）の関係となる。
【００１０】
【数２】
2018126011.tif 000004
【００１１】
このため、１次電流制限値Ｉ１ｍａｘと、γ軸電流指令値ｉγｓ＊より、最終的なδ軸電流指令値ｉδｓ＊は、式（３）の制約を受ける。
【００１２】
【数３】
2018126011.tif 000005
【００１３】
δ軸電流リミッタ５３は、δ軸電流指令値ｉδｃ＊に、式（３）のδ軸電流制限値Ｉδｓ＿ｍａｘによるリミット処理を加え、最終的なδ軸電流指令値ｉδｓ＊を出力する。
【００１４】
２次磁束電流Φγｒ／Ｍは、γ軸電流ｉγｓに対して、２次磁束時定数ＴΦ＝Ｍ０／Ｒ２（Ｒ２は２次抵抗）による一次遅れ応答になる。２次磁束生成部５４は、γ軸電流ｉγｓから２次磁束電流Φγｒ／Ｍを推定する。さらに、モータ速度ωｍから、対応する励磁電流Ｉ０を決定し、励磁電流フォーシングを加えて、γ軸電流指令値ｉγｓ＊を出力する。
【００１５】
通常、励磁電流フォーシングを加えたγ軸電流指令値ｉγｓ＊の値は、式（３）の制約から、固定的に、１次電流制限値Ｉ１ｍａｘの９０％程度とする事が多い。すなわち、γ軸電流指令値ｉγｓ＊は、ｉγｓ＊＝０．９・Ｉ１ｍａｘとすることが多い。２次磁束電流Φγｒ／Ｍの推定が所望の励磁電流指令値Ｉ０＊に到達すると、励磁電流フォーシングは、除去されて、ｉγｓ＊＝  Ｉ０＊  とする。
【００１６】
除算器５５は、２相−３相変換部７０から出力されるδ軸電流ｉδｓを、２次磁束生成部５４から出力される２次磁束Φγｒ／Ｍで除して、その出力は増幅器５６で、１／ＴΦ＝Ｒ２／Ｍ０倍に増幅されて、すべり角周波数ωｓｅになる。加算器５８は、モータ速度ωｍを増幅器５７で、対極数ｐ倍したモータ電気角速度ωｒｅとすべり角周波数ωｓｅを加算して、電流角周波数ωを出力する。
【００１７】
２相−３相変換部７０は、速度制御部２００から出力された、２相電流指令値ｉγｓ＊とｉδｓ＊及び電流角周波数ωを入力として、よく知られた以下の一連の２相−３相間の変換動作を実行する。
・モータ３相電流（一般的に、ｉｕ，ｉＶ，ｉＷ）を検出して、２相電流（ｉγｓ，ｉδｓ）に変換する。
・電流フィードバックループを持つ電流制御系をγ軸とδ軸で独立に構成する。
・軸間の非干渉補償制御を加えて、２相電圧指令値（ｖγｓ＊，ｖδｓ＊）を決定する。
・３相電圧指令値（一般的に、ｖｕ＊，ｖＶ＊，ｖＷ＊）に変換して、ＰＷＭ等で電力変換する。
・モータを駆動して、所望のモータトルクτを発生する。
【００１８】
速度制御装置３００の出力として表現されるモータトルクτは、対象プラント１００に加えられる。対象プラント１００の出力として表現されるモータ速度ωｍは、モータ速度検出器（図示しない）より検出される。以上が、従来の誘導電動機の速度制御装置の動作の一例になる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら、従来の速度制御装置では、２次磁束の生成を迅速化させる、励磁電流フォーシングが、モータパラメータや対象システムパラメータに応じた最適フォーシングを構成していないため、停止（電流遮断）状態から、所望の速度まで、最短時間で加速できる制御とはなっていない。
【００２０】
