(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導電動機に電力を供給する電力変換器によりベクトル制御を行うインバータ制御装置において，前記誘導電動機の一次電圧を検出する電圧検出器と，該電動機の一次電流相当を検出する電流検出器と，該電動機の回転速度を検出する速度検出器と，前記電流検出器の一次電流情報の絶対値と設定したしきい値を比較する電流比較器と，該電流比較器の出力の状態から制御システムにフィードバックする速度情報を切り替える速度切替器と，前記電圧検出器の一次電圧情報と前記電流検出器の一次電流情報と前記電動機の電気回路定数とから前記電動機の回転速度を演算する第１速度演算器と，前記速度検出器から得た速度情報と前記第１速度演算器の演算速度情報から瞬時速度情報を得る第２速度演算器と，前記速度切替器の出力である演算速度情報が所定の速度指令値に追従するようにトルク指令値を生成する速度制御器と，前記トルク指令値と前記速度切替器の出力である演算速度情報から外乱トルク推定器を構成しこれを活用して前記電動機の回転速度を演算する第３速度演算器を具備したものであって，
該第３速度演算器の演算速度情報と前記第２速度演算器の演算速度情報を前記速度切替器に入力し，制御システムにフィードバックする速度情報として有効に切り替え活用することを特徴とするインバータ制御装置。
【請求項２】
誘導電動機に電力を供給する電力変換器によりベクトル制御を行うインバータ制御装置において，前記誘導電動機の一次電圧を検出する電圧検出器と，該電動機の一次電流相当を検出する電流検出器と，該電動機の回転速度を検出する速度検出器と，前記電流検出器の一次電流情報の絶対値と設定したしきい値を比較する電流比較器と，該電流比較器の出力に含まれる高周波信号を除去するフィルタ回路と,該フィルタ回路の出力の状態から制御システムにフィードバックする速度情報を切り替える速度切替器と，前記電圧検出器の一次電圧情報と前記電流検出器の一次電流情報と前記電動機の電気回路定数とから前記電動機の回転速度を演算する第１速度演算器と，前記速度検出器から得た速度情報と前記第１速度演算器の演算速度情報から瞬時速度情報を得る第２速度演算器と，前記速度切替器の出力である演算速度情報が所定の速度指令値に追従するようにトルク指令値を生成する速度制御器と，前記トルク指令値と前記速度切替器の出力である演算速度情報から外乱トルク推定器を構成しこれを活用して前記電動機の回転速度を演算する第３速度演算器を具備したものであって，
該第３速度演算器の演算速度情報と前記第２速度演算器の演算速度情報を前記速度切替器に入力し，制御システムにフィードバックする速度情報として前記フィルタ回路の出力に基づいてスムースに切り替え活用することを特徴とするインバータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，低分解能のパルス・ジェネレータ付き誘導電動機に係わり，特にインバータの速度制御システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のインバータの速度制御システムを以下に示す。
図７は従来技術の一例を示すブロック線図,図８は従来技術の二例を示すブロック線図である。
図７において，誘導電動機２に電力変換器１から電力が供給される。
トルク・磁束制御器６は，誘導電動機２のトルクＴと一次磁束φ１が所定のトルク指令値Ｔ＊と一次磁束指令値φ１＊に追従するように電力変換器１の出力を制御する一次電圧指令値ｖ１＊を出力する。
【０００３】
トルク・磁束制御器６に入力される誘導電動機２のトルクＴと一次磁束φ１は，トルク・磁束演算器９で演算される。トルク・磁束演算器９には電流検出器５の出力である誘導電動機２の一次電流ｉ１と，二次磁束演算器２０の出力である誘導電動機２の二次磁束φ２ｉが入力される。誘導電動機２の二次磁束φ２ｉは，電流検出器５の出力である誘導電動機２の一次電流ｉ１と速度検出器３の出力である誘導電動機２の回転速度ωｍを用いて二次磁束演算器２０で演算される。速度制御器１０は，誘導電動機２の回転速度ωｍが所定の速度指令値ωｍ＊に追従するようにトルク指令値Ｔ＊を制御する。
