(57)【要約】【課題】  電動機が動力伝達手段を介して負荷に接続される場合においても、零速度、低速・回生、高速を含む全領域で安定した速度制御を行う電動機の速度制御装置を提供する。【解決手段】  速度制御装置において、外部検出器から入力される位置または速度情報に基づき電動機速度を検出する速度検出手段と、制御装置が出力制御する状態変数と電動機速度合成値とに基づき電動機速度を演算推定するオブザーバと、オブザーバによる電動機速度の演算推定値または電動機速度合成値のいずれか一方を速度フィードバック量とし、フィードバック量および電動機の速度指令値に基づき指令電流を決定する電流制御器と、低速域は速度検出手段による速度検出値に基づき、高速域はオブザーバによる電動機速度の演算推定値に基づき、中速域は速度検出値および電動機速度の演算推定値に基づき電動機速度合成値を出力する速度合成手段を備える。【選択図】  図１
2005304175.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機の速度制御装置において、
外部検出器から入力される位置または速度情報に基づいて電動機速度を検出する速度検出手段と、
前記速度制御装置が出力制御する状態変数および電動機速度合成値に基づいて電動機速度を演算推定するオブザーバと、
前記オブザーバによる電動機速度の演算推定値または電動機速度合成値のいずれか一方を速度フィードバック量とし、前記速度フィードバック量および前記電動機の速度指令値に基づいて指令電流を決定する電流制御器と、
前記電動機速度が低速域においては前記速度検出手段による速度検出値に基づいて、高速域においては前記オブザーバによる電動機速度の演算推定値に基づいて、中速域においては前記速度検出値および前記電動機速度の演算推定値に基づいて前記電動機速度合成値を出力する速度合成手段を備えたことを特徴とする速度制御装置。
【請求項２】
誘導電動機の速度制御装置において、
外部検出器から入力される位置または速度情報に基づいて電動機速度を検出する速度検出手段と、
前記速度制御装置が出力制御する状態変数および電動機速度合成値に基づいて電動機速度を演算推定するオブザーバと、
前記オブザーバによる電動機速度の演算推定値または電動機速度合成値のいずれか一方を速度フィードバック量とし、前記速度フィードバック量および前記電動機の速度指令値に基づいて指令電流を決定する電流制御器と、
すべり周波数を演算出力するすべり周波数演算器と、
前記電動機速度が低速域においては前記速度検出手段による速度検出値に基づいて、高速域においては前記オブザーバによる電動機速度の演算推定値に基づいて、中速域においては前記速度検出値および前記電動機速度の演算推定値に基づいて前記電動機速度合成値を出力する速度合成手段を備えたことを特徴とする速度制御装置。
【請求項３】
電動機の速度制御装置において、
外部検出器から入力される位置または速度情報に基づいて電動機速度を検出する速度検出手段と、
前記速度制御装置が出力制御する状態変数および電動機速度合成値に基づいて位相および電動機速度を演算推定するオブザーバと、
すべり周波数を演算出力するすべり周波数演算器と、
前記オブザーバによる位相の演算推定値を微分する微分器と、
前記微分器の出力から前記すべり周波数演算器の出力を減算する第１の減算器と、
前記電動機の速度指令値および前記減算器の出力に基づいて指令電流を決定する電流制御器と、
前記電動機速度が低速域においては前記速度検出手段による速度検出値に基づいて、高速域においては前記オブザーバによる電動機速度の演算推定値に基づいて、中速域においては前記速度検出値および前記電動機速度の演算推定値に基づいて前記電動機速度合成値を出力する速度合成手段を備えたことを特徴とする速度制御装置。
【請求項４】
前記検出手段による速度検出値を入力とする第１の重み関数器と、
前記オブザーバによる電動機速度の演算推定値を入力とする第２の重み関数器とを備え、
前記速度合成手段は前記第１の重み関数器の出力と前記第２の重み関数器の出力とを加算し、この加算値を中速域の電動機速度合成値とすることを特徴とする請求項１ないし請求項３記載の速度制御装置。
