(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機速度の実測値を処理して得る速度検出値と、同一次元磁束オブザーバ及び速度推定機構の出力信号として得る速度推定値の何れか一方を選択手段で選択して速度検出値に基づくベクトル制御又は速度推定値に基づくセンサレスベクトル制御により電動機を制御するように構成した電動機のベクトル制御装置において、
上記実測値に基づく電動機速度の異常が検出された場合には、上記選択手段を切換え、上記速度推定値を選択してセンサレスベクトル制御を選択するとともに、上記実測値に基づく速度検出が正常に戻った場合には、再度上記選択手段を切換え、センサレスベクトル制御から実測値に基づくベクトル制御に復帰させるように構成し、
しかも、現在のトルク制限値及び負荷慣性モデル値から演算周期時間に変化できる最大の速度変化量を求め、その値又はその値に係数を掛けた最大速度変化量に基づいて、最大速度変化量以上に速度変化をした場合に、実測値に基づく電動機速度を異常とみなすようにし、
上記速度推定値と上記速度検出値の誤差が所定の範囲内に入った場合に上記実測値が正常状態に復帰したものとみなすようにしたことを特徴とする電動機のベクトル制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電動機のベクトル制御装置に関し、特に誘導電動機のベクトル制御に適用して有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
誘導電動機の高性能の速度制御方式としてベクトル制御方式が知られている。速度センサを有するベクトル制御方式は、高精度の速度制御や高応答のトルク制御が可能であるため、加工精度が必要な機器等の回転駆動装置として使用されている。ところが、誘導電動機が設置される場所は、油分や水分が多い劣悪な環境であることが多く速度センサが故障したり、速度検出のための信号線が断線したりする場合がある。このように、速度センサが故障し、また信号線が断線した場合には、ベクトル制御では、ゼロ速度まで急峻に減速してしまうため、当該誘導電動機で回転駆動する加工製品や機械に悪影響を及ぼしてしまう。特に、ミキサーのように運転を継続していないと加工製品の品質が変化してしまうような場合には、ベクトル制御からＶ／ｆ制御に切換えてでも運転を継続したい場合がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ベクトル制御において、速度センサに異常が発生しても運転を停止することなく継続することが望ましい場合にＶ／ｆ制御に切替えて運転を継続する方法が知られている。当該運転方法において、切換時には出力電圧の連続性を考慮して、ベクトル制御時の最後に出力した電圧ベクトルと同位相、同振幅で電圧を出力し、その後ある変化率でＶ／ｆパターンまで変化させる方法を採っている。
【０００４】
このように、ベクトル制御とＶ／ｆ制御とを切換える場合、電流フィードバック制御と電圧オープンループ制御の違いのため、定常時においてもお互いの電圧ベクトル、電流ベクトルは異なった位相、振幅にある。このため、切換時には電圧ベクトル、電流ベクトルともに連続的に切換えられるように考慮しなくてはならない。ところが、特にＶ／ｆ制御からベクトル制御に戻す場合には、トルクリップルを生じてしまい、また過渡時に切換えた場合には過電流等の保護機能が作動してしまう場合があるという問題を生起する。
【０００５】
本発明は、上記従来技術に鑑み、速度センサを有するベクトル制御において、速度センサの故障等、速度検出系に故障を生起した場合でも、良好に電動機の運転を継続することができ、且つ当該速度検出系が復旧した場合には良好に元のベクトル制御に基づく運転モードに切換えることができる電動機のベクトル制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
上記目的を達成する本発明の構成は、次の点を特徴とする。
【０００７】
１）  電動機速度の実測値を処理して得る速度検出値と、同一次元磁束オブザーバ及び速度推定機構の出力信号として得る速度推定値の何れか一方を選択手段で選択して速度検出値に基づくベクトル制御又は速度推定値に基づくセンサレスベクトル制御により電動機を制御するように構成した電動機のベクトル制御装置において、
上記実測値に基づく電動機速度の異常が検出された場合には、上記選択手段を切換え、上記速度推定値を選択してセンサレスベクトル制御を選択するとともに、上記実測値に基づく速度検出が正常に戻った場合には、再度上記選択手段を切換え、センサレスベクトル制御から実測値に基づくベクトル制御に復帰させるように構成し、
しかも、現在のトルク制限値及び負荷慣性モデル値から演算周期時間に変化できる最大の速度変化量を求め、その値又はその値に係数を掛けた最大速度変化量に基づいて、最大速度変化量以上に速度変化をした場合に、実測値に基づく電動機速度を異常とみなすようにし、
上記速度推定値と上記速度検出値の誤差が所定の範囲内に入った場合に上記実測値が正常状態に復帰したものとみなすようにしたこと。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１２】