以上説明した様に、従来の速度制御装置では、２次磁束の生成を迅速化させる、励磁電流フォーシングが、各種パラメータに対応した最適フォーシングを構成していないため、十分なフォーシング効果が得られない場合があった。本発明が解決しようとする課題は、モータパラメータや対象システムパラメータの変化に応じて、励磁電流フォーシング量を可変することで、停止（電流遮断）状態から、所望の速度まで、最短時間で加速できる速度制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の速度制御装置は、励磁電流フォーシング機能を有する、かご型誘導電動機の速度制御装置であって、２次磁束電流が定格励磁電流に到達する前に加速完了する場合に当該加速完了までの時間が最小となる励磁電流である第１最適励磁電流、および、２次磁束電流が定格励磁電流に到達した後に加速完了する場合に当該加速完了までの時間が最小となる励磁電流である第２最適励磁電流を算出する最適励磁電流算出手段と、前記電動機の特性パラメータと対象システムの特性パラメータと算出された前記第１、第２最適励磁電流とに基づいて、領域判定基準モータ速度を算出する領域判定基準モータ速度算出手段と、速度指令値と前記領域判定基準モータ速度の比較結果に基づいて、前記第１最適励磁電流および前記第２最適励磁電流の一方を励磁電流フォーシング量として選択して設定するフォーシング量選定手段と、を備える。
【００２２】
前記領域判定基準モータ速度算出手段は、前記電動機の特性パラメータと対象システムの特性パラメータと算出された前記第１、第２最適励磁電流とに基づいて、第１生成時速度および第２生成時速度を算出し、算出された前記第１生成時速度と前記第２生成時速度の平均値を領域判定基準モータ速度として算出しており、前記第１生成時速度は、励磁電流フォーシング量として前記第１最適励磁電流を設定した際に２次磁束電流が定格励磁電流に到達した時点でのモータ速度であり、前記第２生成時速度は、励磁電流フォーシング量として前記第２最適励磁電流を設定した際に２次磁束電流が定格励磁電流に到達した時点でのモータ速度であってもよい。
【００２３】
また、前記電動機の特性パラメータと対象システムの特性パラメータとは、前記誘導電動機の励磁インダクタンス、２次磁束時定数、対象システムの総慣性モーメントを含んでもよい。
【００２４】
また、フォーシング量選定手段は、前記速度指令値が前記領域判定基準モータ速度未満の場合は、前記第１最適励磁電流を、前記速度指令値が前記領域判定基準モータ速度以上の場合は、前記第２最適励磁電流を励磁電流フォーシング量として選択して設定してもよい。
【００２５】
また、最適励磁電流算出手段は、１次電流制限値に基づいて前記第１最適励磁電流を算出し、１次電流制限値および定格励磁電流を変更しながら探索的に前記第２最適励磁電流を算出してもよい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明による速度制御装置では、モータパラメータや対象システムパラメータの変化、及び速度指令値の大きさに応じて、励磁電流フォーシング量を可変する事で、停止（電流遮断）状態から、所望の速度まで最短時間で加速できるため、頻繁に主軸の起動・停止が発生する部品加工においては、タクトタイムが短縮でき、省電力化を始めとする部品加工のコストダウンに貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の速度制御装置の構成概要の一例を示すブロック図である。