【請求項５】
前記速度検出手段は、前記電動機に動力伝達手段を介して接続される負荷側にある外部検出器から入力される位置または速度情報に基づいて電動機速度を検出することを特徴とする請求項１ないし請求項４記載の速度制御装置。
【請求項６】
速度指令値から前記速度検出手段による速度検出値を減算する第２の減算器と、
前記第２の減算器出力を積分する積分器と、
前記すべり周波数演算器の出力と前記積分器の出力とを乗算した乗算値を前記すべり周波数器への出力補正量として出力するすべり周波数補正手段を備えたことを特徴とする請求項２または請求項３記載の速度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部検出器との組合せにより広範囲にわたる速度制御を可能とする電動機の速度制御装置に関するものであり、ギアやベルトなどの動力伝達手段を介して連結された電動機の回転速度を制御することにより、スタッカークレーン、工作機械の主軸、印刷機等を制御する電動機の速度制御装置に係り、主に電動機に誘導電動機を用いた速度制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
誘導電動機の高性能な速度制御方式として、滑り周波数制御形のベクトル制御方法が普及し、これを速度検出器なしで制御する速度センサレスベクトル制御方法が知られている。
まず、誘導電動機の電動機速度の推定の一例について簡単に説明する。
１次周波数ω1で回転する回転座標系（ｄ−ｑ軸）で表わした誘導電動機の電圧方程式は、以下の（１）式で与えられる。
【数１】
2005304175.tif 000003
但し、
Ｖｄ，Ｖｑ  ：回転座標系（ｄ−ｑ軸）の励磁軸電圧，トルク軸電圧
Ｉｄ，Ｉｑ  ：回転座標系（ｄ−ｑ軸）の励磁軸電流，トルク軸電流
Φｄ，Φｑ  ：回転座標系（ｄ−ｑ軸）の励磁軸電動機磁束，トルク軸電動機磁束
ω1   ：１次周波数
ωr   ：電動機速度
ωs*  ：滑り周波数指令値
Ｒ1 ，Ｒ2  ：１次，２次抵抗
Ｌ1 ，Ｌ2，Ｍ   ：１次，２次，相互（励磁）インダクタンス
LL  ：漏れインダクタンス  （LL＝（Ｌ1・ Ｌ2 −Ｍ2 ）／Ｌ2 ）
ｐ   ：微分演算子
また、１次周波数ω1、電動機速度ωr、滑り周波数指令値ωs*の関係、及び滑り周波数指令値ωs*の算出は以下の（２）式で表わされる。
ω1＝ωr＋ωs*、
ωs* ＝Ｉｑ* ／（Ｉｄ* ・T2）  ＝  Ｉｑ* ・Ｒ2／Φ*    …（２）
但し、T2 は２次回路時定数（T2 ＝Ｌ2 ／Ｒ2 ）であり、添字（*）は指令値を表わす。
【０００３】
いま、Ｉｄ*  ＝ 一定   …（３）
とし、上記（１）式を、（２），（３）式の条件のもとに回転座標系（ｄ−ｑ軸）で表した電圧指令値（Ｖｄ*，Ｖｑ*）は、以下の（４）式のようになる。
【数２】
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電動機の速度制御装置が（２）式を満足するように制御すると、回転座標系（ｄ−ｑ軸）上の１次電流検出値Ｉ1 は１次電流指令値Ｉ1*（Ｉｄ*，Ｉｑ*）通りの電流が流れ、電動機磁束Φ（Φd，Φq）は、
Φd＝Ｍ・Id（一定），Φｑ＝０   …（５）
に保たれる。これにより、誘導電動機の発生トルクτは、
τ＝Ｍ／Ｌ2・(Φｄ・Iｑ−Φｑ・Iｄ)
＝Ｍ2 ／Ｌ2 ・(Ｉｄ・Iｑ)          …（６）
となる。
【０００４】
速度検出器を用いない場合は、例えば、速度適応２次磁束オブザーバを用い、上記（３）式を満足するような電動機磁束Φ （Φd，Φq）を推定し、誘導電動機の１次電流（相電流）Iｕ ，Iｖ ，Iｗ を検出し、静止座標系（ａ−ｂ軸）上に変換した１次電流検出値I1（Iａ，Ｉｂ）と電圧指令値Ｖ1*（Ｖａref，Ｖｂref）と、速度推定値ωr＾とを入力として、電動機磁束推定値Φ＾（Φａ＾ ，Φｂ＾ ）と１次電流推定値I1＾（Iａ＾，Ｉｂ＾）とを推定し、１次電流推定値I1＾（Iａ＾，Ｉｂ＾）と１次電流検出値I1（Iａ，Ｉb）とを比較した推定誤差信号（I1− I1＾）に基づき、次式（７）式で表わされる適応調整則により電動機速度を演算推定する。
