(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
速度制御アンプの比例積分演算結果に応じて、モータをゼロ速度領域を含めて可変速制御する速度制御系と、
モータの速度制御状態が通常運転速度領域にある場合はモータのロータ位置検出信号を１制御周期だけ保持し、ゼロ速度領域にある場合はゼロ速度領域になる前の位置信号を保持し続ける保持回路と、
前記モータのロータ位置検出信号と、前記保持回路の保持信号との偏差を固定のゲインで増幅した位置補償トルク信号を得、この位置補償トルク信号を前記速度制御アンプの出力に加算する位置補償アンプとを備えたモータの可変速制御装置において、
ゼロ速度領域の速度制御の開始で、前記位置補償トルク信号が負荷分トルクに近い値になったときに負荷分トルク確立と判定し、この判定で前期保持回路の位置信号保持をロータ位置検出信号側に切り換える負荷トルク確立判定手段を備え、
負荷トルク確立判定手段は、
前記ロータ位置検出信号と前記保持回路の保持信号との位置偏差信号を入力とし、その平均化処理する平均化処理回路と、
前記平均化処理回路を通した位置偏差信号の変動が所定の安定判別幅以内になり、かつ所定の安定判別時間以上継続するときに負荷分トルクが確立したと判別する負荷トルク確立判定部と、
を備えたことを特徴とする記載のモータの可変速制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの可変速制御装置に係り、特にゼロ速度（停止または極低速）領域の位置制御およびゼロ速度運転から通常運転への切換制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
図３はモータの可変速制御装置の構成図を示し、位置型速度制御の場合である。ＰＭモータ１はインバータなどの電力変換器２の出力（周波数と電圧制御した出力）によって可変速駆動される。電力変換器２の出力制御は、速度指令とモータ速度検出信号との偏差を速度制御アンプ３によって比例積分（ＰＩ）演算を行い、この演算結果をトルクリミッタ４で制限し、このトルク指令に対応する電流指令に電流指令演算器５で変換し、この電流指令とモータ電流検出信号との偏差を電流制御アンプ６によって比例積分演算し、この演算結果で電力変換器２の出力を制御する。
【０００３】
モータ速度の検出は、エンコーダ７のパルス出力から、位相検出部８でモータのロータ回転位置を位相（位置）として検出し、この回転位置の時間変化から速度検出部９により速度を検出する。
【０００４】
図３の装置でエレベータ用モータを可変速制御する場合、エレベータ停止中はモータがブレーキで固定されており、運転指令が入力されるとモータのブレーキが開放される。従来は、ブレーキ開放後にエレベータのカゴ位置が変動しないように（カゴが上がったり下がったりしないように）、荷重センサより得られる必要トルク情報に応じてブレーキ開放前から、カゴ内の積載量に応じて適したトルクを出力していた。
【０００５】
エレベータシステムから荷重センサを取り除いた荷重センサレス装置に構成した場合、ブレーキ開放時にゼロ速度制御を行う必要があるが、従来のＰＩ制御のみでゼロ速度制御を行う場合には、極低速ではエンコーダからの位相情報が少ないために極低速域にて制御系が振動し、さらに比例ゲインや積分ゲインを大きくすることができず、結果としてモータ速度をゼロ速度に維持できないという問題があった。特に、エレベータやホイストのような昇降機においては、ブレーキを開放した直後にゼロ速度を保てないためにカゴや荷が下がってしまう。
【０００６】
このため、従来のエレベータ等では機械ブレーキによる制動と停止を得る方式、または電気的なトルク制御や位置制御でブレーキ動作を得る方式としている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−３２８２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記のように、速度制御系で速度制御した場合、ゼロ速度で保持したい場合に制御ゲインを大きくできず、十分な制御性能が得られない。この対策として、特許文献１のように、ゼロ速度領域では位置制御でブレーキ動作を得るようにしている。
【０００８】
また、特許文献１では位置制御とリミッタの関係について記載されているが、実際にはゼロ速度の保持制御とその後の速度制御との連動性が重要となる。つまり、エレベータを例に取ると、ブレーキを開放した直後はゼロ速度を保持し、その後目的の階まで速度制御にて運転する必要があり、これらの制御間をスムースに移行できる必要がある。さらに、速度制御の積分項が振動の１つの要因となっており、これを解決する必要がある。
【０００９】
上記のゼロ速度領域での持続的な振動抑制、ゼロ速度領域から通常運転領域へのスムースな移行ができる方式として、速度の積分動作を「位置の比例制御（位置制御）」に切り換える方式を本出願人は既に提案している。
【００１０】
