(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータの負荷をなす誘導電動機によって駆動される回転体主軸の目標停止位置からの位置偏差の関数として出力周波数を決定し、この決定された出力周波数に対応する出力電圧を求めて前記回転体主軸の停止位置決め制御を行なう多点停止位置決め制御機能を有するインバータの電圧制御方法であって、出力電圧対出力周波数の比を出力周波数の低減と共にその定格点における値よりも適度に大となす如く前記出力電圧の強め補正を行う前記インバータのトルクブースト調整に関して、前記位置偏差の関数として決定される前記出力周波数の所定の低周波域においては、前記トルクブースト調整に従う出力電圧に対し所定の関数関係に従う低減補正を行った値を以て所要の出力電圧となす事を特徴とするインバータの電圧制御方法。
【請求項２】
請求項１記載のインバータの電圧制御方法において、前記インバータの出力周波数は、前記主軸の目標停止位置からの位置偏差の比例値に対し所定の関数関係に従う低減補正を行った値を以て所要の値となす事を特徴とするインバータの電圧制御方法。
【請求項３】
請求項１記載のインバータの電圧制御方法において、前記トルクブースト調整に従う出力電圧Ｖｄに対する低減補正量ΔＶｄを、前記主軸の停止時動特性に関連して決定される所定の低周波域において、前記出力周波数をｆとして、ΔＶｄ＝Ｖｓ−α・ｆｎ≧０（ｎ＝１，２，…、α；比例定数、Ｖｓ；正の定数）の如く規定する事を特徴とするインバータの電圧制御方法。
【請求項４】
請求項２記載のインバータの電圧制御方法において、前記出力周波数ｆに関して、前記の如き位置偏差の比例値からの低減補正量Δｆを、前記主軸の停止時動特性に関連して決定される目標停止位置近辺の所定域において、前記の位置偏差をθとして、Δｆ＝ｆｓ−β・θｎ≧０（ｎ＝１，２，……、β；比例定数、ｆｓ；正の定数）の如く規定する事を特徴とするインバータの電圧制御方法。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４記載のインバータの電圧制御方法において、前記の如きインバータ出力電圧及び出力周波数それぞれに関する低減補正の制御とその解除との両者間の制御方式切替え機能を有する事を特徴とするインバータの電圧制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、インバータの負荷をなす誘導電動機によって駆動される回転体主軸の多点停止位置決め制御機能を有するインバータの電圧制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種のインバータの電圧制御方法としては、その出力特性を、図５の出力電圧対出力周波数特性図と、図６の出力周波数対位置偏差特性図とに示す如く制御するものが知られている。
即ち、図６に従い前記回転体主軸の目標停止位置からの位置偏差θに対応するインバータ出力周波数ｆを決定し、更に、図５に従い前記の決定された出力周波数ｆに対応するインバータ出力電圧Ｖd を決定するものである。なお、前記位置偏差θは前記主軸と連動するパルスエンコーダの出力信号等の主軸位置検出信号の演算により形成されるものである。
【０００３】
ここに、図５の出力電圧対出力周波数特性図（Ｖd −ｆ特性図）はインバータのトルクブースト調整の模様を示すものである。なお、前記トルクブースト調整は、インバータ出力におけるＶd ／ｆの比を出力周波数ｆの低減と共にその定格点に於ける値Ｖdr／ｆr よりも適度に大となし、低速域においてインバータ負荷電動機の電機子巻線抵抗電圧降下に対して若干の電圧バイアスを与える事により前記電動機の低速域におけるトルク低下を補償するものである。
【０００４】
図示の特性線Ｌ3 はインバータ動作の定格点（ｆr ，Ｖdr）と点（０，Ｖd0）とを結びそのＶd ／ｆ比を前記定格点における値Ｖdr／ｆr より大としたものであり前記のトルクブースト特性を示し、また、特性線Ｌ4 は特性線Ｌ3 との対比用に示すものであり、そのＶd ／ｆの比を前記周波数ｆr 以下の全周波域に於いて前記の定格点における値Ｖdr／ｆr に保つものであり、特性線Ｌ3 に於けるが如き低速域における電動機トルクの補償を行わぬものである。
【０００５】
次に、図６の出力周波数対位置偏差特性図（ｆ−θ特性図）は前記インバータの出力周波数ｆと前記主軸の目標停止位置からの位置偏差θとの関係を示すものあり、特性線Ｌ5 による如く、前記主軸の目標停止位置近辺にあってこの主軸の停止時動特性に関連して決定された所定の点（θ0 ，ｆ0 ）に対して、位置偏差θ0 を超える偏差範囲にあっては出力周波数ｆをこのθの比例値として与え、また、位置偏差θ0 以下の偏差範囲にあっては出力周波数ｆを零となす位置偏差θに関する不感帯を設けるものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
