(57)【要約】【課題】インバータのキャリア周波数とモータとの共振とをより確実に回避することができるインバータの制御装置を提供する。【解決手段】インバータの制御装置は、インバータの動作に応じて駆動されるモータに取り付けられた検出器により検出された加速度または速度からパワースペクトルの大きな周波数を算出する周波数分析部と、前記周波数分析部により算出されたパワースペクトルの大きな周波数と前記インバータの現時点のキャリア周波数の正の整数倍との差の絶対値が閾値未満の場合は、前記インバータのキャリア周波数と前記モータとの共振が回避されるように前記インバータのキャリア周波数を新たなキャリア周波数に変更するキャリア周波数設定部と、を備えた。【選択図】図１
2018050368.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータの動作に応じて駆動されるモータに取り付けられた検出器により検出された加速度または速度からパワースペクトルの大きな周波数を算出する周波数分析部と、
前記周波数分析部により算出されたパワースペクトルの大きな周波数と前記インバータの現時点のキャリア周波数の正の整数倍との差の絶対値が閾値未満の場合は、前記インバータのキャリア周波数と前記モータとの共振が回避されるように前記インバータのキャリア周波数を新たなキャリア周波数に変更するキャリア周波数設定部と、
を備えたインバータの制御装置。
【請求項２】
前記キャリア周波数設定部は、前記インバータのキャリア周波数の変更前後のパワースペクトルのピーク値を比較することにより前記インバータのキャリア周波数と前記モータとの共振が回避されたか否かを判定する請求項１に記載のインバータの制御装置。
【請求項３】
前記キャリア周波数設定部は、予め設定された上限値以下となるように前記新たなキャリア周波数を設定する請求項１または請求項２に記載のインバータの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、インバータの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、インバータの制御装置を開示する。当該制御装置は、インバータのキャリア周波数がモータの共振周波数に近づいた際にインバータのキャリア周波数を変更する。このため、インバータのキャリア周波数とモータとの共振は、回避され得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２８４７１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の制御装置においては、変更後のキャリア周波数の設定値は、限られる。このため、複数の共振周波数がモータに存在すると、インバータのキャリア周波数とモータとの共振が回避されない場合もある。
【０００５】
この発明は、上述の課題を解決するためになされた。この発明の目的は、インバータのキャリア周波数とモータとの共振とをより確実に回避することができるインバータの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】
【０００６】
この発明に係るインバータの制御装置は、インバータの動作に応じて駆動されるモータに取り付けられた検出器により検出された加速度または速度からパワースペクトルの大きな周波数を算出する周波数分析部と、前記周波数分析部により算出されたパワースペクトルの大きな周波数と前記インバータの現時点のキャリア周波数の正の整数倍との差の絶対値が閾値未満の場合は、前記インバータのキャリア周波数と前記モータとの共振が回避されるように前記インバータのキャリア周波数を新たなキャリア周波数に変更するキャリア周波数設定部と、を備えた。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、パワースペクトルの大きな周波数とインバータの現時点のキャリア周波数の正の整数倍の差の絶対値が閾値未満である場合、インバータのキャリア周波数が新たなキャリア周波数に変更される。このため、インバータのキャリア周波数とモータとの共振とをより確実に回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１におけるインバータの制御装置が適用されるモータシステムの構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１におけるインバータの制御装置による周波数分析結果を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１におけるインバータの制御装置の動作の概要を説明するためのフローチャートである。