【０００４】
また，これを改良したものを図８に示すブロック線図であり，図８において，誘導電動機２に電力変換器１から電力が供給される。
トルク・磁束制御器６は，誘導電動機２のトルクＴと一次磁束φ１が所定のトルク指令値Ｔ＊と一次磁束指令値φ１＊に追従するように電力変換器１の出力を制御する一次電圧指令値ｖ１＊を出力する。トルク・磁束制御器６に入力される誘導電動機２のトルクＴと一次磁束φ１は，トルク・磁束演算器９で演算される。
【０００５】
トルク・磁束演算器９には電流検出器５の出力である誘導電動機２の一次電流ｉ１と，第１二次磁束演算器８の出力である誘導電動機２の二次磁束φ２ｉが入力される。誘導電動機２の二次磁束φ２ｉは，電流検出器５の出力である誘導電動機２の一次電流ｉ１と第２速度演算器１２の出力である演算速度ωｍ＾を用いて第１二次磁束演算器８で演算される。
速度制御器１０は，第２速度演算器１２の演算速度ωｍ＾が所定の速度指令値ωｍ＊に追従するようにトルク指令値Ｔ＊を制御する。誘導電動機２の二次磁束φ２は，電圧検出器４の出力である誘導電動機２の一次電圧ｖ１と電流検出器５の出力である誘導電動機２の一次電流ｉ１と第１二次磁束演算器８の演算二次磁束φ２ｉを用いて第２二次磁束演算器７で演算される。
【０００６】
第１速度演算器１１は，電流検出器５の出力である誘導電動機２の一次電流ｉ１と第２二次磁束演算器７の演算二次磁束φ２を用いて誘導電動機２の瞬時の回転速度を演算する。第２速度演算器１２は，速度検出器３の回転速度ωｍと第１速度演算器１１の演算速度ωｍｃを用いて該演算速度ωｍｃを補正する。第２速度演算器１２の演算速度ωｍ＾を速度制御器１０や第１二次磁束演算器８にフィードバックすることによって，速度検出器３からの速度情報が欠落する速度領域において安定な速度制御を実現する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述技術の第１二次磁束演算器８や速度制御器１０では，第２速度演算器１２の出力である演算速度ωｍ＾を用いている。また,第２速度演算器１２には速度検出器３の回転速度ωｍと第１速度演算器１１の演算速度ωｍｃが入力されている。
第１速度演算器１１の演算速度ωｍｃは，電流検出器５の一次電流ｉ１と第２二次磁束演算器７の演算二次磁束φ２を用いて演算される。そして，第２二次磁束演算器７の演算二次磁束φ２は，電圧検出器４の一次電圧ｖ１と電流検出器５の一次電流ｉ１と第１二次磁束演算器８の演算二次磁束φ２ｉを用いて演算される。誘導電動機２の一次電流ｉ１の大きさが零となる付近において，電圧検出器４の出力である一次電圧ｖ１に含まれる検出誤差が大きくなる。
【０００８】
この検出誤差によって第２二次磁束演算器７の演算二次磁束φ２に演算誤差を生じる。第２二次磁束演算器７の演算二次磁束φ２に生じた演算誤差によって，第１速度演算器１１の演算速度ωｍｃに演算誤差を生じ，同時に第２速度演算器１２の演算速度ωｍ＾にも演算誤差を生じる。演算誤差を生じた第２速度演算器１２の演算速度ωｍ＾が速度制御器１０や第１二次磁束演算器８にフィードバックされているので，安定で高精度な速度制御が困難となる。
本発明は上述した点に鑑みて創案されたもので、その目的とするところは，これらの課題を解消するインバータ制御装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
つまり、その目的を達成するための手段は、
１．請求項１において，