【図２】本発明の速度制御装置における２次磁束生成部の構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明における最適励磁電流の演算アルゴリズムを説明するフローチャートである。
【図４】本発明における励磁電流フォーシング量の選定アルゴリズムを説明するフローチャートである。
【図５】励磁電流フォーシング量と加速時間の関係の一例を表すグラフである。
【図６】励磁電流フォーシング量と加速時間の関係の他の一例を表すグラフである。
【図７】本発明による加速及び２次磁束生成の時間応答動作の一例を説明するグラフである。
【図８】従来の速度制御装置の構成概要の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。はじめに、励磁電流フォーシング量Ｉγｓ＿ｍａｘの設定の基本的な原理について説明する。なお、以下の説明において、「＜パラメータ名＞：＜数値Ａ＞→＜数値Ｂ＞」との表記は、＜パラメータ名＞の値が＜数値Ａ＞から＜数値Ｂ＞に変化することを意味する。
【００２９】
まず、ステップ速度指令をωｍｃ（但し、ωｍｃ≦ωｍＢ；ωｍＢは基底速度）とした場合に、停止（電流遮断）状態から、モータ速度ωｍ：０  →  ωｍｃまでの加速時間Ｔａと励磁電流Ｉγｓとの関係について考える。なお、ωｍｃ≦ωｍＢの範囲のみ考えるのは、ωｍＢを超える速度領域では励磁電流が低減されるため、励磁電流フォーシングが加速時間に寄与する影響が小さいことによる。
【００３０】
はじめに、２次磁束電流Φγｒ／Ｍが、０から、定格励磁電流Ｉ０ｍａｘまで到達する時間Ｔ１を演算する。入力Ｉγｓに対する応答は、式（４）であり、これを解くと、到達時間Ｔ１は、式（５）で決定する（以上の事から、以降、到達時間Ｔ１は、定格２次磁束生成時間Ｔ１の呼称を併用する）。
【００３１】
【数４】
2018126011.tif 000006
【００３２】
時間ｔ：０  →  Ｔ１間のモータ出力トルクτ（ｔ）は、式（６）になるから、Ｔ１時のモータ速度ωｍ１（以下「生成時速度ωｍ１」という）は、式（７）で導出される。なお、Ｊは、駆動系の総慣性モーメント（Ｊ  ＝  Ｊｍ＋ＪＬ）である。
【００３３】
【数５】
2018126011.tif 000007
【００３４】
式（５）から、励磁電流Ｉγｓが大きいほど、定格励磁電流Ｉ０ｍａｘまで到達する時間Ｔ１は短縮することがわかり、式（７）から、到達時間Ｔ１が短いほどＴ１時のモータ速度ωｍ１が低くなることがわかる。
【００３５】
ここで、ステップ速度指令ωｍｃに対して、ωｍ１＞ωｍｃ  を満たす励磁電流Ｉγｓの範囲を、以降、「第１領域」と呼ぶ。この第１領域とは、２次磁束電流Φγｒ／Ｍが定格励磁電流Ｉ０ｍａｘへ到達する前に、加速が完了する励磁電流Ｉγｓの範囲である。この場合の加速時間Ｔａは、Ｔａ＜Ｔ１だから、式（７）で、ωｍ１  →  ωｍｃ、Ｔ１  →  ｔとおいた式（８）を満たすｔがＴａになる。
【００３６】
【数６】
2018126011.tif 000008
【００３７】
また、ステップ速度指令ωｍｃに対して、ωｍ１≦ωｍｃ  を満たす励磁電流Ｉγｓの範囲を、以降、「第２領域」と呼ぶ。この第２領域は、２次磁束電流Φγｒ／Ｍが定格励磁電流Ｉ０ｍａｘへ到達した後、モータ速度ωｍ：ωｍ１  →  ωｍｃ  に増速する時間Ｔ２が更に必要になる励磁電流Ｉγｓの範囲である。時間Ｔ２は式（９）であり、この場合の加速時間Ｔａは、式（１０）で導出される。
【００３８】
【数７】