この方式の一例を図４に示し、ゼロ速度制御時には速度のＰＩ制御から「位置制御」に切り換える制御である。同図において、保持回路１０は、ゼロ速度制御時と通常運転時での速度を保持スイッチで切り換え、モータの速度制御状態が通常運転速度領域にある場合はモータのロータ位置検出信号をバッファ（Ｚ-1）で１制御周期だけ保持し、ゼロ速度領域にある場合はゼロ速度領域になる前の位置信号を保持し続ける。位置補償アンプ１１は、モータのロータ位置検出信号と、保持回路１０の保持信号との偏差を固定のゲインで増幅した位置補償トルク信号を得、この位置補償トルク信号を速度制御アンプ３の出力になるトルク指令に加算する。通常運転時には保持回路１０のバッファ（Ｚ-1）を更新することで、位置制御の出力トルクが変化しない。ゼロ速度判定部１２は、速度検出値を閾値と比較してゼロ速度と通常運転の判定を行い、保持回路１０の保持スイッチ制御で位置情報を切り換える。
【００１１】
なお、ゼロ速度制御中には、速度制御アンプ３の積分項の積分バッファ（Ｚ-1）は、位置補償アンプ１１が位置補償トルク信号を発生しているときはリセットされており、ゼロ速度から通常運転に移行するときに、移行前の位置補償トルク信号を積分バッファに加算して移行時のトルク急変を防止する。
【００１２】
以上の制御により、ゼロ速度制御時の速度制御性能を向上させることができ、エレベータに適用した時には荷重センサが無い場合でも、ブレーキ開放後に例えば１００ｍｓ間で必要なトルクを出力することができ、カゴ位置の変動を抑制できる。
【００１３】
ここで、ゼロ速度判定部１２は、ゼロ速度制御と通常運転の判定を、速度検出部から得る速度検出値と閾値（例えば、ゼロ速度と判定する速度検出値）を大小比較することにより行っている。
【００１４】
しかし、この制御が適用される極低速域（制御周期間にエンコーダのパルスが１回程度あるいは全く発生しない速度領域）では、エンコーダのパルス数が少ないことにより速度を正確に検出することができない（パルス数と時刻から正確な演算ができない）。例えば、エンコーダパルスが発生しなくなるとその後の速度は正確に計測できなくなる。
【００１５】
したがって、実際にモータが閾値速度以下あるいは停止状態になってから、速度検出が閾値以下、あるいはゼロ速度と判定するまでにはタイムギャップが生じる。この様子を図５に示し、大きなタイムギャップＴＧが生じる。
【００１６】
このような場合、ブレーキ開放後に位置制御によってカゴの停止を保持させる負荷分トルクが確立してモータがゼロ速度になってから、速度検出を閾値以下と判定して通常運転に移行するまでの間にトルク振動が発生し、位置の揺れが発生するという問題がある。
【００１７】
この位置揺れは、エンコーダからの位相検出信号がわずかでも変動するとトルクを出力し、また比例制御であるためそれがトルク指令の変動を招くことによる。この時のトルク／速度の波形例を図６に示す。
【００１８】
同図のゼロ速度領域での振動を無くすためには、位置制御によって負荷分トルクが確立してからすぐに通常運転に移行すればよい。また、位置制御におけるゼロ速度制御時間の決定には、速度検出値を閾値と判別するという方法の他には、「ゼロ速度制御の時間」をパラメータで設定するという方法もあるが、これらの方法ではゼロ速度制御時間を個々のエレベータ毎に手動設定しなければならない、という問題がある。
【００１９】
また、負荷分トルクが確立するまでの時間は、その時のエレベータのカゴ内荷重によって異なり、荷重センサが無いシステムではエレベータの荷重はわからない。このため、ゼロ速度制御と通常運転を切換える時間を、手動で最適設定することは困難であった。
【００２０】
本発明の目的は、ゼロ速度領域における位置制御のトルク振動を抑制し、しかもゼロ速度制御から通常運転への切り換えが確実、迅速になるモータの可変速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】
【００２１】
本発明は、前記の課題を解決するため、ゼロ速度制御開始で保持回路が保持するゼロ速度位置と現在位置との差分を位置補償トルクに相当するものとして監視し、このゼロ速度制御開始時の位置と現在位置の差分値に平均化処理を行った信号が所定の「安定判別幅」以内になって、かつ所定の「安定判別時間」以上継続するときに負荷分トルクが確立したと判別し、この判別で通常運転に切換えるようにしたもので、以下の構成を特徴とする。
【００２２】
（１）速度制御アンプの比例積分演算結果に応じて、モータをゼロ速度領域を含めて可変速制御する速度制御系と、
モータの速度制御状態が通常運転速度領域にある場合はモータのロータ位置検出信号を１制御周期だけ保持し、ゼロ速度領域にある場合はゼロ速度領域になる前の位置信号を保持し続ける保持回路と、
前記モータのロータ位置検出信号と、前記保持回路の保持信号との偏差を固定のゲインで増幅した位置補償トルク信号を得、この位置補償トルク信号を前記速度制御アンプの出力に加算する位置補償アンプとを備えたモータの可変速制御装置において、
ゼロ速度領域の速度制御の開始で、前記位置補償トルク信号が負荷分トルクに近い値になったときに負荷分トルク確立と判定し、この判定で前期保持回路の位置信号保持をロータ位置検出信号側に切り換える負荷トルク確立判定手段を備えたことを特徴とする。
【００２３】
（２）負荷トルク確立判定手段は、