図１は本発明の実施の形態に係る制御装置を示すブロック線図である。同図に示すように、本形態に係る制御装置は、実測値に基づく速度検出部１の出力信号である速度検出値に基づくベクトル制御系と、同一次元磁束オブザーバ及び速度推定機構２の出力信号である速度推定値に基づくセンサレスベクトル制御系との２系統の制御系を実質的に有している。前者は、速度センサ４の出力信号に基づき誘導電動機１の実際の回転速度を検出する。ここで、速度センサ４は誘導電動機３の回転軸に連結されてこの誘導電動機３の速度を検出する。後者は、誘導電動機３に供給する電流及びＰＷＭインバータ７に対する印加電圧に基づき速度推定値を演算する。ここで、誘導電動機３に供給する電流は電流検出部５で検出するとともに、ＰＷＭインバータ７に対する印加電圧は出力電圧検出部６で検出する。
【００１３】
選択スイッチ８は速度検出値又は速度推定値の何れか一方を選択してこれらを磁束指令部９及び減算器１０の入力信号とする。選択スイッチ８の切換えは速度検出部１の速度選択信号により行う。ここで、速度検出部１は、速度検出異常判定部を有し、速度検出異常が検出された場合には、速度推定値を選択するように当該選択スイッチ８を切換えるとともに、速度検出復帰判定部を有し、速度検出が正常に戻ったことが検出された場合には、再度速度検出値を選択するように当該選択スイッチ８を切換える。すなわち、速度検出異常時にはベクトル制御からセンサレスベクトル制御に切換える機能を有するとともに、速度検出機能が回復した場合には、センサレスベクトル制御からベクトル制御に復帰させる機能を有する。
【００１４】
上述の如く本形態に係る速度検出部１は速度検出異常判定部を有するが、この速度検出異常判定部の具体例としては、次のような実施例が考えられる。
【００１５】
▲１▼速度検出異常判定用の最大速度変化量を設定し、演算周期時間内に最大速度変化量を超えて速度が変化した場合には、速度検出異常とみなし、ベクトル制御からセンサレスベクトル制御に切換える。
【００１６】
▲２▼現在のトルク制限値及び負荷慣性モデル値から演算周期時間に変化できる最大の速度変化量を求め、その値又はその値に所定の係数を掛けた最大速度変化量に基づいて、最大速度変化量以上に速度変化をした場合には、速度検出異常とみなし、ベクトル制御からセンサレスベクトル制御に切換える。
【００１７】
また、速度検出部１の速度検出復帰判定部の具体例としては、次のような実施例が考えられる。すなわち、速度推定値と速度検出値の誤差がある範囲以内に入った場合には、速度検出機能が復帰したものとみなし、センサレスベクトル制御からベクトル制御に復帰させる。
【００１８】
本形態は誘導電動機３の速度情報として実測値である速度検出値又は推定値である速度推定値の何れかを選択するもので、速度検出値又は速度推定値の処理系統は共通に構成してある。すなわち、ベクトル制御系とセンサレスベクトル制御系との２系統の制御系を実質的に有している。この場合の共通部分の構成は次の通りである。
【００１９】
磁束指令部９は、速度検出値又は速度推定値に基づき予め決定されている磁束指令を磁束／電流変換部１０に供給する。この結果、磁束指令が磁束電流指令に変換される。一方、速度指令部（図示せず。）が供給する速度指令は減算器１１で速度検出値又は速度推定値との偏差をとり、この偏差が速度調節部１３を介してトルク／電流変換部１３に供給される。この結果、速度（トルク）指令がトルク電流指令に変換される。磁束電流指令及びトルク電流指令は、減算器１４、１５で電流検出部５の出力信号である電流検出値との偏差をとり、各偏差に基づき電流制御部１６、１７でｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令を求める。２相／３相変換部１８はｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令に基づき所定の演算を行うことにより３相電圧に変換し、ＰＷＭインバータ７の入力電圧として当該ＰＷＭインバータ７に印加する。ＰＷＭインバータ７は誘導電動機３が所定の速度で回転するようにその供給電力を制御する。
【００２０】
なお、べクトル制御及びセンサレスベクトル制御に固有の速度検出部１、同一次元磁束オブザーバ及び速度推定機構２以外部分は、従来周知のべクトル制御装置及びセンサレスベクトル制御装置の何れであっても良い。
【００２１】
【発明の効果】
以上実施の形態とともに詳細に説明した通り、本発明によれば、ベクトル制御とセンサレスベクトル制御は、速度検出部又は同一次元磁束オブザーバ及び速度推定機構以外の部分に関しては共通に使用することができ、且つ電圧ベクトルや電流ベクトルの扱いも同様であるため、連続的な切換が可能である。また、過渡時においても切換えられるため、加速中や減速中、負荷変動中などの速度検出異常にも対応でき、信頼性が格段に向上するばかりでなく、センサレスベクトル制御はＶ／ｆ制御に対して速度制御性能も高いため、速度検出異常時の制御性能劣化も最小限に押さえることができる。
【００２２】
さらに、速度検出手段が故障しても、この故障が、例えば断線等、運転中に修復できる場合であれば運転中に修理し、その後ベクトル制御に復帰できるという顕著な効果も奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る制御装置を示すブロック線図である。
【符号の説明】
１        速度検出部
２        同一次元磁束オブザーバ及び速度推定機構
３        誘導電動機
４        速度センサ
７        ＰＷＭインバータ
８        選択スイッチ
【図１】
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