(57)【要約】【課題】  電動機の可変速制御に好適な速度制御装置を提供する。【解決手段】  速度制御装置１０として速度指令発生手段１１、加算演算器１２、速度制御手段１３、電流制御手段１４、慣性推定手段１５、慣性設定手段１６、切替手段１７、定数設定手段１８を備え、電動機１とその駆動対象の慣性モーメント推定のための該電動機の加速または減速運転動作が可能な場合には、この動作を行って、慣性モーメント推定値（Ｊ#）を導出し、この慣性モーメント推定値（Ｊ#）に基づき、切替手段１７と定数設定手段１８とを介して速度制御手段１３の比例ゲインＫPを設定し、また前記運転動作が不可能な場合には、慣性モーメント手動設定値（Ｊ*）に基づき、切替手段１７と定数設定手段１８とを介して速度制御手段１３の比例ゲインＫPを設定する。【選択図】        図１
2008029189.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも制御定数の変更が可能な速度制御手段を用いて電動機の可変速制御を行う速度制御装置において、
前記電動機とその駆動対象の慣性モーメントの合計を推定し、これを慣性モーメント推定値として出力する慣性推定手段と、
慣性モーメントを手動で設定し、これを慣性モーメント手動設定値として出力する慣性設定手段と、
慣性モーメント推定値または慣性モーメント手動設定値のいずれかを切替えて出力する切替手段と、
切替手段の出力値に基づいて前記速度制御手段の制御定数を設定する定数設定手段とを備えたことを特徴とする電動機の速度制御装置。
【請求項２】
前記速度制御手段により前記電動機を加速運転または減速運転させたときに、前記慣性推定手段は、前記速度制御手段が出力するトルク指令値と前記電動機の速度検出値または速度推定値とに基づいて前記慣性モーメント推定値を導出することを特徴とする請求項１に記載の電動機の速度制御装置。
【請求項３】
前記速度制御手段を比例演算器または比例積分演算器で形成し、前記定数設定手段は、前記切替手段の出力値に比例した値に基づいて前記いずれかの演算器の比例ゲインを設定することを特徴とする請求項１または２に記載の電動機の速度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動機の速度制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機の可変速制御を行う速度制御装置を構成する速度制御手段における制御定数の自動調整方法として、例えば下記特許文献１に記載されているものが知られている。これは前記速度制御手段の出力に外乱信号を印加して、前記電動機の速度を変化させ、このときの電動機速度と電動機電流とから該電動機とその駆動対象の慣性モーメント（ｍｏｍｅｎｔ  ｏｆ  ｉｎｅｒｔｉａ）の合計を推定し、この推定値に基づいて前記速度制御手段の制御定数を自動的に設定するものである。
【特許文献１】特開平１−２１８３８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述の従来の電動機とその駆動対象の慣性モーメントの推定方法では、速度制御装置を介して電動機を回転させ、更に該速度制御装置内部に外乱信号を注入する必要がある。しかし、前記駆動対象の動作条件によっては、電動機を回転させることができないことにより、速度制御装置内部に外乱信号を注入することが行えないため、速度制御装置を構成する速度制御手段における制御定数の設定ができない問題がある。
【０００４】
この発明の課題は、上述の問題点を解決した電動機の速度制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１の発明は、少なくとも制御定数の変更が可能な速度制御手段を用いて電動機の可変速制御を行う速度制御装置において、
前記電動機とその駆動対象の慣性モーメントの合計を推定し、これを慣性モーメント推定値として出力する慣性推定手段と、慣性モーメントを手動で設定し、これを慣性モーメント手動設定値として出力する慣性設定手段と、慣性モーメント推定値または慣性モーメント手動設定値のいずれかを切替えて出力する切替手段と、切替手段の出力値に基づいて前記速度制御手段の制御定数を設定する定数設定手段とを備えたことを特徴とする。
【０００６】
また第２の発明は、前記第１の発明の電動機の速度制御装置において、
前記速度制御手段により前記電動機を加速運転または減速運転させたときに、前記慣性推定手段は、前記速度制御手段が出力するトルク指令値と前記電動機の速度検出値または速度推定値とに基づいて前記慣性モーメント推定値を導出することを特徴とする。
