(57)【要約】【課題】電動機回転速度の加速・減速に伴う界磁の応答遅れに起因したトルク偏差が発生するのを補償できる可変速駆動装置の制御方法を提供する。【解決手段】界磁応答遅れ分の測定もしくは演算により加減速中の界磁応答遅れに起因するトルク偏差の比率を式１により演算し、この演算により求まった比率および測定により求められた界磁応答の時定数から式２によりトルク偏差補償値を求め、求めたトルク偏差補償値を前記トルク指令に加算するようにした。Ｒ＝Ｂ÷Ａ（式１）。Ｒ：トルク偏差の比率、Ａ：定トルク領域でのトルク指令、Ｂ：定出力領域でのトルク偏差。Ｔｃｏｍｐ＝Ｔｒｅｆ×Ｒ×１／（１＋Ｔｓ）（式２）。Ｔｃｏｍｐ：トルク偏差補償値、Ｔｒｅｆ：トルク指令、Ｔ：界磁応答遅れ時定数、ｓ：ラプラス演算子。【選択図】図２
2007336741.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
界磁弱め制御による定出力特性を有する交流ベクトル制御電動機と、前記交流ベクトル制御電動機を駆動するベクトルインバータと、前記ベクトルインバータに対する速度指令・トルク指令を演算処理するコントローラとを備えた交流可変速駆動装置の制御方法において、
界磁応答遅れ分の測定もしくは演算により加減速中の界磁応答遅れに起因するトルク偏差の比率を式１により演算し、前記演算により求まった比率および測定により求められた界磁応答の時定数から式２によりトルク偏差補償値を求め、求めたトルク偏差補償値を前記トルク指令に加算することを特徴とする可変速駆動装置の制御方法。
Ｒ＝Ｂ÷Ａ  ・・・・・（式１）
ここで、Ｒ：トルク偏差の比率、
Ａ：定トルク領域でのトルク指令、
Ｂ：定出力領域でのトルク偏差。
Ｔｃｏｍｐ＝Ｔｒｅｆ×Ｒ×１／（１＋Ｔｓ）      ・・・（式２）
ここで、Ｔｃｏｍｐ：トルク偏差補償値、
Ｔｒｅｆ：トルク指令、
Ｔ：界磁応答遅れ時定数
ｓ：ラプラス演算子。
【請求項２】
界磁弱め制御による定出力特性を有する直流電動機と、前記直流電動機を駆動するサイリスタ装置と、界磁を制御するサイリスタエキサイタ装置と、サイリスタ装置およびサイリスタエキサイタ装置に対する速度指令・トルク指令を演算処理するコントローラとを備えた直流可変速駆動装置の制御方法において、
界磁応答遅れ分の測定もしくは演算により加減速中の界磁応答遅れに起因するトルク偏差の比率を式１により演算し、前記演算により求まった比率および測定により求められた界磁応答の時定数から式２によりトルク偏差補償値を求め、求めたトルク偏差補償値を前記トルク指令に加算することを特徴とする可変速駆動装置の制御方法。
Ｒ＝Ｂ÷Ａ  ・・・・・（式１）
ここで、Ｒ：トルク偏差の比率、
Ａ：定トルク領域でのトルク指令、
Ｂ：定出力領域でのトルク偏差。
Ｔｃｏｍｐ＝Ｔｒｅｆ×Ｒ×１／（１＋Ｔｓ）      ・・・（式２）
ここで、Ｔｃｏｍｐ：トルク偏差補償値、
Ｔｒｅｆ：トルク指令、
Ｔ：界磁応答遅れ時定数
ｓ：ラプラス演算子。
【請求項３】
交流ベクトル制御電動機を駆動するベクトルインバータと、前記ベクトルインバータに対する速度指令・トルク指令を演算処理するコントローラとを備えた交流可変速駆動装置において、
加減速中の界磁応答遅れに起因するトルク偏差補償値を演算するトルク偏差補償値演算回路と、前記トルク偏差補償値演算回路の演算により求まったトルク偏差補償値を前記トルク指令に加算するトルク偏差補償値加算回路を備えたことを特徴とする可変速駆動装置。
【請求項４】
直流電動機を駆動するサイリスタ装置と、界磁を制御するサイリスタエキサイタ装置と、前記サイリスタ装置および前記サイリスタエキサイタ装置に対する速度指令・トルク指令を演算処理するコントローラとを備えた直流可変速駆動装置において、
加減速中の界磁応答遅れに起因するトルク偏差補償値を演算するトルク偏差補償値演算回路と、前記トルク偏差補償値演算回路の演算により求まったトルク偏差補償値を前記トルク指令に加算するトルク偏差補償値加算回路を備えたことを特徴とする可変速駆動装置。
【請求項５】