ωr＾＝Ｋａ（ｅＩａ・Φb＾−ｅＩｂ・Φa＾）
＋Ｋb ∫（ｅＩａ・Φb＾−ｅＩｂ・Φａ＾）ｄｔ   …（７）
但し、推定誤差ｅＩａ、ｅＩｂについては、以下のようになる。
ｅＩａ＝Ｉａ−Ｉａ＾
ｅＩｂ＝Ｉb−Ｉb＾
Ｋａ：速度推定部比例ゲイン、Ｋｂ ：速度推定部積分ゲイン
このように、同一次元磁束オブザーバ（以下、単に磁束オブザーバと記載）と速度適応機構とからなる速度適応２次磁束オブザーバによって誘導電動機の実速度の推定を行なう速度センサレスベクトル制御方式として、例えば非特許文献１などがある。
【０００５】
しかし、一方で、適応２次磁束オブザーバで誘導電動機の実速度の推定を行なう速度センサレスベクトル制御方式に関しては、低速・回生状態では制御性能が劣化し、安定性に問題があることが報告され（例えば非特許文献２、非特許文献３参照。）、充分高い周波数成分を含む電圧を誘導電動機に印加する手法により低速回転時の低速・回生性能を改善することも報告されている（非特許文献３参照。）。
【０００６】
また、機械軸側にある速度検出器を使用した制御装置として、例えば特許文献１がある。図６は特許文献１に記載のブロック図であり、１０１は３相２相変換器、１０２は積分器、１０３は２相３相変換器、１０４はインバータ、１０５は誘導電動機、１０７は主軸、１０８は回転位置検出器、１０９はセンサレス速度検出部、１１０は位置・速度変換器、１１１はハイパスフィルタ、１１２はローパスフィルタ、１１３は加算器、１１４は比較器、１１５は切替器、１１６はリミッタ、１１７は電流制御器、１１８は磁束密度指令発生器、１１９は励磁電流指令発生器、１２０は減算器、１２１はＰＩ増幅器、１２２、１２３は除算器、１２４は乗算器、１２５は加算器、１２６は直流電圧源、１２７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は電流検出器である。
本制御装置においては、３相２相変換手段１０１によって電流検出器１２７で検出したモータ電流の瞬時値ｉｕ、ｉｖ，ｉｗからモータ内部の励磁電流ｉｄ、およびトルク電流ｉｑを直流量として検出している。これら励磁電流ｉｄ、およびトルク電流ｉｑは、それぞれ励磁電流指令値ｉｄ*およびトルク電流指令値ｉｑ*との偏差に応じて電流制御器１１７によりフィードバック制御されている。第１速度推定手段は、モータ速度の推定値に誤差がある場合には、トルク電流検出値ｉｑとトルク電流指令値ｉｑ*との偏差、もしくは励磁電流検出値ｉｄと励磁電流指令値ｉｄ*との偏差が大きくなることを利用して、センサレス速度検出部１０９を用いて第１速度検出値を算出している。この第１速度検出値は低い周波数成分においては検出誤差を多く含む性質があるが、高周波数成分については比較的精度の高い検出値が得られる。一方、主軸に取り付けられた回転位置検出器１０８から位置・速度変換器１１０で算出した第２のモータ回転速度推定値つまり第２速度検出値は、比較的高い周波数成分において誤差を多く含む性質があるが、低周波数成分については比較的精度の高い検出値が得られる。従って、第１速度検出値と主軸に取り付けられた検出器による第２速度検出値の双方の精度の良い周波数成分を、それぞれ、ハイパスフィルタ１１１、ローパスフィルタ１１２で抽出し、加算器１１３で加算合成した結果をモータ速度検出値として速度フィードバック制御に使用するとともに、第１速度検出値と第２の速度検出値との差が所定値以上である場合には、第１速度検出値をモータ速度検出値として使用するようにしている。
また、モータ速度が低速の領域において、特に減速方向のトルクを正確に制御ができないとの問題に対し、リミッタ１１６によって、低速・回生領域でのｑ軸電流指令値を予め定めた所定のリミット値に制限するシーケンス処理を設けることで解決している。
【０００７】
【非特許文献１】久保田、尾崎、松瀬、中野、「適応２次磁束オブザーバを用いた誘導電動機の速度センサレス直接形ベクトル制御」、電気学会論文誌Ｄ、１１１巻１１号、Ｐ．９５４−９６０
【非特許文献２】杉本、丁、「適応２次磁束オブザーバを用いた誘導電動機系の安定性に関する一考察」、電気学会論文誌Ｄ、１１９巻１０号、Ｐ．１２１２−１２２２