【０００７】
さらに第３の発明は、前記第１または第２の発明の電動機の速度制御装置において、
前記速度制御手段を比例演算器または比例積分演算器で形成し、前記定数設定手段は、前記切替手段の出力値に比例した値に基づいて前記いずれかの演算器の比例ゲインを設定することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、電動機とその駆動対象の慣性モーメントの推定のための該電動機の加速または減速運転動作が可能な場合には、この動作を行って慣性モーメントを推定し、この慣性モーメント推定値に基づいて速度制御手段の制御定数を設定し、前記動作が不可能な場合には、慣性設定手段に手動で設定された慣性モーメント手動設定値に基づいて前記速度制御手段の制御定数を設定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、この発明の第１の実施例を示す電動機の速度制御装置の回路構成図であり、この図において、１は誘導電動機などの電動機、２は後述の一次電圧指令値(ｖ1*)に対応した交流電圧を電動機１に供給するＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅変調）インバータなどの電力変換装置、３は電力変換装置２への交流電源、４は電動機２の一次電流を一次電流検出値（ｉ1）として検出する電流検出器、５は電動機１の出力軸に連結され該電動機の速度を速度検出値（ωr）として検出する速度検出器、１０は速度制御装置である。
【００１０】
速度制御装置１０は、下記のような手段または要素１１〜１８から構成される。すなわち、速度指令発生手段１１は速度指令値(ωr*)を発生し、加算演算器１２は速度指令値(ωr*)と速度検出器５にて検出される速度検出値（ωr）との偏差を求め、速度制御手段１３はこの偏差を零にする調節演算を行い、その演算結果を電動機１へトルク指令値(τ*)として出力する。電流制御手段１４はトルク指令値(τ*)に基づいて電動機１への一次電流指令値（ｉ1*）を導出するとともに、この一次電流指令値（ｉ1*）と電流検出器４にて検出される一次電流検出値（ｉ1）との偏差を零にする調節演算を行い、その演算結果を電力変換装置２へ一次電圧指令値(ｖ1*)として出力する。
【００１１】
慣性推定手段１５は速度検出値（ωr）とトルク指令値(τ*)とに基づき、電動機１とその駆動対象の慣性モーメントの合計を推定し、これを慣性モーメント推定値（Ｊ#）として出力し、慣性設定手段１６は慣性モーメントを手動で設定し、これを慣性モーメント手動設定値（Ｊ*）として出力する。切替手段１７は上記慣性モーメント推定値（Ｊ#）、または慣性モーメント手動設定値（Ｊ*）のいずれかを切替選択し、これを慣性モーメント設定値（Ｊ**）として出力する。定数設定手段１８はこの慣性モーメント設定値（Ｊ**）に基づいて、速度制御手段１３の制御定数を設定する。なお、図１に示した回路図におけるそれぞれの構成要素は周知の技術により形成されているので、詳細説明は省略する。
【００１２】
図２は、図１に示した慣性推定手段１５の１例を示す回路構成図であり、この慣性推定手段１５には電動機１の速度検出値（ωr）を微分演算する微分手段１５ａと、乗算器１５ｂと、加算演算器１５ｃと、積分手段１５ｄとを備えている。
【００１３】
この慣性推定手段１５における慣性モーメント推定値（Ｊ#）の導出方法を、以下に記載する。
【００１４】
速度指令発生手段１１から図３に示すように速度指令値(ωr*)を発生させ、このとき、
電動機１の加速トルクが負荷トルクに対して十分に大きい条件では、電動機１の加速・減速トルク（τacc）は、下記（１）式で表される。
【００１５】
τacc＝Ｊ・｛ｄ（ωr）／ｄｔ｝…（１）
ここで、Ｊは慣性モーメント、ωrは電動機１の速度検出値である。
【００１６】
無負荷条件で電動機１の加速・減速を行った場合、τacc＝τ*となることから、図２に示すように、トルク指令値(τ*)と、Ｊ#・｛ｄ（ωr）／ｄｔ｝との偏差を積分手段１５ｄに入力し、その出力をＪ#とすれば、図２に示した回路構成により、慣性モーメントを推定できる。
【００１７】
すなわち、慣性モーメント推定値をＪ#とすれば、これは次の（２）式のような演算式から求めることができる。
Ｊ#＝∫（τ*−Ｊ#・ｄωr／ｄｔ）ｄｔ…（２）
【００１８】
図１に示した定数設定手段１８では、切替手段１７が選択出力した慣性モーメント設定値（Ｊ**）に基づいて、速度制御手段１３を比例演算器または比例積分演算器で形成したときに、何れかの演算器の比例ゲインＫPを、下記（３）式で得られる値に設定する。