前記トルク偏差補償値演算回路は、トルク偏差の比率を式１により演算し、前記演算により求まった比率および測定により求められた界磁応答の時定数から式２によりトルク偏差補償値を求めることを特徴とする請求項３または４記載の可変速駆動装置。
Ｒ＝Ｂ÷Ａ  ・・・・・（式１）
ここで、Ｒ：トルク偏差の比率、
Ａ：定トルク領域でのトルク指令、
Ｂ：定出力領域でのトルク偏差。
Ｔｃｏｍｐ＝Ｔｒｅｆ×Ｒ×１／（１＋Ｔｓ）      ・・・（式２）
ここで、Ｔｃｏｍｐ：トルク偏差補償値、
Ｔｒｅｆ：トルク指令、
Ｔ：界磁応答遅れ時定数
ｓ：ラプラス演算子。
【請求項６】
加減速中の界磁弱め制御をするリールまたはワインダの巻き取りに請求項５記載の可変速駆動装置を用いたことを特徴とする巻き取り装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電動機を可変速駆動する交流可変速駆動装置および直流電動機を可変速駆動する直流可変速駆動装置と、その制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
実トルクとトルク指令にトルク偏差が生じた場合等に、そのトルク偏差を補償することは従来より種々の方法で行われている（例えば、特許文献１〜３参照）。
特許文献１記載の発明は、出力電圧（電動機印加電圧）飽和時のトルク補償方法に関し、励磁電流指令を減じることで出力電圧を下げ、代わりにトルク分電流指令を増すことで、所要のトルクを確保しようとするものである。すなわち、出力電圧の飽和に伴うトルク減少をトルク電流指令・磁束電流指令に対する補償により改善しようとするものである。
また、特許文献２記載の発明は、界磁用永久磁石と界磁巻線により構成される電動機で、温度上昇に伴う減磁に起因するトルク低下を温度−磁束テーブルにより補償したり、また、ｄｑ座標系モデルにより電圧・電流指令もしくは電流実績を基に、現在磁束を求め、トルク減少分を補償するものである。すなわち、巻線温度の上昇に伴う減磁によるトルク低下をトルク電流指令・磁束電流指令に対する補償により改善しようとするものである。
また、特許文献３記載の発明は、界磁用永久磁石と界磁巻線により構成される電動機で、温度上昇に伴う減磁に起因するトルク低下を、温度センサによる温度検出値と温度−磁束テーブルを用いて、界磁電流指令またはトルク電流指令を補正し、トルク特性を改善するものであり、さらに、ｄｑ座標系モデルにより電圧・電流指令もしくは電流実績を基に現在磁束を求め、トルク減少分を補償するものである。すなわち、巻線温度の上昇に伴う減磁によるトルク低下をトルク電流指令・磁束電流指令に対する補償により改善しようとするものである。
しかしながら、特許文献１〜３記載の発明は、いずれも可変速装置では、定出力回転速度領域で界磁弱めにより定出力特性を得る場合、加減速運転中に界磁の応答が回転速度変化に追いつかず、発生する実トルクとトルク指令にトルク偏差が生じる、と言う問題点に言及していなかった。
【特許文献１】特開平９−２６６７００号公報
【特許文献２】特開平９−５１７００号公報
【特許文献３】特開平８−３３１９００号公報
【０００３】
図５は、従来方式での加減速中の界磁応答とトルク特性を示す図で、（ａ）は速度指令の線図、（ｂ）は界磁応答の線図、（ｃ）はトルク特性の線図である。（ａ）において、回転速度指令１が目標回転速度までランプ関数的に増加する。このとき、インバータ内部もしくは外部からの界磁指令３は、（ｂ）に示すように、回転速度が基底速度２を超過すると、定出力制御を行うため回転速度に反比例して弱まるよう制御されている。界磁弱めの量は回転速度の反比例以外の場合もある。本出願人は、図５の場合において、点線で示す実際の界磁応答４が実線で示す界磁指令３に対して遅れて応答していることに気がついた。そしてこの遅れ応答の結果、（ｃ）で示すように、実線で示すトルク指令５に対してインバータ内部のトルク指令６が減少しており、トルク偏差７が生じることが判った。