誘導電動機に電力を供給する電力変換器によりベクトル制御を行うインバータ制御装置において，前記誘導電動機の一次電圧相当を検出する電圧検出器と，該電動機の一次電流相当を検出する電流検出器と，該電動機の回転速度を検出する速度検出器と，前記電流検出器の一次電流情報の絶対値と設定したしきい値を比較する電流比較器と，該電流比較器の出力の状態から制御システムにフィードバックする速度情報を切り替える速度切替器と，前記電圧検出器の一次電圧情報と前記電流検出器の一次電流情報と前記電動機の電気回路定数とから前記電動機の回転速度を演算する第１速度演算器と，前記速度検出器から得た速度情報と前記第１速度演算器の演算速度情報から高品質な瞬時速度情報を得る第２速度演算器と，前記速度切替器の出力である演算速度情報が所定の速度指令値に追従するようにトルク指令値を生成する速度制御器と，前記トルク指令値と前記速度切替器の出力である演算速度情報から外乱トルク推定器を構成しこれを活用して前記電動機の回転速度を演算する第３速度演算器を具備したものであって，
該第３速度演算器の演算速度情報と前記第２速度演算器の演算速度情報を前記速度切替器に入力し，制御システムにフィードバックする速度情報として有効に切り替え活用することを特徴とするインバータ制御装置である。
【００１０】
すなわち、後述する図１に示すように，電流検出器５の一次電流ｉ１の絶対値と設定したしきい値ｉｔｈを比較する電流比較器１５と，該電流比較器１５の出力である変数ｓｗの状態によって速度制御器１０や第１二次磁束演算器８にフィードバックする速度情報を切り替える速度切替器１３と，速度制御器１０の出力であるトルク指令値Ｔ＊と速度切替器１３の出力である演算速度ω＾から誘導電動機２の回転速度を演算する第３速度演算器１４を具備するものである。
【００１１】
２．請求項２において,
誘導電動機に電力を供給する電力変換器によりベクトル制御を行うインバータ制御装置において，前記誘導電動機の一次電圧を検出する電圧検出器と，該電動機の一次電流相当を検出する電流検出器と，該電動機の回転速度を検出する速度検出器と，前記電流検出器の一次電流情報の絶対値と設定したしきい値を比較する電流比較器と，該電流比較器の出力に含まれる高周波信号を除去するフィルタ回路と,該フィルタ回路の出力の状態から制御システムにフィードバックする速度情報を切り替える速度切替器と，前記電圧検出器の一次電圧情報と前記電流検出器の一次電流情報と前記電動機の電気回路定数とから前記電動機の回転速度を演算する第１速度演算器と，前記速度検出器から得た速度情報と前記第１速度演算器の演算速度情報から高品質な瞬時速度情報を得る第２速度演算器と，前記速度切替器の出力である演算速度情報が所定の速度指令値に追従するようにトルク指令値を生成する速度制御器と，前記トルク指令値と前記速度切替器の出力である演算速度情報から外乱トルク推定器を構成しこれを活用して前記電動機の回転速度を演算する第３速度演算器を具備したものであって，
該第３速度演算器の演算速度情報と前記第２速度演算器の演算速度情報を前記速度切替器に入力し，制御システムにフィードバックする速度情報として前記フィルタ回路の出力に基づいてスムースに切り替え活用することを特徴とするインバータ制御装置である。
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳述する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の請求項１記載の一実施例を示すブロック線図であり，図１においては，速度切替器１３と第３速度演算器１４と電流比較器１５が具備されている点が従来の図８に示すものと異なっている。
電流比較器１５は，電流検出器５の一次電流ｉ１と設定したしきい値ｉｔｈを用いて，変数ｓｗの値を図２のフローチャートに従って決定する。
【００１３】