2018126011.tif 000009
【００３９】
励磁電流Ｉγｓを、演算ピッチΔＩγで、定格励磁電流Ｉ０ｍａｘから１次電流制限値Ｉ１ｍａｘまでの間、上記演算を繰返せば、モータ速度ωｍ：０  →  ωｍｃまでの加速時間Ｔａの最小値Ｔａ＿ｏｐｔと、その時のＩγｓが導出できる。以後、前述の第１領域で最小値Ｔａ＿ｏｐｔをとるＩγｓを、「第１最適励磁電流Ｉγｓ＿ｏｐｔ１」、第２領域で最小値Ｔａ＿ｏｐｔをとるＩγｓを「第２最適励磁電流Ｉγｓ＿ｏｐｔ２」と呼称する。
【００４０】
図５は、式（１１）で示した条件の下で、励磁電流Ｉγｓに対する時間Ｔ１，Ｔ１時のモータ速度ωｍ１、時間Ｔ２、加速時間Ｔａの推移を示したグラフである。
【００４１】
【数８】
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【００４２】
図５の左上図が、式（５）のＴ１−Ｉγｓ特性を、右上図が、式（７）のωｍ１−Ｉγｓ特性を示している。なお、図中のＩγｓ＿ｃｐｌは、Ｔ１時のモータ速度ωｍ１が、ωｍ１  ＝ωｍｃ  になる励磁電流Ｉγｓである。左下図が、式（９）のＴ２−Ｉγｓ特性を、右下図が、最終的な励磁電流Ｉγｓと加速時間Ｔａの関係（Ｔａ−Ｉγｓ特性）を示している。また、図５の場合、モータ速度ωｍ：０  →  ωｍｃまでの加速時間Ｔａの最小値Ｔａ＿ｏｐｔは、第２領域に存在し、最適励磁電流Ｉγｓ＿ｏｐｔ２になる。
【００４３】
図６は、式（１１）の条件に対して、２次抵抗Ｒ２を１／４にする事で、２次磁束時定数ＴΦ（＝Ｍ０／Ｒ２）を４倍に設定している。時定数ＴΦが大きいと、式（５）から同一の励磁電流Ｉγｓに対して、時間Ｔ１が延び、Ｔ１時のモータ速度ωｍ１が大きくなって、右上図に示す様に、第１領域が広くなる。図６の場合、モータ速度ωｍ：０  →  ωｍｃまでの加速時間Ｔａの最小値Ｔａ＿ｏｐｔは、第１領域に存在し、最適励磁電流Ｉγｓ＿ｏｐｔ１になる。
【００４４】
ここで、加速時間Ｔａの最小値Ｔａ＿ｏｐｔを与える最適励磁電流について考える。第１最適励磁電流Ｉγｓ＿ｏｐｔ１については、式（８）を時間ｔについて解けば、加速時間Ｔａが求まる。式（１２）の近似式を用いると、式（８）から、式（１３）が導出できる。
【００４５】
【数９】
2018126011.tif 000011
【００４６】
式（１３）を励磁電流Ｉγｓで微分すれば、加速時間Ｔａの最小値Ｔａ＿ｏｐｔを与える第１最適励磁電流Ｉγｓ＿ｏｐｔ１は、式（１４）で近似できる。式（１４）は、第１最適励磁電流Ｉγｓ＿ｏｐｔ１は、１次電流制限値Ｉ１ｍａｘで決定する事を意味している。
【００４７】
【数１０】
2018126011.tif 000012
【００４８】
次に、第２最適励磁電流Ｉγｓ＿ｏｐｔ２について考える。式（１０）から、加速時間Ｔａの最小値Ｔａ＿ｏｐｔを与える第２最適励磁電流Ｉγｓ＿ｏｐｔ２を演算的に導出する事は容易では無いが、第２最適励磁電流Ｉγｓ＿ｏｐｔ２が、１次電流制限値Ｉ１ｍａｘと定格励磁電流Ｉ０ｍａｘのみに依存して決定することはわかる。このため、第２最適励磁電流Ｉγｓ＿ｏｐｔ２は、モータパラメータや対象システムパラメータの同定精度や変動を考慮することなく、探索的に決定できる。
【００４９】