すなわち、界磁の偏差が生じた分、電動機出力軸に発生するトルクは大きな値となるため、電動機が回転速度指令１に従って速度制御されている場合、図５のトルク指令５とインバータ内部のトルク指令６の間にトルク偏差７が生じたのである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の定出力制御方法では、界磁が速度指令に遅れなく応答するものとしてトルク指令を出力しているため、上述の如く加減速中の界磁応答に遅れが生じると、トルク指令に対して実際に発生するトルクとの間に偏差が生じるので、特にトルク制御を行う場合トルクが指令通りの値とならず、張力制御に適用される場合であれば、張力変動を生じるという問題があった。
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、駆動装置内に特別な機能を設けなくても、簡易な方法により界磁応答遅れ分により発生するトルク偏差を測定および演算し、定出力回転数領域での加減速中のトルク特性を改善する方法およびその装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記問題を解決するため、請求項１記載の発明は、可変速駆動装置の制御方法に係り、界磁弱め制御による定出力特性を有する交流ベクトル制御電動機と、前記交流ベクトル制御電動機を駆動するベクトルインバータと、前記ベクトルインバータに対する速度指令・トルク指令を演算処理するコントローラとを備えた交流可変速駆動装置の制御方法において、界磁応答遅れ分の測定もしくは演算により加減速中の界磁応答遅れに起因するトルク偏差の比率を式１により演算し、前記演算により求まった比率および測定により求められた界磁応答の時定数から式２によりトルク偏差補償値を求め、求めたトルク偏差補償値を前記トルク指令に加算することを特徴としている。
Ｒ＝Ｂ÷Ａ  ・・・・・（式１）
ここで、Ｒ：トルク偏差の比率、
Ａ：定トルク領域でのトルク指令、
Ｂ：定出力領域でのトルク偏差。
Ｔｃｏｍｐ＝Ｔｒｅｆ×Ｒ×１／（１＋Ｔｓ）      ・・・（式２）
ここで、Ｔｃｏｍｐ：トルク偏差補償値、
Ｔｒｅｆ：トルク指令、
Ｔ：界磁応答遅れ時定数
ｓ：ラプラス演算子。
また、請求項２記載の発明は、可変速駆動装置の制御方法に係り、界磁弱め制御による定出力特性を有する直流電動機と、これを駆動するサイリスタ装置と、界磁を制御するサイリスタエキサイタ装置と、サイリスタ装置およびサイリスタエキサイタ装置に対する速度指令・トルク指令を演算処理するコントローラとを備えた直流可変速駆動装置の制御方法において、界磁応答遅れ分の測定もしくは演算により加減速中の界磁応答遅れに起因するトルク偏差の比率および測定により求められた界磁応答の時定数から式２によりトルク偏差補償値を求め、求めたトルク偏差補償値を前記トルク指令に加算することを特徴としている。
Ｒ＝Ｂ÷Ａ  ・・・・・（式１）
ここで、Ｒ：トルク偏差の比率、
Ａ：定トルク領域でのトルク指令、
Ｂ：定出力領域でのトルク偏差。
Ｔｃｏｍｐ＝Ｔｒｅｆ×Ｒ×１／（１＋Ｔｓ）      ・・・（式２）
ここで、Ｔｃｏｍｐ：トルク偏差補償値、
Ｔｒｅｆ：トルク指令、
Ｔ：界磁応答遅れ時定数
ｓ：ラプラス演算子。
【０００６】
さらに、請求項３記載の発明は、可変速駆動装置に係り、交流ベクトル制御電動機を駆動するベクトルインバータと、前記ベクトルインバータに対する速度指令・トルク指令を演算処理するコントローラとを備えた交流可変速駆動装置において、加減速中の界磁応答遅れに起因するトルク偏差補償値を演算するトルク偏差補償値演算回路と、前記トルク偏差補償値演算回路の演算により求まったトルク偏差補償値を前記トルク指令に加算するトルク偏差補償値加算回路を備えたことを特徴としている。
また、請求項４記載の発明は、可変速駆動装置に係り、直流電動機を駆動するサイリスタ装置と、界磁を制御するサイリスタエキサイタ装置と、前記サイリスタ装置および前記サイリスタエキサイタ装置に対する速度指令・トルク指令を演算処理するコントローラとを備えた直流可変速駆動装置において、加減速中の界磁応答遅れに起因するトルク偏差補償値を演算するトルク偏差補償値演算回路と、前記トルク偏差補償値演算回路の演算により求まったトルク偏差補償値を前記トルク指令に加算するトルク偏差補償値加算回路を備えたことを特徴としている。