図２において，ｉｕ，ｉｖ，ｉｗはそれぞれ一次電流ｉ１のｕ相電流，ｖ相電流，ｗ相電流を表す。電流検出器５の一次電流ｉ１の全相の絶対値｜ｉｕ｜，｜ｉｖ｜，｜ｉｗ｜が設定したしきい値ｉｔｈ以上のときは，変数ｓｗに例えば定数４０９６を代入する。｜ｉｕ｜，｜ｉｖ｜，｜ｉｗ｜のうち一つでも設定したしきい値ｉｔｈより小さければ変数ｓｗに例えば定数２０４８を代入する。
図２のフローチャートにおいては，変数ｓｗの値を２０４８と４０９６に設定するようにしたが，異なる二つの値を任意に設定する。
【００１４】
第３速度演算器１４は速度制御器１０のトルク指令値Ｔ＊と電流比較器１５の変数ｓｗと速度切替器１３の演算速度ω＾と速度検出器３の回転速度ωｍを用いて，演算速度ωｍｄを図３のブロック線図に示すように求める。
図３のブロック線図において，外乱トルク推定器１６は速度制御器１０のトルク指令値Ｔ＊と速度切替器１３の演算速度ω＾を用いて，外乱トルク推定値Ｔｄ＾を（１）式に示す
Ｔｄ＾＝｛（Ｔ＊）−Ｊ・ｐ（ω＾）｝／（ｐ・Ｔｃ＋１）    （１）
より求める。
ここでｐ（）は（）内量の時間微分を表し，Ｊは慣性モーメントである。また，１／（ｐ・Ｔｃ＋１）は一次遅れフィルタを表し，Ｔｃはフィルタ時定数である。
【００１５】
記憶装置１７はスイッチｓｗ２が開いたとき，スイッチｓｗ２が開く直前の外乱トルク推定器１６の出力である外乱トルク推定値Ｔｄ＾を記憶保持する。
スイッチｓｗ２が閉じているときは，記憶装置１７の出力であるＴｄ＾ｍｅｍはサンプリング周期毎に外乱トルク推定器１６の外乱トルク推定値Ｔｄ＾を出力する。
スイッチｓｗ２は電流比較器１５の変数ｓｗの値によって開閉する。スイッチｓｗ２は電流比較器１５の変数ｓｗの値が前記２０４８のときに開き，前記４０９６のときに閉じる。
つまり，電流検出器５の一次電流ｉ１の全相の絶対値｜ｉｕ｜，｜ｉｖ｜，｜ｉｗ｜が設定したしきい値ｉｔｈ以上のときはスイッチｓｗ２は閉じており，｜ｉｕ｜，｜ｉｖ｜，｜ｉｗ｜のうち一つでも設定したしきい値ｉｔｈより小さければスイッチｓｗ２は開いて外乱トルク推定器１６の外乱トルク推定値Ｔｄ＾を記憶装置１７に記憶保持する。
【００１６】
第４速度演算器１８は速度制御器１０のトルク指令値Ｔ＊と記憶装置１７の出力であるＴｄ＾ｍｅｍと速度検出器３の回転速度ωｍを用いて，演算速度ωｍｄを（２）式に示す
ωｍｄ＝１／Ｊ・∫｛（Ｔ＊）−Ｔｄ＾ｍｅｍ｝ｄｔ      （２）
より求める。
パルス・ジェネレータからパルスが発生したときに，（２）式の積分初期値を速度検出器３の回転速度ωｍに修正する。
第４速度演算器１８の出力である演算速度ωｍｄが第３速度演算器１４の出力になる。速度切替器１３は第２速度演算器１２の演算速度ωｍ＾と第３速度演算器１４の出力である演算速度ωｍｄと電流比較器１５の変数ｓｗを用いて，演算速度ω＾を図４に示すように求める。
【００１７】
図４において，電流比較器１５の変数ｓｗの値が２０４８のとき，つまり，電流検出器５の一次電流ｉ１の全相の絶対値｜ｉｕ｜，｜ｉｖ｜，｜ｉｗ｜のうち一つでも設定したしきい値ｉｔｈより小さければスイッチｓｗ１が第３速度演算器１４の演算速度ωｍｄ側に切り替わり，速度切替器１３の演算速度ω＾は第３速度演算器１４の演算速度ωｍｄを出力する。
電流比較器１５の変数ｓｗの値が４０９６のとき，つまり，｜ｉｕ｜，｜ｉｖ｜，｜ｉｗ｜が設定したしきい値ｉｔｈ以上のときはスイッチｓｗ１が第２速度演算器１２の演算速度ωｍ＾側に切り替わり，速度切替器１３の演算速度ω＾は第２速度演算器１２の演算速度ωｍ＾を出力する。
【００１８】
誘導電動機２の一次電流ｉ１の大きさが零となる付近，つまり，電流検出器５の一次電流ｉ１の全相の絶対値｜ｉｕ｜，｜ｉｖ｜，｜ｉｗ｜のうち一つでも設定したしきい値ｉｔｈより小さくなるときにおいて，電圧検出器４の一次電圧ｖ１に含まれる検出誤差によって演算誤差を生じた第２速度演算器１２の演算速度ωｍ＾の代わりに第３速度演算器１４の演算速度ωｍｄを速度制御器１０や第１二次磁束演算器８にフィードバックする。
【００１９】