一方で、第１最適励磁電流Ｉγｓ＿ｏｐｔ１と、第２最適励磁電流Ｉγｓ＿ｏｐｔ２のどちらが最終的に加速時間Ｔａの最小値Ｔａ＿ｏｐｔを与えるかは、図５及び図６で示した様に、ステップ速度指令ωｍｃと生成時速度ωｍ１の大小関係で決定する。さらに、Ｔ１時のモータ速度（生成時速度）ωｍ１は、式（７）から、励磁インダクタンスＭ０、２次磁束時定数ＴΦ、総慣性モーメントＪに依存するから、これらのパラメータ同定値の変動に応じて、生成時速度ωｍ１をオンラインで計算する必要がある。
【００５０】
すなわち、第１最適励磁電流Ｉγｓ＿ｏｐｔ１を励磁電流フォーシング量Ｉγｓ＿ｍａｘに設定したときの生成時速度ωｍ１を第１生成時速度ωｍ１＿１として算出し、第２最適励磁電流Ｉγｓ＿ｏｐｔ２を励磁電流フォーシング量Ｉγｓ＿ｍａｘに設定したときの生成時速度ωｍ１を第２生成時速度ωｍ１＿２として算出する。そして、第１生成時速度ωｍ１＿１と前記第２生成時速度ωｍ１＿２の平均値を領域判定基準モータ速度ωｍｄとして算出し、速度指令値の絶対値｜ωｍｃ｜と領域判定基準モータ速度ωｍｄｔとを比較する。比較の結果、｜ωｍｃ｜＜ωｍｄの場合には、第１最適励磁電流Ｉγｓ＿ｏｐｔ１を、｜ωｍｃ｜≧ωｍｄの場合には、第２最適励磁電流Ｉγｓ＿ｏｐｔ２を励磁電流フォーシング量Ｉγｓ＿ｍａｘとして設定する。
【００５１】
次に、実施形態に係る速度制御装置の構成について説明する。図1は、誘導電動機の速度制御装置の構成概要の一例を示すブロック図である。以下、これまでに説明した従来例と異なる部分についてのみ説明する。この速度制御装置は、機能的には、図１に示す構成となっているが、物理的には、各種演算を実行するＣＰＵと、各種パラメータやプログラムを記憶する記憶部と、を備えている。
【００５２】
速度制御装置３０の速度制御部２０は、γ軸電流指令値ｉγｓ＊を出力する２次磁束生成部１０を備える。２次磁束生成部１０は、速度指令値ωｍ＊、励磁インダクタンスＭ０、２次磁束時定数ＴΦ、総慣性モーメントＪを利用して、励磁電流フォーシング量Ｉγｓ＿ｍａｘを決定し、Ｉγｓ＿ｍａｘでリミット処理されたγ軸電流指令値ｉγｓ＊を出力する。
【００５３】
図２は、２次磁束生成部１０の構成例を示すブロック図である。励磁電流指令決定部１１は、モータ速度ωｍに応じて、励磁電流指令値Ｉ０＊を決定する。一般的には、モータ速度ωｍの大きさが、基底速度ωＢ以下の場合は、定格励磁電流Ｉ０ｍａｘが選ばれ（Ｉ０＊＝Ｉ０ｍａｘ）、基底速度ωＢ以上のモータ速度ωｍでは、定馬力領域とするため、励磁電流指令値Ｉ０＊＝（ωＢ／ωｍ）Ｉ０ｍａｘと決定される。
【００５４】
前述の定義より、励磁電流指令値Ｉ０＊と、２次磁束指令値Φγｒ＊／Ｍは同一である。減算器１２は、２次磁束指令値Φγｒ＊／Ｍから２次磁束Φγｒ／Ｍを減算する。減算器１２の出力は、誤差増幅器１３で、ＧΦγ（ｓ）倍に比例積分増幅される。誤差増幅器１３の出力は、フィードフォワードされた２次磁束指令値Φγｒ＊／Ｍと加算器１４で加算され、リミット処理前のγ軸電流指令値ｉγｃ＊となる。ｉγｃ＊は、γ軸電流指令リミット処理部１８の入力となる。
【００５５】
２相−３相変換部７０で、検出・変換されたγ軸電流ｉγｓは、２次磁束生成部１０の入力として、１次遅れ処理部１５により、２次磁束時定数ＴΦで１次遅れ処理されて、２次磁束電流Φγｒ／Ｍになる。２次磁束電流Φγｒ／Ｍは、２次磁束フィードバックとして減算器１２に入力されると同時に、２次磁束生成部１０の出力になる。
【００５６】