【図４】この発明の実施の形態１における圧延ラインの制御装置のハードウェア構成図である。
【図５】この発明の実施の形態２におけるインバータの制御装置が適用されるモータシステムの構成図である。
【図６】この発明の実施の形態２におけるインバータの制御装置の動作の概要を説明するためのフローチャートである。
【図７】この発明の実施の形態３におけるインバータの制御装置の動作の概要を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
この発明を実施するための形態について添付の図面に従って説明する。なお、各図中、同一または相当する部分には同一の符号が付される。当該部分の重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。
【００１０】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１におけるインバータの制御装置が適用されるモータシステムの構成図である。
【００１１】
図１のモータシステムにおいて、モータ１は、図示されない回転体を回転し得るように設けられる。例えば、モータ１は、図示されない圧延ラインの圧延機のロールを回転し得るように設けられる。ドライブ装置２は、インバータ２ａを備える。ドライブ装置２の出力部は、モータ１の入力部に接続される。検出器３は、モータ１に取り付けられる。例えば、検出器３は、加速度ピックアップである。例えば、検出器３は、モータ１の固定子鉄心に取り付けられる。
【００１２】
制御装置４は、周波数分析装置４ａとプログラマブルロジックコントローラ４ｂと筐体４ｃとを備える。
【００１３】
周波数分析装置４ａの入力部は、検出器３の出力部に接続される。プログラマブルロジックコントローラ４ｂの入力部は、周波数分析装置４ａの出力部に接続される。プログラマブルロジックコントローラ４ｂの出力部は、ドライブ装置２の入力部に接続される。筐体４ｃは、周波数分析装置４ａとプログラマブルロジックコントローラ４ｂとを収納する。
【００１４】
ドライブ装置２は、設定されたキャリア周波数でインバータ２ａに対してＰＷＭ制御を行う。モータ１は、インバータ２ａの動作に応じて駆動される。検出器３は、モータ１の振動に伴った加速度または速度を検出する。
【００１５】
周波数分析装置４ａは、周波数分析部として機能する。具体的には、周波数分析装置４ａは、検出器３により検出された加速度または速度から振動の周波数を分析する。周波数分析装置４ａは、検出器３により検出された加速度または速度からパワースペクトルの大きな周波数を算出する。
【００１６】
プログラマブルロジックコントローラ４ｂは、キャリア周波数設定部として機能する。具体的には、プログラマブルロジックコントローラ４ｂは、周波数分析装置４ａにより算出されたパワースペクトルの大きな周波数とインバータ２ａの現時点のキャリア周波数の正の整数倍の差の絶対値が閾値未満である場合、プログラマブルロジックコントローラ４ｂは、インバータ２ａのキャリア周波数とモータ１との共振が回避されるようにインバータ２ａのキャリア周波数を新たなキャリア周波数に変更する。
【００１７】
次に、図２を用いて、新たなキャリア周波数の設定方法を説明する。
図２はこの発明の実施の形態１におけるインバータの制御装置による周波数分析結果を示す図である。図２の横軸は、周波数（Ｈｚ）である。図２の縦軸は、振幅（ｍｍ）である。
【００１８】
図２に示されるように、複数の共振周波数が存在する場合、これらの周波数の各々において、振幅が大きくなる。
【００１９】
プログラマブルロジックコントローラ４ｂは、インバータ２ａのキャリア周波数とモータ１との共振が回避されるように新たなキャリア周波数としてこれらの周波数と異なる周波数を設定する。
【００２０】
次に、図３を用いて、制御装置４の動作の概要を説明する。
図３はこの発明の実施の形態１におけるインバータの制御装置の動作の概要を説明するためのフローチャートである。
【００２１】
ステップＳ１では、周波数分析装置４ａは、加速度ピックアップから加速度または速度を読み込む。その後、周波数分析装置４ａは、ステップＳ２の動作を行う。ステップＳ２では、周波数分析装置４ａは、高速フーリエ変換によりパワースペクトルの大きな周波数ｆｎを算出する。この際、ｎは、次数を表す。ｎは、１以上の整数となる。