前記ロータ位置検出信号と前記保持回路の保持信号との位置偏差信号を入力とし、その平均化処理する平均化処理回路と、
前記平均化処理回路を通した位置偏差信号の変動が所定の「安定判別幅」以内になり、かつ所定の「安定判別時間」以上継続するときに負荷分トルクが確立したと判別する負荷トルク確立判定部と、
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
以上のとおり、本発明によれば、ゼロ速度制御開始で保持回路が保持するゼロ速度位置と現在位置との差分を位置補償トルクに相当するものとして監視し、このゼロ速度制御開始時の位置と現在位置の差分値に平均化処理を行った信号が所定の「安定判別幅」以内になって、かつ所定の「安定判別時間」以上継続するときに負荷分トルクが確立したと判別し、この判別で通常運転に切換えるようにしたため、ゼロ速度領域における位置制御のトルク振動を抑制し、しかもゼロ速度制御から通常運転への切り換えが確実、迅速になる。
【００２５】
具体的には、位置の情報に基づいて負荷トルク確立の判定を行うことで、速度検出と閾値を大小比較する方法よりも正確にゼロ速度状態を判別できるので、自動で通常運転に入ることができる。
【００２６】
また、正確に負荷分トルク確立を判別して速やかにゼロ速度制御から通常速度制御へ切換えることにより、ゼロ速度制御期間中のトルク振動の発生期間を最小限に抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１は、本発明の実施形態を示すモータの可変速制御装置の構成図である。同図が図４と異なる部分は、ゼロ速度判定部１２に代えて、ローパスフィルタ１３と、負荷トルク確立判定部１４を備えた点にある。
【００２８】
ローパスフィルタ１３は、位置補償アンプ１１の入力信号になるＡ点の位置偏差信号を入力とし、その平均化処理で位置偏差信号に含まれる振動成分を除去する。負荷トルク確立判定部１４は、ローパスフィルタ１３を通した位置偏差信号が安定したか否かを監視し、安定したときに負荷分トルクが確立したと判別し、保持回路１０を通常運転側に切り替える。
【００２９】
この構成によるゼロ速度制御時のトルク指令／負荷トルク判別は、その波形例を図２に示すように、速度制御系の速度指令をゼロ速度にしてモータが回転停止したときにゼロ速度制御を開始し、保持回路１０の出力はゼロ速度制御開始時の位置信号に保持される。この後、ブレーキ開放で、位置信号に対してモータにかかる負荷分トルクで現在位置が変化しようとすると、位置補償アンプ１１がこの位置偏差分に比例した量のトルク指令を発生し、このトルク指令は負荷分トルクに近いＰ１点まで急速に上昇する。この期間の位置偏差信号は大きく変化するため、負荷トルク確立判定部１４は安定判別をすることはない。
【００３０】
この後、Ｐ１点からは位置偏差に現れるトルク振動成分をローパスフィルタ１３で抑制し、この抑制した位置偏差信号が負荷トルク確立判定部１４の安定判別幅内になるときに保持回路１０の入力を現在の位置検出信号に切り替え、通常運転を開始する。
【００３１】
以上のように、本実施形態では、位置制御時のトルク指令値は振動的になる場合があり、その結果モータの軸位置が振動してこの「位置の差分値」も振動的になる場合があるので、この値にローパスフィルタを挿入した信号を、負荷トルク確立判別に使用することで、速度検出と閾値を大小比較する方法よりも正確にゼロ速度状態を判別できるので、自動で通常運転に入ることができる。
【００３２】
また、負荷トルク確立判別信号の変動が所定の「安定判別幅」以内になって、かつ所定の「安定判別時間」以上継続するときに、負荷分トルクが出力されたと判定して速やかにゼロ速度制御から通常運転に移行する。これによりトルク振動の発生期間を最小限に抑えて通常運転に移行することができる。
【００３３】
なお、「安定判別幅」と「安定判別時間」は固定値としてもよいし、パラメータとして値を変更可能としても良い。また、上記の例では「トルク確立判別信号」は、位置の差分値にローパスフィルタを挿入した値を用いたが、移動平均処理等の、トルク指令値を滑らかにして誤判定を防ぐような手法を用いた信号でも良い。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態を示すモータの可変速制御装置の構成図。
【図２】ゼロ速度制御時のトルク指令／負荷トルク判別の波形例。
【図３】従来のモータの可変速制御装置の構成図。
【図４】速度／位置制御の切替例。
【図５】閾値と実際の速度のタイムギャップの例。
【図６】ゼロ速度制御時のトルク指令／速度の波形例。
【符号の説明】
【００３５】
１  モータ
２  電力変換器
３  速度制御アンプ
６  電流制御アンプ
７  エンコーダ
８  位相検出部
９  速度検出部
１０  保持回路
１１  位置補償アンプ
１２  ゼロ速度判定部
１３  ローパスフィルタ
１４  負荷トルク確立判定部
【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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