【０００７】
さらに、請求項５記載の発明は、請求項３または４記載の可変速駆動装置において、前記トルク偏差補償値演算回路が、トルク偏差の比率を式１により演算し、前記演算により求まった比率および測定により求められた界磁応答の時定数から式２によりトルク偏差補償値を求めることを特徴としている。
から式２によりトルク偏差補償値を求めることを特徴としている。
Ｒ＝Ｂ÷Ａ  ・・・・・（式１）
ここで、Ｒ：トルク偏差の比率、
Ａ：定トルク領域でのトルク指令、
Ｂ：定出力領域でのトルク偏差。
Ｔｃｏｍｐ＝Ｔｒｅｆ×Ｒ×１／（１＋Ｔｓ）      ・・・（式２）
ここで、Ｔｃｏｍｐ：トルク偏差補償値、
Ｔｒｅｆ：トルク指令、
Ｔ：界磁応答遅れ時定数
ｓ：ラプラス演算子。
そして、請求項６記載の発明は、巻き取り装置に係り、加減速中の界磁弱め制御をするリールまたはワインダの巻き取りに請求項５記載の可変速駆動装置を用いたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１および請求項３記載の発明によると、交流可変速駆動装置における定出力回転速度領域での加減速中の界磁応答遅れに起因するトルク偏差を低減することができ、電動機のトルク制御性能を向上することができる。
また、請求項２および請求項４記載の発明によると、直流可変速駆動装置における定出力回転速度領域での加減速中の界磁応答遅れに起因するトルク偏差を低減することができ、電動機のトルク制御性能を向上することができる。
そして、請求項５記載の発明によると、式１および式２が簡単な演算式であるので、トルク偏差補償値を短時間に求めることができる。
そして、請求項６記載の発明によると、定出力回転速度領域での加減速中の界磁応答遅れに起因するトルク偏差を低減することができ、トルク制御性能を向上したリールまたはワインダの巻き取り装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の方法の具体的実施例を交流駆動装置に関して図に基づいて説明する。
図１は、本発明の方法を実施する交流可変速駆動装置の構成を示す構成図である。
図１において、コントローラ１１からは回転速度指令とトルク指令がベクトルインバータ装置１２に対して出力されており、ベクトルインバータ装置１２は回転速度指令とトルク指令に従って交流電動機１３の回転速度およびトルク制御を行う。
定出力回転数領域ではベクトルインバータ装置１２が界磁を自動的に弱め、それによって定出力特性を得ている。
【００１０】
図２は交流可変速駆動装置における加減速運転中の定出力回転速度領域での界磁応答遅れ分のトルク偏差の測定方法を示す図である。
速度制御モードにおいて、一定の加速レートで速度指令を変化させる。
これに対してトルク指令は矩形状となるが、トルク指令実績は立ち上がり、立下りに遅れをもった応答となる。
この立ち上がり立下りの遅れを一次遅れ要素として時定数Ｔを測定する。
加速中における定トルク領域でのトルク指令Ａと、定出力領域でのトルク偏差Ｂを測定し、トルク偏差の比率Ｒは式１より求められる。
Ｒ＝Ｂ÷Ａ  ・・・・・（式１）
トルク指令Ｔｒｅｆが与えられた場合の界磁応答遅れ分のトルク偏差を補償する補償値Ｔｃｏｍｐは式２により求められる。
Ｔｃｏｍｐ＝Ｔｒｅｆ×Ｒ×１／（１＋Ｔｓ）      ・・・（式２）
ここで、Ｔｃｏｍｐ：トルク偏差補償値、
Ｔｒｅｆ：トルク指令、
Ｔ：界磁応答遅れ時定数
ｓ：ラプラス演算子。
Ｔｃｏｍｐをトルク指令に加え、インバータへ入力することにより、加減速中の界磁応答遅れ分により発生するトルク偏差が打ち消される。
【００１１】
図３は、上記で求めた時定数Ｔおよびトルク偏差の比率Ｒを用いてトルク偏差を打ち消す補償量Ｔｃｏｍｐを求める処理手順を示すブロック図である。