【００２２】
その後、プログラマブルロジックコントローラ４ｂは、ステップＳ３の動作を行う。ステップＳ３では、プログラマブルロジックコントローラ４ｂは、パワースペクトルの大きな周波数ｆｎとキャリア周波数ｆｃの正の整数ｋ倍との差の絶対値が正の実数δ未満か否かを判定する。
【００２３】
ステップＳ３でパワースペクトルの大きな周波数ｆｎとキャリア周波数ｆｃの正の整数ｋ倍との差の絶対値が正の実数δ以上の場合、プログラマブルロジックコントローラ４ｂは、ステップＳ４の動作を行う。ステップＳ４では、プログラマブルロジックコントローラ４ｂは、新たなキャリア周波数ｆｃとして現時点のキャリア周波数ｆｃを設定する。
【００２４】
その後、プログラマブルロジックコントローラ４ｂは、ステップＳ５の動作を行う。ステップＳ５では、プログラマブルロジックコントローラ４ｂは、新たなキャリア周波数ｆｃを出力する。その後、プログラマブルロジックコントローラ４ｂは、動作を終了する。
【００２５】
ステップＳ３でパワースペクトルの大きな周波数ｆｎとキャリア周波数ｆｃの正の整数ｋ倍との差の絶対値が正の実数δ未満の場合、プログラマブルロジックコントローラ４ｂは、ステップＳ６の動作を行う。ステップＳ６では、プログラマブルロジックコントローラ４ｂは、新たなキャリア周波数ｆｃとしてパワースペクトルの大きな周波数ｆｎと次の次数の周波数ｆｎ＋１との平均値をｋで除算した値を採用する。
【００２６】
その後、プログラマブルロジックコントローラ４ｂは、ステップＳ６の動作を行う。ステップＳ５では、プログラマブルロジックコントローラ４ｂは、新たなキャリア周波数ｆｃの情報を出力する。その後、プログラマブルロジックコントローラ４ｂは、動作を終了する。
【００２７】
以上で説明した実施の形態１によれば、パワースペクトルの大きな周波数とキャリア周波数の正の整数倍との差の絶対値が正の実数δ未満の場合、インバータ２ａのキャリア周波数が新たなキャリア周波数に変更される。例えば、検出器３がモータ１の固定子鉄心に取り付けられる場合、インバータ２ａのキャリア周波数とモータ１の固定子鉄心の固有振動数との共振が回避される。このため、インバータ２ａのキャリア周波数とモータ１との共振とをより確実に回避することができる。その結果、モータ１の寿命を延ばすことができる。さらに、モータ１の騒音を抑制することができる。
【００２８】
次に、図４を用いて、制御装置４の例を説明する。
図４はこの発明の実施の形態１における圧延ラインの制御装置のハードウェア構成図である。
【００２９】
制御装置４の各機能は、処理回路により実現し得る。例えば、処理回路は、少なくとも１つのプロセッサ５ａと少なくとも１つのメモリ５ｂとを備える。例えば、処理回路は、少なくとも１つの専用のハードウェア６を備える。
【００３０】
処理回路が少なくとも１つのプロセッサ５ａと少なくとも１つのメモリ５ｂとを備える場合、制御装置４の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせで実現される。ソフトウェアおよびファームウェアの少なくとも一方は、プログラムとして記述される。ソフトウェアおよびファームウェアの少なくとも一方は、少なくとも１つのメモリ５ｂに格納される。少なくとも１つのプロセッサ５ａは、少なくとも１つのメモリ５ｂに記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、制御装置４の各機能を実現する。少なくとも１つのプロセッサ５ａは、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＤＳＰともいう。例えば、少なくとも１つのメモリ５ｂは、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ等である。
【００３１】
処理回路が少なくとも１つの専用のハードウェア６を備える場合、処理回路は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、またはこれらの組み合わせで実現される。例えば、制御装置４の各機能は、それぞれ処理回路で実現される。例えば、制御装置４の各機能は、まとめて処理回路で実現される。
【００３２】