励磁電流フォーシングパラメータ演算部１６は、第１最適励磁電流Ｉγｓ＿ｏｐｔ１と、第２最適励磁電流Ｉγｓ＿ｏｐｔ２と、領域判定基準モータ速度ωｍｄとを、Ｉγｓ＿ｍａｘ選定部１７に出力する。すなわち、励磁電流フォーシングパラメータ演算部１６は、請求項１における最適励磁電流算出手段、領域判定基準モータ速度算出手段として機能する。また、Ｉγｓ＿ｍａｘ選定部１７は、請求項１におけるフォーシング量選定手段として機能する。なお、領域判定基準モータ速度ωｍｄは、第１最適励磁電流Ｉγｓ＿ｏｐｔ１、第２最適励磁電流Ｉγｓ＿ｏｐｔ２、励磁インダクタンスＭ０、２次磁束時定数ＴΦ、総慣性モーメントＪに基づいて算出される。以下、励磁電流フォーシングパラメータ演算部１６の動作について説明する。なお、励磁インダクタンスＭ０、２次磁束時定数ＴΦ、総慣性モーメントＪのパラメータは、随時変化するパラメータであり、これらは公知の同定アルゴリズム（記載しない）や検出法で演算されて、励磁電流フォーシングパラメータ演算部１６に設定される。
【００５７】
前述した様に、第１最適励磁電流Ｉγｓ＿ｏｐｔ１と、第２最適励磁電流Ｉγｓ＿ｏｐｔ２は、１次電流制限値Ｉ１ｍａｘと定格励磁電流Ｉ０ｍａｘのモータ基本仕様で決定できる。このため、第１、第２最適励磁電流Ｉγｓ＿ｏｐｔ１，Ｉγｓ＿ｏｐｔ２は、適用モータ型式に応じて予め演算しておき、速度制御装置３０あるいは上位制御装置（図示しない）の内部にバックアップされ必要に応じて、励磁電流フォーシングパラメータ演算部１６で読み出される。
【００５８】
図３は、最適励磁電流の演算アルゴリズムを説明するフローチャートである。最初に、Ｓ１で、式（１５）に示す、モータパラメータの設定を行う。次に、Ｓ２において、式（１４）から、第１最適励磁電流Ｉγｓ＿ｏｐｔ１を導出する。
【００５９】
【数１１】
2018126011.tif 000013
【００６０】
Ｓ３では、まず、励磁電流Ｉγｓ  ＝  Ｉγｓ＿ｏｐｔ１とおいて、式（５）から、定格２次磁束生成時間Ｔ１を求める。更に、式（７）において、Ｔ１時のモータ速度、すなわち、生成時速度ωｍ１が、ωｍ１≒ωｍＢ／２  となる程度の、総慣性モーメントＪの仮値を設定する。次に、Ｓ４では、第２最適励磁電流Ｉγｓ＿ｏｐｔ２を探索的に演算する際の、繰返し演算ピッチΔＩγを適宜設定する。
【００６１】
Ｓ５は、第２最適励磁電流Ｉγｓ＿ｏｐｔ２を探索的に導出する際の演算アルゴリズムを示している。Ｓ５＿１では、式（１６）に示す、繰返し演算の初期値を設定する。
【００６２】
【数１２】
2018126011.tif 000014
【００６３】
ステップ速度指令ωｍｃ  ＝ωｍＢ  とおくことで、Ｔ１時のモータ速度、すなわち、生成時速度ωｍ１が、ωｍ１  ＝  ωｍｃ  となる励磁電流Ｉγｓ＿ｃｐｌは、Ｉγｓ＿ｃｐｌ＜Ｉγｓ＿ｏｐｔ１となって、図５の条件と同様に、第２最適励磁電流Ｉγｓ＿ｏｐｔ２を探索的に導出できる。励磁電流Ｉγｓの初期値は、フォーシングを加えない定格励磁電流Ｉ０ｍａｘである。また、加速時間Ｔａと最短加速時間Ｔａ＿ｍｉｎの初期値としては、Ｉγｓ＿ｏｐｔ１時の到達時間Ｔ１の数倍（例えばα  ＝  １０）を設定しておく。
【００６４】
Ｓ５＿２では、励磁電流Ｉγｓに演算ピッチΔＩγを加える。Ｓ５＿３では、励磁電流Ｉγｓが１次電流制限値Ｉ１ｍａｘ未満である事をチェックする。１次電流制限値Ｉ１ｍａｘ以上であれば、繰返し処理を終了する。Ｓ５＿４では、当該励磁電流Ｉγｓに対する定格２次磁束生成時間Ｔ１とＴ１時のモータ速度ωｍ１を、式（５），式（７）から演算する。