【非特許文献３】金原、小山、「低速・回生領域を含む誘導電動機の速度センサレスベクトル制御法」、電気学会論文誌Ｄ、１２０巻２号、Ｐ．２２３−２２９
【特許文献１】特開２００２−５１５９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記従来の速度適応２次磁束オブザーバを用いた速度センサレス制御方式では、低速・回生状態では制御性能が劣化し、安定性に問題があること、充分高い周波数成分を含む電圧を誘導電動機に印加する手法では、少なからず重畳電圧によりトルクリップルが発生することや厳密なゲイン調整が必要であるという問題がある。また特許文献１に記載の従来例は、モータ速度が低速の領域における減速方向、つまり、低速・回生領域で、ｑ軸電流指令値をリミットするなどの特別なシーケンス処理を必要とする問題がある。
そこで、本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、零速度、低速・回生領域を含む全領域で安定した運転ができる電動機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】
【０００９】
前記課題を解決するため電動機の速度制御装置において、外部検出器から入力される位置または速度情報に基づいて電動機速度を検出する速度検出手段と、前記速度制御装置が出力制御する状態変数および電動機速度合成値に基づいて電動機速度を演算推定するオブザーバと、前記オブザーバによる電動機速度の演算推定値または電動機速度合成値のいずれか一方を速度フィードバック量とし、前記フィードバック量および前記電動機の速度指令値に基づいて指令電流を決定する電流制御器と、前記電動機速度が低速域においては前記速度検出手段による速度検出値に基づいて、高速域においては前記オブザーバによる電動機速度の演算推定値に基づいて、中速域においては前記速度検出値および前記電動機速度の演算推定値に基づいて前記電動機速度合成値を出力する速度合成手段を備えたことを特徴としている。
このようになっているため、高速域では動力伝達手段のガタの影響を受けない速度制御ができ、外部検出器を用いることで制御性能が劣化する低速領域では、特に低速・回生時においても、制御系が不安定になることもなく、全領域で非常に安定した運転を行なうことができ、これらの間における切替も中速域を介しスムーズに行うことができる。
【００１０】
また誘導電動機の速度制御装置において、外部検出器から入力される位置または速度情報に基づいて電動機速度を検出する速度検出手段と、前記速度制御装置が出力制御する状態変数および電動機速度合成値に基づいて電動機速度を演算推定するオブザーバと、前記オブザーバによる電動機速度の演算推定値または電動機速度合成値のいずれか一方を速度フィードバック量とし、前記フィードバック量および前記電動機の速度指令値に基づいて指令電流を決定する電流制御器と、すべり周波数を演算出力するすべり周波数演算器と、前記電動機速度が低速域においては前記速度検出手段による速度検出値に基づいて、高速域においては前記オブザーバによる電動機速度の演算推定値に基づいて、中速域においては前記速度検出値および前記電動機速度の演算推定値に基づいて前記電動機速度合成値を出力する速度合成手段を備えたことを特徴としている。
【００１１】
さらに電動機の速度制御装置において、外部検出器から入力される位置または速度情報に基づいて電動機速度を検出する速度検出手段と、前記速度制御装置が出力制御する状態変数および電動機速度合成値に基づいて位相および電動機速度を演算推定するオブザーバと、すべり周波数を演算出力するすべり周波数演算器と、前記オブザーバによる位相の演算推定値を微分する微分器と、前記微分器の出力から前記すべり周波数演算器の出力を減算する第１の減算器と、前記電動機の速度指令値および前記減算器の出力に基づいて指令電流を決定する電流制御器と、前記電動機速度が低速域においては前記速度検出手段による速度検出値に基づいて、高速域においては前記オブザーバによる電動機速度の演算推定値に基づいて、中速域においては前記速度検出値および前記電動機速度の演算推定値に基づいて前記電動機速度合成値を出力する速度合成手段を備えたことを特徴としている。