制御装置４の各機能について、一部を専用のハードウェア６で実現し、他部をソフトウェアまたはファームウェアで実現してもよい。例えば、周波数分析装置４ａの機能については専用のハードウェア６としての処理回路で実現し、プログラマブルロジックコントローラ４ｂの機能については少なくとも１つのプロセッサ５ａが少なくとも１つのメモリ５ｂに格納されたプログラムを読み出して実行することにより実現してもよい。
【００３３】
このように、処理回路は、ハードウェア６、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせにより制御装置４の各機能を実現する。
【００３４】
実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２におけるインバータの制御装置が適用されるモータシステムの構成図である。なお、実施の形態１と同一または相当部分には、同一符号が付される。当該部分の説明は省略される。
【００３５】
実施の形態２の制御装置４は、表示器４ｄを備える。表示器４ｄは、筐体４ｃに取り付けられる。
【００３６】
実施の形態２において、プログラマブルロジックコントローラ４ｂは、インバータ２ａのキャリア周波数の変更前後のパワースペクトルのピーク値を比較することによりインバータ２ａのキャリア周波数とモータ１との共振が回避されたか否かを判定する。共振が回避された場合、プログラマブルロジックコントローラ４ｂは、表示器４ｄに「共振回避」を表示させる。
【００３７】
次に、図６を用いて、制御装置４の動作の概要を説明する。
図６はこの発明の実施の形態２におけるインバータの制御装置の動作の概要を説明するためのフローチャートである。
【００３８】
ステップＳ１１は、図３のステップＳ１と同じである。その後、周波数分析装置４ａは、ステップＳ１２の動作を行う。ステップＳ１２では、周波数分析装置４ａは、高速フーリエ変換によりパワースペクトルの大きな周波数ｆｎおよびパワースペクトルのピーク値Ｐｎを算出する。この際、ｎは、次数を表す。ｎは、１以上の整数となる。
【００３９】
ステップＳ１２の後、プログラマブルロジックコントローラ４ｂは、ステップＳ１３からステップＳ１６の動作を行う。ステップＳ１３からステップＳ１６は、図３のステップＳ３からステップＳ６と同じである。
【００４０】
ステップＳ１２の後、プログラマブルロジックコントローラ４ｂは、ステップＳ１７からステップＳ１９の動作も行う。
【００４１】
ステップＳ１７では、プログラマブルロジックコントローラ４ｂは、周波数分析装置４ａにより算出されたパワースペクトルのピーク値Ｐｎと直前のサンプリング周期における周波数ｆｎのパワースペクトルのピーク値Ｑｎとの差の絶対値が正の実数ｄよりも大きいか否かを判定する。
【００４２】
ステップＳ１７で周波数分析装置４ａにより算出されたパワースペクトルのピーク値Ｐｎと直前のサンプリング周期における周波数ｆｎのパワースペクトルのピーク値Ｑｎとの差の絶対値が正の実数ｄ以下の場合、プログラマブルロジックコントローラ４ｂは、共振が回避されていないと判定する。その後、プログラマブルロジックコントローラ４ｂは、ステップＳ１８の動作を行う。
【００４３】
ステップＳ１８では、プログラマブルロジックコントローラ４ｂは、周波数ｆｎのパワースペクトルのピーク値をピーク値Ｐｎからピーク値Ｑｎに更新する。その後、プログラマブルロジックコントローラ４ｂは、動作を終了する。
【００４４】
ステップＳ１７で周波数分析装置４ａにより算出されたパワースペクトルのピーク値Ｐｎと直前のサンプリング周期における周波数ｆｎのパワースペクトルのピーク値Ｑｎとの差の絶対値が正の実数ｄよりも大きい場合、プログラマブルロジックコントローラ４ｂは、共振が回避されたと判定する。その後、プログラマブルロジックコントローラ４ｂは、ステップＳ１９の動作を行う。
【００４５】
ステップＳ１９では、プログラマブルロジックコントローラ４ｂは、表示器４ｄに「共振回避」を表示させる。その後、プログラマブルロジックコントローラ４ｂは、ステップＳ１８の動作を行う。
【００４６】
ステップＳ１８では、プログラマブルロジックコントローラ４ｂは、周波数ｆｎのパワースペクトルのピーク値をピーク値Ｐｎからピーク値Ｑｎに更新する。その後、プログラマブルロジックコントローラ４ｂは、動作を終了する。
【００４７】
以上で説明した実施の形態２によれば、プログラマブルロジックコントローラ４ｂは、インバータ２ａのキャリア周波数の変更前後のパワースペクトルのピーク値を比較することによりインバータ２ａのキャリア周波数とモータ１との共振が回避されたか否かを判定する。このため、インバータ２ａのキャリア周波数とモータ１との共振が回避されたか否かをより確実に確認することができる。