【００６５】
Ｓ５＿５は、Ｔ１時のモータ速度ωｍ１が、ステップ速度指令ωｍｃを下回るまで、以後のＳ５＿６とＳ５＿７の処理を飛ばす判定を行う。これは、ωｍ１≦ωｍｃである事が、励磁電流Ｉγｓが増加して、第２領域に到達した事を意味するからである。
【００６６】
Ｓ５＿６では、Ｔ１時のモータ速度ωｍ１が、ステップ速度指令ωｍｃまで増速する時間Ｔ２を式（９）より演算する。更に、Ｓ５＿７で、モータ速度０  →  ωｍｃまでの加速時間Ｔａを求める。Ｓ５＿８は、求めた加速時間Ｔａが、これまでの最短加速時間Ｔａ＿ｍｉｎより短いか比較する。短ければ、Ｓ５＿９で、今回の加速時間Ｔａを最短加速時間Ｔａ＿ｍｉｎに、励磁電流Ｉγｓを第２領域の最適励磁電流Ｉγｓ＿ｏｐｔ２に設定して、Ｓ５＿２に戻る。以上の演算アルゴリズムが終了すると、第２最適励磁電流Ｉγｓ＿ｏｐｔ２が導出できる。
【００６７】
適用モータ型式に応じて、第１、第２最適励磁電流Ｉγｓ＿ｏｐｔ１，Ｉγｓ＿ｏｐｔ２は、決定するが、どちらが最短加速時間を与えるかは、ステップ速度指令ωｍｃと定格２次磁束生成時間Ｔ１時におけるＴ１時のモータ速度ωｍ１との大小関係で決定する。ωｍ１は式（７）から、励磁インダクタンスＭ０、２次磁束時定数ＴΦ、総慣性モーメントＪに依存するため、これらの変動に応じて、Ｔ１時のモータ速度ωｍ１はオンラインで計算する必要がある。
【００６８】
式（１７）は、モータ速度ωｍ１のオンライン計算の一例を示している。
【００６９】
【数１３】
2018126011.tif 000015
【００７０】
励磁電流フォーシング量をＩγｓ＿ｏｐｔ１とした場合の生成時速度を第１生成時速度ωｍ１＿１、励磁電流フォーシング量をＩγｓ＿ｏｐｔ２とした場合の生成時速度を第２生成時速度ωｍ１＿２とする。この第１、第２生成時速度の平均値が、ステップ速度指令ωｍｃと、比較する領域判定基準モータ速度ωｍｄとなる。すなわち、領域判定基準モータ速度ωｍｄは、式（１８）で決定する。
【００７１】
【数１４】
2018126011.tif 000016
【００７２】
励磁電流フォーシングパラメータ演算部１６は、第１、第２最適励磁電流Ｉγｓ＿ｏｐｔ１，Ｉγｓ＿ｏｐｔ２及び領域判定基準モータ速度ωｍｄをＩγｓ＿ｍａｘ選定部１７に出力する。
【００７３】
Ｉγｓ＿ｍａｘ選定部１７には、速度指令値ωｍ＊が入力される。図４は、励磁電流フォーシング量Ｉγｓ＿ｍａｘの選定アルゴリズムを説明するフローチャートである。最初に、Ｓ１０で速度指令値ωｍ＊からステップ速度指令ωｍｃの検出を行う。検出（ωｍ＊≠０）時は、Ｓ１１に進み、非検出（ωｍ＊＝０）時は、処理を終了する。Ｓ１１では、ステップ速度指令ωｍｃにωｍ＊を設定し、Ｓ１２でωｍｃの絶対値｜ωｍｃ｜が、｜ωｍｃ｜＞ωｍＢならば、Ｓ１３で｜ωｍｃ｜  ＝  ωｍＢに置き直すリミット処理を実施する。
【００７４】
Ｓ１４では、｜ωｍｃ｜と式（１８）で演算された領域判定基準モータ速度ωｍｄを比較する。｜ωｍｃ｜＜ωｍｄ  ならば、Ｓ１５で、第１領域の最適励磁電流Ｉγｓ＿ｏｐｔ１を励磁電流フォーシング量Ｉγｓ＿ｍａｘに設定する。逆に、｜ωｍｃ｜≧ωｍｄ  ならば、Ｓ１６で、第２領域の最適励磁電流Ｉγｓ＿ｏｐｔ２を励磁電流フォーシング量Ｉγｓ＿ｍａｘに設定する。以上のアルゴリズムで選定されたＩγｓ＿ｍａｘが、γ軸電流指令リミット処理部１８に出力される。
【００７５】