【００１２】
さらには、前記検出手段による速度検出値を入力とする第１の重み関数器と、前記オブザーバによる電動機速度の演算推定値を入力とする第２の重み関数器とを備え、前記速度合成手段は前記第１の重み関数器の出力と前記第２の重み関数器の出力とを加算し、この加算値を中速域の電動機速度合成値とすることを特徴としている。
中速域を介しての切替をスムーズに行うための手段を、具体的に示したものである。
【００１３】
また、前記速度検出手段は、前記電動機に動力伝達手段を介して接続される負荷側にある外部検出器から入力される位置または速度情報に基づいて電動機速度を検出することを特徴としている。
これにより、動力伝達手段にガタ等が存在しても、ガタによる影響を受ける中高速域においても安定した速度制御を行なうことができ、ガタの影響を受けない低速域ともあわせ、全速度領域にわたって安定した速度制御を行えるようになる。
【００１４】
さらには、速度指令値から前記速度検出手段による速度検出値を減算する第２の減算器と、前記第２の減算器出力を積分する積分器と、前記すべり周波数演算器の出力と前記積分器の出力とを乗算した乗算値を前記すべり周波数器への出力補正量として出力するすべり周波数補正手段を備えたことを特徴としている。
このようになっているため、極低速時においても、また回生状態であっても、滑り周波数を補正することができ、速度指令値どおりに電動機を駆動制御することができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上のようにして電動機速度制御が行われるので、低速域から高速域に至る全領域において安定した速度制御運転ができ、特に、超低速、さらには回生時においても、制御系が不安定になることもなく、極めて安定した運転を行なうことができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の具体的実施例について説明する。
【実施例】
【００１７】
図１は、本発明の第１の実施形態の電動機ベクトル制御装置の構成を示すブロック図である。図１において、電動機制御装置は、ＰＷＭインバータ１、ベクトル制御器１０を有し、機構系３０を制御する。ＰＷＭインバータ１内には、コンバータ３、平滑コンデンサ４、逆変換回路５、電流検出器６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、ＰＷＭ制御部７がある。ベクトル制御器１０内には、座標変換器１１Ａ，１１Ｂ、速度演算器１２、減算器１３Ａ，１３Ｂ、４３、速度制御部１４、励磁電流設定器１５、電流制御部１６、滑り周波数指令演算器１７、加算器１８、積分器１９、同一次元磁束オブザーバ２０、速度適応機構２１があり、電流制御部１６にはトルク電流制御部１６Ａと励磁電流制御部１６Ｂが含まれている。
機構系３０は、電動機２に動力伝達手段としてのギア３１にドラム３２、荷重３３の位置を制御するための位置決め用検出器３４が連結され、荷重３３はロープ３５で滑車３６を介してドラム３２とつながっている。なお、位置決め用検出器３４の信号は、位置決め制御器（図示せず）に送られ、位置決め制御器は速度指令を電動機制御装置に送出する。
コンバータ３は、３相の交流電源（Ｒ，Ｓ，Ｔ）に接続されており、その出力を整流する。平滑コンデンサ４は、コンバータ３に接続されており、その出力を平滑する。逆変換回路５は、例えば、ＰＷＭ制御部７の出力によりベース電流を制御されるトランジスタで構成されている。これにより、平滑コンデンサ４の両端の直流電圧がＰＷＭ制御部７の出力により制御された３相の交流電圧に変換され、電動機２に供給される。電流検出器６ＡはＵ相の電流Ｉｕを検出する。電流検出器６ＢはＶ相の電流Ｉｖを検出する。電流検出器６ＣはＷ相の電流Ｉｗを検出する。電流検出器６Ａ，６Ｂ、６Ｃで検出された各相の検出電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗは座標変換器１１Ａに供給される。座標変換器１１Ａは、３相の検出電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを座標系（ａ−ｂ軸）上のＩａ、Ｉｂに変換し、更に回転磁界座標系における励磁電流フィードバック信号Ｉｄとトルク電流フィードバック信号Ｉｑに変換し、減算器１３Ａ、１３Ｂへ送る。座標変換器１１Ａによる変換は、以下に示す（８）式にしたがい行なわれる。なお、θについては後述する。