第３速度演算器１４の演算速度ωｍｄには電圧検出器４の一次電圧ｖ１に含まれる検出誤差の影響がないので，安定で高精度な速度制御が実現できる。また，第３速度演算器１４の演算速度ωｍｄは誘導電動機２の一次電流ｉ１の大きさが零となる付近において，実外乱トルクが変動しないと仮定して演算されている。従って，実外乱トルクの変動により外乱トルク推定器１６の外乱トルク推定値Ｔｄ＾に生じた推定誤差によって第３速度演算器１４の演算速度ωｍｄに演算誤差を生じる。パルス・ジェネレータからパルスが発生したときに，（２）式の積分初期値を速度検出器３の回転速度ωｍに修正することによって，実外乱トルクの変動により第３速度演算器１４の演算速度ωｍｄに生じる演算誤差の低減を図っている。
【００２０】
次に,請求項１を改良したものが請求項２である。
すなわち,請求項１においては,電流検出器５の一次電流ｉ１の絶対値が設定したしきい値ｉｔｈより小さければ変数ＳＷは２０４８を出力し,電流検出器５の一次電流ｉ１の絶対値が設定したしきい値ｉｔｈ以上であれば４０９６を出力する。
電流比較器１５の変数ＳＷが２０４８のとき,速度切替器１３では第３速度演算器１４の演算速度ωｍｄを速度制御器１０や第１二次磁束演算器８にフィードバックし,第３速度演算器１４では外乱トルク推定値を記憶装置に記憶保持している。
電流比較器１５の変数ＳＷが４０９６のとき,速度切替器１３では第２速度演算器１２の演算速度ωｍ＾を速度制御器１０や第１二次磁束演算器８にフィードバックし,第３速度演算器１４では外乱トルク推定値の記憶装置への記憶保持を行なわない。
【００２１】
実際,誘導電動機２の一次電流ｉ１にはノイズ成分が存在するので，誘導電動機２の一次電流ｉ１の大きさが設定したしきい値ｉｔｈとなる付近において, 電流比較器１５の変数ＳＷは任意に設定した二つの値を交互に出力する。従って，速度切替器１３では速度制御器１０や第１二次磁束演算器８にフィードバックする速度情報の切り替えをスムースに行なうことができない。
また,第３速度演算器１４では外乱トルク推定値の記憶装置への記憶保持をスムースに行なうことができない。誘導電動機２の一次電流ｉ１の大きさが設定したしきい値ｉｔｈとなる付近においては,電流比較器１５の変数ＳＷによって速度切替器１３や第３速度演算器１４を安定に制御することが困難であり，速度制御特性の劣化につながる。以下，これらの点を解消した構成について説明する。
【００２２】
図５は本発明の請求項２記載の一実施例を示すブロック線図であり,図１と異なる点はフィルタ回路１９を備えていることにある。
フィルタ回路１９は電流比較器１５の変数ＳＷを用いて,変数ＳＷｆを次の式により求める。
ＳＷｆ＝ＳＷ／（ｐ＊ＴＳＷ＋１）                （３）
ここで,ｐは時間微分を表す。また,1／（ｐ＊ＴＳＷ＋１）は一次遅れフィルタを表し, ＴＳＷはフィルタ時定数である。
【００２３】
図６（ａ）,（ｂ）は図５の電流比較器の変数とフィルタ回路の変数の様子を示す特性図であり,図６においては誘導電動機２の一次電流ｉ１のある相の大きさが設定したしきい値ｉｔｈとなる付近での電流比較器１５の変数ＳＷとフィルタ回路１９の出力である変数ＳＷｆの様子を示し,前記しきい値ｉｔｈよりも大きい状態から小さい状態へ移行したときを表している。
【００２４】
誘導電動機２の一次電流ｉ１にはノイズ成分が存在するので,誘導電動機２の一次電流ｉ１の大きさが設定したしきい値ｉｔｈとなる付近において,電流比較器１５の変数ＳＷは任意に設定した二つの値,４０９６と２０４８を交互に出力する。
フィルタ回路１９の変数ＳＷｆは,電流比較器１５の変数ＳＷを（１）式で示す一次遅れフィルタに通過させた出力であり，図６（ｂ）に示すように,滑らかに変化している。
電流比較器１５の変数ＳＷを用いて速度切替器１３や第３速度演算器１４を制御した場合において，速度切替器１３では速度制御器１０や第１二次磁束演算器８にフィードバックする速度情報の切り替えをスムースに行なうことができない。また,第３速度演算器１４では外乱トルク推定値の記憶装置への記憶保持をスムースに行なうことができない。