図において、乗算器３１の一方にトルク指令Ｔｒｅｆを入れ、乗算器３１の他方に（式１）で求めたＲを入れる。乗算器３１の出力を定出力範囲スイッチ３２を介して、加速中であれば加速中スイッチ３３を介して時定数回路３６に入れ、減速中であれば減速中スイッチ３４を介して乗算器３５で符号を反転させた後時定数回路３６に入れ、測定で求めた時定数Ｔを加味した時定数回路３６の１／（１＋Ｔｓ）を経て、界磁遅れ分トルク補償Ｔｑｃｏｍｐが出力される。
【００１２】
図４は図３で求めた界磁遅れ分トルク補償Ｔｑｃｏｍｐを用いた交流可変速駆動装置の全体システムにおける処理を示すブロック図である。
図において、４１は速度制御器、４２はトルクリミッタ、４３はベクトル制御装置である。速度制御器４１には、速度指令Ｎｒｅｆと速度バイアスＮｂｉａｓとの和から速度フィードバックＮｆｂ分を引いた値が入力され、速度制御器４１からトルクが出力される。従来装置では、このトルクに加算トルクＴｑａｄｄを加えた値がトルクリミッタ４２に入力されていたが、本発明によれば、加算トルクＴｑａｄｄから上記の界磁遅れ分トルク補償Ｔｑｃｏｍｐ分が差し引かれた値が前記速度制御器４１からのトルクに加算されてトルクリミッタ４２に入力されるのが特徴である。
トルクリミッタ４２は、速度制御器４１からのトルク指令が電動機の許容トルクを超えないようにトルク指令が大きい場合には、予め設定された値でリミットするもので、トルクリミッタ４２の制限値は、従来装置では、トルク高制限値ＴｑＨＬとトルク低制限値ＴｑＬＬとのどちらかが選択されて使用されていたが、本発明によれば、トルク高制限値ＴｑＨＬとトルク低制限値ＴｑＬＬのいずれからも上記の界磁遅れ分トルク補償Ｔｑｃｏｍｐ分が差し引かれた値が制限値として使用されるのが特徴である。
トルクリミッタ４２の出力はベクトル制御装置４３に入力される。
また、トルクリミッタ４２の出力は従来装置では、実トルクＴｑａｃｔとして用いていたが、本発明によれば、トルクリミッタ４２の出力に、上記の界磁遅れ分トルク補償Ｔｑｃｏｍｐを遅延回路を介して加算した値を実トルクＴｑａｃｔとして用いるのが特徴である。
なお、図４において、Ｎａｃｔは実速度を表している。
【００１３】
以上は本発明をベクトル制御方式に適用した実施例で説明したが、本発明はベクトル制御方式にのみ適用されるものではなく、直流制御方式にも全く同様の処理で対応可能である。
【産業上の利用可能性】
【００１４】
以上のように、本発明による制御方法では、インバータへ指令を与えるコントローラにより界磁応答の遅れ分の補償を行う処理を実行するため、インバータ内部の機能追加を行うことなく、従来のベクトルインバータの加減速中のトルク特性を改善することができる汎用的な技術である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の方法を適用する交流可変速装置の構成を示す構成図である。
【図２】本発明によるトルク補償量、係数を測定する考え方を示す図である。
【図３】本発明によるトルク補償量を求める処理手順の実施例を示すブロック図である。
【図４】本発明によるトルク特性改善の実施例を示すブロック図である。
【図５】従来方式での加減速中の界磁応答とトルク特性を示す図である。
【符号の説明】
【００１６】
１  回転速度指令
２  基底速度
３  インバータ内部もしくは外部からの界磁指令
４  界磁指令
５  実際の界磁応答
６  トルク指令
７  トルク偏差
１１  コントローラ
１２  ベクトルインバータ装置
１３  交流電動機
３１  乗算器
３２  定出力範囲スイッチ
３３  加速中スイッチ
３４  減速中スイッチ
３５  乗算器
３６  時定数回路
４１  速度制御器
４２  トルクリミッタ
４３  ベクトル制御装置
【図１】
2007336741.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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