【００１９】
ＫP＝Ｋ・Ｊ**…（３）
ここで、Ｋは換算係数である。なお、速度制御手段１３が比例積分演算器の場合は、さらに積分時間の設定をすることもある。
【００２０】
すなわち、図１に示した電動機制御装置１０によれば、電動機１とその駆動対象となる装置の慣性モーメントの推定のために、該電動機により駆動対象の装置を試験的に加速または減速駆動する試験運転が実行できる場合には、このテスト運転を実行して慣性モーメント推定値（Ｊ#）を求め、この求めた慣性モーメント推定値（Ｊ#）に基づき、切替手段１７と定数設定手段１８とを介して速度制御手段１３の前記比例ゲインＫPを設定する。そして、前記の慣性モーメントの推定のための試験運転が実行できない場合には、慣性設定手段１６に手動で慣性モーメント手動設定値（Ｊ*）を設定し、この設定された慣性モーメント手動設定値（Ｊ*）に基づき、切替手段１７と定数設定手段１８とを介して速度制御手段１３の前記比例ゲインＫPを設定する。
【００２１】
なお、手動による設定は、計算によりモータ軸を基準とし負荷を含めた全体の慣性モーメントを求めて、設定する。また、手動設定値が実際の慣性モーメントと大きくずれている場合は、定数設定手段１８が出力する速度制御手段１３の設定定数が不適切になるという問題が発生する。
【００２２】
つまり、
実際の負荷＞手動設定値
の場合は、速度制御手段１３の応答が遅くなり、
実際の負荷＜手動設定値
の場合は、速度制御手段１３の応答が速すぎて振動しやすくなる。
いずれの場合も、手動による調節等が必要となるが、その最適な対応策は今後の課題と言えよう。
【００２３】
図４は、この発明の第２の実施例を示す電動機の速度制御装置の回路構成図であり、この図において、図１に示した実施例回路と同一機能を有するものには同一符号を付して、ここではその説明を省略する。
【００２４】
すなわち、図４に示した回路構成では、速度検出器５が省略され、速度制御装置２０として速度指令発生手段１１、加算演算器１２、速度制御手段１３、電流制御手段１４、慣性推定手段１５、慣性設定手段１６、切替手段１７、定数設定手段１８の他に、速度推定手段２１を備えている。
【００２５】
この速度推定手段２１は周知の技術で形成されたものであり、例えば、電動機１の一次電圧指令値(ｖ1*)と一次電流検出値（ｉ1）とから電動機１の逆起電力を演算し、この逆起電力に基づいて電動機１の速度推定値（ωr#）を導出するようにしている。
【００２６】
ωr#導出のための数式は、例えば次の（４）式のようになる。
ωr#＝ｓｇｎ（ＥT）｛（｜ＥT｜／φ2）−ＧemＥM｝…（４）
ここに、φ2は二次磁束、ＥMは磁束軸成分誘起電圧、ＥTはトルク軸（磁束軸に直交する）成分の誘起電圧、ＧemはＥMを入力とする調節手段の伝達関数を示す。
【００２７】
そして、ω1*を一次角周波数指令値、ωS*をすべり周波数指令値とすれば、速度推定値ωr#は、下記（５）式で求められる。
ωr#＝ω1*−ωS*…（５）
【００２８】
従って、図４に示した回路構成における慣性推定手段１５では、トルク指令値(τ*)と速度推定値（ωr#）とに基づいて、慣性モーメント推定値（Ｊ#）を得るようにしている。
【００２９】
すなわち、図２に示した慣性推定手段１５の速度検出値（ωr）に代えて、速度推定値（ωr#）を入力し、この速度推定値（ωr#）とトルク指令値(τ*)とから慣性モーメント推定値（Ｊ#）を算出する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】この発明の第１の実施例を示す電動機の速度制御装置の回路構成図
【図２】図１の部分詳細回路構成図
【図３】図１の動作を説明する波形図
【図４】この発明の第２の実施例を示す電動機の速度制御装置の回路構成図
【符号の説明】
【００３１】
１‥電動機、２‥電力変換装置、３‥交流電源、４‥電流検出器、５‥速度検出器、１０‥速度制御装置、１１‥速度指令発生手段、１２‥加算演算器、１３‥速度制御手段、１４‥電流制御手段、１５‥慣性推定手段、１６‥慣性設定手段、１７‥切替手段、１８‥定数設定手段、２０‥速度制御装置、２１‥速度推定手段。
【図１】
2008029189.tif 000003
【図２】
2008029189.tif 000004
【図３】
2008029189.tif 000005
【図４】
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