γ軸電流指令リミット処理部１８は、リミット処理前のγ軸電流指令値  ｉγｃ＊に対して、図１に示す様に励磁電流フォーシング量Ｉγｓ＿ｍａｘでリミット処理を加え、最終的なγ軸電流指令値  ｉγｓ＊を出力する。以上が、本発明における２次磁束生成部１０の動作になる。図２の本発明による速度制御装置３０は、２次磁束生成部１０以外の動作は、図８に示した従来の速度制御装置に同じである。
【００７６】
図７は、図６に示した条件に対して、速度指令値ωｍ＊として、ステップ速度指令ωｍｃ  ＝  ２０００［ｍｉｎ−１］を入力した場合のモータ速度ωｍと、２次磁束指令値Φγｒ＊／Ｍに対する２次磁束Φγｒ／Ｍとの時間応答を示している。この場合、ステップ速度指令ωｍｃと比較する領域判定基準モータ速度ωｍｄは、式（１７）と式（１８）より、ωｍｄ  ＝  １５００［ｍｉｎ−１］になって、図４の励磁電流フォーシング量Ｉγｓ＿ｍａｘの選定アルゴリズムによって、第１最適励磁電流Ｉγｓ＿ｏｐｔ１がＩγｓ＿ｍａｘに選定される。（ここで、時間軸は、演算周期Ｔｓ＝０．２［ｍｓ］毎の演算サイクル数で表現しており、ωｍｃとΦγｒ＊／Ｍの発生は１００［ｍｓ］後になる。）
【００７７】
図７の左側は、前述のＩγｓ＿ｍａｘ選定アルゴリズムに逆らって、励磁電流フォーシング量Ｉγｓ＿ｍａｘ  ＝  Ｉγｓ＿ｏｐｔ２（２３３［Ａ］）を適用した場合の図である。基底速度ωｍＢまでの到達時間Ｔｂは、図６の右下図から読み取れる時間と同様にＴｂ  ＝  １０４［ｍｓ］であり、ステップ速度指令ωｍｃ（＝２０００［ｍｉｎ−１］）までの到達時間Ｔｅは、Ｔｅ  ＝  １７１［ｍｓ］になる。
【００７８】
一方で、図７の右側は、前述のＩγｓ＿ｍａｘ選定アルゴリズムに従って、励磁電流フォーシング量Ｉγｓ＿ｍａｘ  ＝  Ｉγｓ＿ｏｐｔ１（１８８［Ａ］）を適用した場合の図である。結果、図６の右下図通りにＴｂ  ＝  ９５［ｍｓ］で、Ｔｅ  ＝  １６０［ｍｓ］となり、励磁電流フォーシング量Ｉγｓ＿ｍａｘを最適に選定することで、最短時間加速が実現できている。
【符号の説明】
【００７９】
１０，５４  ２次磁束生成部、１１  励磁電流指令決定部、１２，５０  減算器、１３  誤差増幅器、１４，５８  加算器、１５  １次遅れ処理部、１６  励磁電流フォーシングパラメータ演算部、１７  Ｉγｓ＿ｍａｘ選定部、１８  γ軸電流指令リミット処理部、２０，２００  速度制御部、３０，３００  速度制御装置、５１  速度偏差増幅器、５２  トルク電流変換器、５３  δ軸電流リミッタ、５５  除算器、５６，５７  増幅器、７０  ２相−３相変換部、１００  対象プラント。
【図１】
2018126011.tif 000017
【図２】
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【図３】
2018126011.tif 000019
【図４】
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【図５】
2018126011.tif 000021
【図６】
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【図７】
2018126011.tif 000023
【図８】
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