【００４８】
この際、共振が回避された場合、表示器４ｄは、「共振回避」を表示する。このため、共振の回避を外部に対して確実に報知することができる。
【００４９】
実施の形態３．
図７はこの発明の実施の形態３におけるインバータの制御装置の動作の概要を説明するためのフローチャートである。なお、実施の形態１または実施の形態２と同一または相当部分には、同一符号が付される。当該部分の説明は省略される。
【００５０】
実施の形態３において、プログラマブルロジックコントローラ４ｂは、予め設定された上限値以下となるように新たなキャリア周波数を設定する。
【００５１】
具体的には、ステップＳ０では、プログラマブルロジックコントローラ４ｂは、キャリア周波数の上限値ｆｍａｘを設定する。例えば、プログラマブルロジックコントローラ４ｂは、外部からの操作に基づいてキャリア周波数の上限値ｆｍａｘを設定する。その後、プログラマブルロジックコントローラ４ｂは、ステップＳ２１からステップＳ２４の動作を行う。ステップＳ２１からステップＳ２４は、図６のステップＳ１１からステップＳ１４と同じである。
【００５２】
ステップＳ２４の後、プログラマブルロジックコントローラ４ｂは、ステップＳ２５の動作を行う。ステップＳ２５では、プログラマブルロジックコントローラ４ｂは、キャリア周波数ｆｃが上限値ｆｍａｘ未満か否かを判定する。
【００５３】
ステップＳ２５でキャリア周波数ｆｃが上限値ｆｍａｘ未満の場合、プログラマブルロジックコントローラ４ｂは、ステップＳ２６の動作を行う。ステップＳ２６では、プログラマブルロジックコントローラ４ｂは、新たなキャリア周波数ｆｃを出力する。その後、プログラマブルロジックコントローラ４ｂは、動作を終了する。
【００５４】
ステップＳ２３でパワースペクトルの大きな周波数ｆｎとキャリア周波数ｆｃの正の整数ｋ倍との差の絶対値が正の実数δ未満の場合、プログラマブルロジックコントローラ４ｂは、ステップＳ２７の動作を行う。
【００５５】
ステップＳ２７では、プログラマブルロジックコントローラ４ｂは、新たなキャリア周波数ｆｃとしてパワースペクトルの大きな周波数ｆｎと次の次数の周波数ｆｎ＋１との平均値をｋで除算した値を設定する。ステップＳ２７の後、プログラマブルロジックコントローラ４ｂは、ステップＳ２５の動作を行う。
【００５６】
ステップＳ２５でキャリア周波数ｆｃが上限値ｆｍａｘ以上の場合、プログラマブルロジックコントローラ４ｂは、ステップＳ２８の動作を行う。ステップＳ２８では、プログラマブルロジックコントローラ４ｂは、新たなキャリア周波数ｆｃとしてパワースペクトルの大きな周波数ｆｎと前の次数の周波数ｆｎ−１との平均値をｋで除算した値を設定する。
【００５７】
その後、プログラマブルロジックコントローラ４ｂは、ステップＳ２６の動作を行う。ステップＳ２６では、プログラマブルロジックコントローラ４ｂは、新たなキャリア周波数ｆｃを出力する。その後、プログラマブルロジックコントローラ４ｂは、動作を終了する。
【００５８】
ステップＳ２２の後、プログラマブルロジックコントローラ４ｂは、ステップＳ２９からステップＳ３１の動作も行う。ステップＳ２９からステップＳ３１は、図６のステップＳ１７からステップＳ１９と同じである。
【００５９】
以上で説明した実施の形態３によれば、プログラマブルロジックコントローラ４ｂは、予め設定された上限値以下となるように新たなキャリア周波数を設定する。このため、キャリア周波数に制限を持つＰＷＭ制御方式のインバータ２ａに対しても適切にキャリア周波数を設定することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１  モータ、  ２  ドライブ装置、  ２ａ  インバータ、  ３  検出器、  ４  制御装置、  ４ａ  周波数分析装置、  ４ｂ  プログラマブルロジックコントローラ、  ４ｃ  筐体、  ４ｄ  表示器、  ５ａ  プロセッサ、  ５ｂ  メモリ、  ６  ハードウェア
【図１】
2018050368.tif 000003
【図２】
2018050368.tif 000004
【図３】
2018050368.tif 000005
【図４】
2018050368.tif 000006
【図５】
2018050368.tif 000007
【図６】
2018050368.tif 000008
【図７】
2018050368.tif 000009