【数３】
2005304175.tif 000005
また、座標変換器１１Ａは、Ｉａ、Ｉｂを同一次元磁束オブザーバ２０へ送る。速度演算器１２は、ドラム３２に連結された位置決め用検出器３４からの機械軸速度検出値に動力伝達手段であるギア３１の変速比を乗じて速度検出値ωｒを算出し、係数器２２Ａに送る。同一次元磁束オブザーバ２０、速度適応機構２１は、座標変換器１１ＡからＩａ、Ｉｂと後述する座標変換器１１ＢからのＶａref、Ｖｂrefおよび、後述する加算器２３からの合成速度信号ωcを基に、上記（７）式により速度推定演算してωｒ＾を求め、減算器４３にフィードバックするとともに、係数器２２Ｂへも送る。係数器２２Ａ、２２Ｂは、図５に示す速度推定値ωｒ＾の関数として、予め決められたゲインＫを用いて、それぞれ、Ｋ、（１−Ｋ）で与えられる。加算器２３は、係数器２２Ａ、２２Ｂで重みづけされたそれぞれの信号を加算して合成速度信号ωcとし、同一次元磁束オブザーバ２０に帰還する。減算器４３は、位置決め制御装置（図示せず）からの速度指令値ωｒ*と速度適応機構２１からの速度推定値ωｒ＾の偏差をとって速度制御部１４に送る。速度制御部１４は、減算器４３から与えられた偏差を零とするような、すなわち速度指令値ωｒ*と速度推定値ωｒ＾を一致させるようなトルク電流指令信号Ｉｑ*を求め、減算器１３Ａに送る。減算器１３Ａは、座標変換器１１Ａからのトルク電流フィードバック信号Ｉｑと速度制御部１４からのトルク電流指令信号Ｉｑ*の偏差を求め、トルク電流制御部１６Ａに送る。励磁電流設定器１５は、所定の励磁電流値が設定されており、その設定値を励磁電流指令信号Ｉｄ*として減算器１３Ｂに送る。減算器１３Ｂは、励磁電流設定器１５からの励磁電流指令信号Ｉｄ*と、座標変換器１１Ａからの励磁電流フィードバック信号Ｉｄの偏差を求め、励磁電流制御部１６Ｂに送る。トルク電流制御部１６Ａおよび励磁電流制御部１６Ｂは、それぞれ減算器１３Ａと１３Ｂからの偏差信号と各逆起電力の電圧補償値（図示せず）との和にしたがって、回転磁界座標系における電圧指令信号Ｖｑ*とＶｄ*を生成し、座標変換器１１Ｂに送る。座標変換器１１Ｂは、電圧指令信号Ｖｄ*、Ｖｑ*を位相θで（ａ−ｂ軸）上のＶａref、Ｖｂrefに変換し、更に電動機２の固定子座標系における３相交流出力電圧指令信号Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*に変換し、ＰＷＭ制御部７に送る。座標変換器１１Ｂによる変換は以下の（９）式にしたがって行なわれる。なおθについては後述する。
【数４】
2005304175.tif 000006
また、座標変換器１１Ｂは、Ｖａref、Ｖｂrefを同一次元磁束オブザーバ２０へ送る。ＰＷＭ制御部７は、これら３相交流出力電圧指令Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*を搬送波信号と比較してパルス幅変調信号に変換する。このパルス幅変調信号を図示していないパルス増幅器を介して点弧信号となり、トランジスタのベース電流として逆変換回路５をスイッチング制御する。これにより、平滑コンデンサ４の両端の直流電圧が３相の交流電圧に変換される。滑り周波数指令演算器１７は、励磁電流指令Ｉｄ*、トルク電流指令Ｉｑ*と２次抵抗Ｒ２（図示せず）から滑り周波数指令ωｓ*を求める。加算器１８は、速度適応機構２１で推定されたωｒ＾と滑り周波数指令ωｓ*を加算して、１次角周波数指令信号ω１*を求める。積分器１９は、１次角周波数指令信号ω１*を積分し位相θを求め、座標変換１１Ａ、１１Ｂに送る。
なお、図１では、電動機２により発生する誘起電圧Ｅ、１次抵抗Ｒ1や漏れインダクタンスLLによる逆起電力の電圧を補償する回路は省略している。