【００２５】
フィルタ回路１９の変数ＳＷｆを制御した場合において,変数ＳＷｆの値が４０９６のとき,速度切替器１３では第２速度演算器１２の演算速度ωｍ^を速度制御器１０や第１二次磁束演算器８にフィードバックする。
第３速度演算器１４では外乱トルク推定値の記憶装置への記憶保持を行なわないようにすると,変数ＳＷｆの値が４０９６から外れた段階で,速度切替器１３では第３速度演算器１４の演算速度ωｍｄを速度制御器１０や第１二次磁束演算器８へフィードバックし,第３速度演算器１４では外乱トルク推定値を記憶装置に記憶保持する。
【００２６】
従って，速度切替器１３では速度制御器１０や第１二次磁束演算器８にフィードバックする速度情報の切り替えをスムースに行なうことができる。また,第３速度演算器１４では外乱トルク推定値の記憶装置への記憶保持をスムースに行なうことができる。
誘導電動機２の一次電流ｉ１の大きさが設定したしきい値ｉｔｈとなる付近において,フィルタ回路１９の変数ＳＷｆを速度切替器１３や第３速度演算器１４の制御に用いることによって,速度制御特性の劣化を防ぐことができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば，誘導電動機２の一次電流ｉ１の大きさが零となる付近，つまり，電流検出器５の一次電流ｉ１の全相の絶対値｜ｉｕ｜，｜ｉｖ｜，｜ｉｗ｜のうち一つでも設定したしきい値ｉｔｈより小さくなるときにおいて，電圧検出器４の一次電圧ｖ１に含まれる検出誤差によって演算誤差を生じた第２速度演算器１２の演算速度ωｍ＾の代わりに，第３速度演算器１４の演算速度ωｍｄを速度制御器１０や第１二次磁束演算器８にフィードバックすることによって，安定で高精度な速度制御が実現でき，またフィルタ回路を設けたことによって速度制御特性の劣化を防ぐことができ,実用上、極めて有用性の高いものである。
なお,本詳細説明は理解を容易にするために第１，第２，第３速度演算器を具備する構成で説明したが，請求項１又は２に記載の第２速度演算器はなくても本発明は有効に機能することは当然である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の請求項１記載の一実施例を示すブロック線図である。
【図２】図１の電流比較器を説明するためのフローチャートである。
【図３】図１の第３速度演算器の詳細図である。
【図４】図１の速度切替器の詳細図である。
【図５】本発明の請求項２記載の一実施例を示すブロック線図である。
【図６】図５の電流比較器の変数とフィルタ回路の変数の様子を示す特性図である。
【図７】従来の１例を示すブロック線図である。
【図８】従来の２例を示すブロック線図である。
【符号の説明】
１    電力変換器
２    誘導電動機
３    速度検出器
４    電圧検出器
５    電流検出器
６    トルク・磁束制御器
７    第２二次磁束演算器
８    第１二次磁束演算器
９    トルク・磁束演算器
１０  速度制御器
１１  第１速度演算器
１２  第２速度演算器
１３  速度切替器
１４  第３速度演算器
１５  電流比較器
１６  外乱トルク推定器
１７  記憶装置
１８  第４速度演算器
１９  フィルタ回路
２０  二次磁束演算器
【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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【図７】
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【図８】
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