また、図５記載の所定値１，２の値は、機械の共振周波数が問題にならない速度域に決定しており、所定値２以上の速度域では、完全な速度センサレス制御に切り替えられる。なお、図５では、速度推定値ωｒ＾で切り替えるように記載しているが、位置決め用検出器３４から速度演算器１２で求めた速度検出値ωrや、一次周波数指令値ω1*、あるいは、速度指令値ωr*等で切り替えることもできる。
また、上記説明で、減算器４３と加算器１８への速度フィードバック信号は、速度適応機構２１からの速度推定値ωｒ＾としたが、加算器２３で演算され同一次元磁束オブザーバ２０に送られる合成速度信号ωcを用いてもよい。
このように、速度制御が行われるので、制御性能が劣化する低速領域では、電動機の実際の速度に基づく位置決め用検出器３４から速度情報が同一次元磁束オブザーバ２０に帰還されるので、低速・回生時に制御系が不安定になることもなく運転が行われる。また、検出器に基づく低速運転とセンサレス制御に基づく高速運転との間の中間領域においては、これら双方を加味した制御を行うので、低速から中速・高速域に移ったとしても、その間もその後もスムーズに安定した速度制御運転が行われることとなる。
【００１８】
次に図２を用いて本発明の第２の実施形態を説明する。図１と異なるところは、速度適応機構２１の演算処理を１部変更し２１（ａ）としたこと、加算器１８と積分器１９と除去し、替わりに微分器２４、減算器２５を追加したことである。
速度適応機構２１（ａ）は、前述したようにして推定した電動機磁束推定値Φ＾（Φａ＾ ，Φｂ＾ ）を用いて、位相θ＾をtan-1（Φａ＾ ／Φｂ＾）で演算出力し、座標変換器１１Ａ、１１Ｂ，微分器２４に送る。微分器２４は、速度適応機構２１（ａ）出力である位相θ＾を微分し１次周波数ω1＾を出力し、減算器２５に送る。減算器２５は、微分器２４からの１次周波数ω1＾を滑り周波数指令演算器１７からの滑り周波数指令値ωs*で減算して速度推定値ωr＾を求め、減算器４３にフィードバックする。その他の動作は第１の実施形態と全く同様であるので説明を省略する。
第２の実施形態のように構成されたベクトル制御方法でも速度適応２次磁束オブザーバの使用方法が変わるだけで、基本的考え方は全く変わらないので第１の実施形態と同様に本発明を実施でき、低速・回生時に制御系が不安定になることもなく運転が行われる。
【００１９】
次に図３を用いて本発明の第３の実施形態を説明する。第３の実施形態は、位置決め用検出器３４を基に得られた速度検出値と速度指令値ωｒ*が一致するように、滑り周波数指令の大きさを補正して速度制御精度向上させるものである。
図３が図１と異なるところは、減算器２６、切替ＳＷ２７、乗算器２８、積分器１９Ａを追加したことである。
減算器２６は、速度指令値ωr*と速度演算器１２からの速度検出値ωｒを減算し、切替ＳＷ２７に送る。切替ＳＷ２７は、速度指令値ωr*が加速、減速していない速度一定状態でかつ、速度検出値ωｒが所定値以下であれば減算器２６出力を、それ以外であれば０を積分器１９Ａに送る。積分器１９Ａは、機構系の共振周波数を考慮した長い時定数の積分器であり、入力値を積分して乗算器２８に送る。乗算器２８は、滑り周波数指令演算器１７出力である滑り周波数指令ωｓ*と積分器１９Ａ出力を乗算し、滑り周波数指令値補正量Δωs*を求め、加算器１８に送る。加算器１８では、速度適応機構２１出力の速度推定値ωｒ＾と滑り周波数指令演算器１７出力の滑り周波数指令ωｓ*と乗算器２８出力の滑り周波数指令値補正量Δωs*を加算する。その他の動作は第１の実施形態と全く同様であるので説明を省略する。
【００２０】
次に図４を用いて本発明の第４の実施形態を説明する。図４が図２と異なるところは、減算器２６、切替ＳＷ２７、乗算器２８、加算器２９、積分器１９Ａを追加したことである。
減算器２６は、速度指令値ωr*と速度演算器１２からの速度検出値ωｒを減算し、切替ＳＷ２７に送る。切替ＳＷ２７は、速度指令値ωr*が加速、減速していない速度一定状態でかつ、速度検出値ωｒが所定値以下であれば減算器２６出力を、それ以外であれば０を積分器１９Ａに送る。積分器１９Ａは、機構系の共振周波数を考慮した長い時定数の積分器であり、入力値を積分して乗算器２８に送る。乗算器２８は、滑り周波数指令演算器１７出力である滑り周波数指令ωｓ*と積分器１９Ａ出力を乗算し、滑り周波数指令値補正量Δωs*を求め、加算器２９に送る。
加算器２９では、滑り周波数指令演算器１７出力の滑り周波数指令ωｓ*と乗算器２８出力の滑り周波数指令値補正量Δωs*を加算し、減算器２５へ送る。減算器２５は微分器２４の出力を過算器２９の出力で減算してこれを速度推定値ωr＾とし、減算器４３にフィードバックする。その他の動作は第２の実施形態と全く同様であるので説明を省略する。
このようにして、第３の実施形態や第４の実施形態では、滑り周波数指令値ωs*は補正される。なお、切替ＳＷ２７の切り替えの１条件である所定値は、機構系の共振周波数を考慮し、数Hz程度に決める。これにより、極低速でも電動機速度を速度指令値どおりに駆動することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明によれば、外部検出器との組合せにより広範囲にわたる速度制御を可能にでき、特に、ギアやベルトなどの動力伝達手段を介して連結された電動機の回転速度を制御する際に外部検出器が負荷側にある場合でも、例えばスタッカークレーン、工作機械の主軸、印刷機等を制御する電動機の速度制御装置においても、低速域から高速域に至る全領域において安定した速度制御運転ができ、とりわけ超低速、さらには回生時においても、制御系が不安定になることもなく、極めて安定した運転を行なうことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施形態を示すベクトル制御装置の一実施例のブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施形態を示すベクトル制御装置の一実施例のブロック図である。
【図３】本発明の第３の実施形態を示すベクトル制御装置の一実施例のブロック図である。
【図４】本発明の第４の実施形態を示すベクトル制御装置の一実施例のブロック図である。
【図５】本発明で用いる係数器２２Ａ、２２Ｂの値を決めるゲインＫの関数例である。
【図６】従来技術の実施例を示す主軸制御装置の一実施例のブロック図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  ＰＷＭインバータ
２  電動機
３  コンバータ
４  平滑コンデンサ
５  逆変換回路
６Ａ、６Ｂ、６Ｃ  電流検出器
７  ＰＷＭ制御部
１０  ベクトル制御器
１１Ａ，１１Ｂ  座標変換器
１２  速度演算器
４３，１３Ａ，１３Ｂ  減算器
１４  速度制御部
１５  励磁電流設定器
１６  電流制御部
１７  滑り周波数指令演算器
１８  加算器
１９、１９Ａ  積分器
２０  同一次元磁束オブザーバ
２１、２１Ａ  速度適応機構
２２Ａ、２２Ｂ  係数器
２３  加算器
２４  微分器
２５  減算器
２６  減算器
２７  切替ＳＷ
２８  乗算器
２９  加算器
３０  機構系
３１  ギア
３２  ドラム
３３  荷重
３４  位置決め用検出器
３５  ロープ
３６  滑車
１０１  ３相２相変換器
１０２  積分器
１０３  ２相３相変換器
１０４  インバータ
１０５  誘導電動機
１０７  主軸
１０８  回転位置検出器
１０９  センサレス速度検出部
１１０  位置・速度変換器
１１１  ハイパスフィルタ
１１２  ローパスフィルタ
１１３  加算器
１１４  比較器
１１５  切替器
１１６  リミッタ
１１７  電流制御器
１１８  磁束密度指令発生器
１１９  励磁電流指令発生器
１２０  減算器
１２１  ＰＩ増幅器
１２２、１２３  除算器
１２４  乗算器
１２５  加算器
１２６  直流電圧源
１２７  電流検出器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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