今、前記図５のＶd −ｆ特性図に示す特性線Ｌ3 の如きトルクブースト特性を有してその負荷誘導電動機により駆動される回転体主軸の多点停止位置決め制御を行うインバータの出力周波数ｆを、参考例として示す図７の出力周波数対位置偏差特性図の特性線Ｌ6 による如く、前記主軸の目標停止位置からの位置偏差θの全域において前記周波数ｆをこのθの比例値として与えると共に、この周波数ｆを零に向けて適当な速度で低下させるならば、前記主軸はこの周波数低減速度に応じた速度でその目標停止位置へ接近する事になる。
【０００７】
この時、若し前記主軸がその目標位置に停止せず少しでも行き過ぎて前記位置偏差θがその極性を反転させる事になれば前記出力周波数ｆの零点前後において前記インバータはそのトルクブースト分の出力電圧の正負の極性を急速に反転させる事になり、このインバータ出力電圧、即ち前記電動機の入力電圧の極性反転は、ＧＤ2 に従う慣性を有して振動系を形成する前記電動機の回転子を含む全回転系に加わる外力の急変を招き、減速動作中の前記主軸はその目標停止位置近辺において乱調状態に入る恐れがある。
【０００８】
従って、従来は、前記の如き停止位置決め制御をなすインバータに対する出力周波数ｆの指定に関し、前記図６の特性線Ｌ5 による如く、前記主軸の目標停止位置とこの目標位置近辺に設定した点（θ0 ，ｆ0 ）間は前記出力周波数ｆを零とする位置偏差θに関する不感帯となし、この不感帯においては一定の直流電圧を出力して前記主軸がその目標停止位置に停止する事なく行き過ぎてしまう事によるインバータ出力電圧の急変を防止していたが、同時に前記不感帯内においては前記主軸の位置決め制御は中止される事になりその停止位置決め精度の悪化は避けられなかった。
【０００９】
上記に鑑みこの発明は、トルクブースト特性を有しその負荷誘導電動機により駆動される回転体主軸の多点停止位置決め制御を行うインバータに関して、前記主軸の停止位置決め精度の維持とその目標停止位置近辺における乱調状態の回避とを図り得るインバータの電圧制御方法の提供を目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためにこの発明のインバータの電圧制御方法において、
１）インバータの負荷をなす誘導電動機によって駆動される回転体主軸の目標停止位置からの位置偏差の関数として出力周波数を決定し、この決定された出力周波数に対応する出力電圧を求めて前記回転体主軸の停止位置決め制御を行なう多点停止位置決め制御機能を有するインバータの電圧制御方法であって、出力電圧対出力周波数の比を出力周波数の低減と共にその定格点における値よりも適度に大となす如く前記出力電圧の強め補正を行う前記インバータのトルクブースト調整に関して、前記位置偏差の関数として決定される前記出力周波数の所定の低周波域においては、前記トルクブースト調整に従う出力電圧に対し所定の関数関係に従う低減補正を行った値を以て所要の出力電圧となすものとする。
【００１１】
２）請求項２の発明は、請求項１記載のインバータの電圧制御方法において、前記インバータの出力周波数は、前記主軸の目標停止位置からの位置偏差の比例値に対し所定の関数関係に従う低減補正を行った値を以て所要の値となすものとする。
３）請求項３の発明は、請求項１記載のインバータの電圧制御方法において、前記の如きトルクブースト調整に従う出力電圧Ｖd に対する低減補正量ΔＶd を、前記主軸の停止時動特性に関連して決定される所定の低周波域において、前記出力周波数をｆとし、ΔＶd ＝Ｖs −α・ｆn ≧０（ｎ＝１，２，…、α；比例定数、Ｖs ；正の定数）の如く規定するものとする。
【００１２】
４）請求項４の発明は、請求項２記載のインバータの電圧制御方法において、前記出力周波数ｆに関して、前記の如き位置偏差の比例値からの低減補正量Δｆを、前記主軸の停止時動特性に関連して決定される目標停止位置近辺の所定域において、前記の位置偏差をθとして、Δｆ＝ｆs −β・θn ≧０（ｎ＝１，２，……、β；比例定数、ｆs ；正の定数）の如く規定するものとする。
【００１３】
５）請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４記載のインバータの電圧制御方法において、前記のインバータ出力電圧及び出力周波数それぞれに関する低減補正の制御とその解除との両者間の制御方式切替え機能を有するものとする。
上記の如くこの発明は、前記主軸の多点停止位置決め制御を行うインバータに関して、前記主軸の目標停止位置近辺におけるトルクブースト量を主軸停止時の動特性に対応させて適度に低減させる事により、他に実用上の支障を来す事無くトルクブースト特性を実質的に維持すると共に、目標停止位置行き過ぎ時の負荷全回転系に対する外力の急変を適度に抑制するものとなる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下この発明の実施例を図１ないし図４の各図に従って説明する。
先ず、図３はインバータの負荷をなす誘導電動機によって駆動される回転体主軸の停止位置決め制御機能を有するインバータの回路構成を示すブロック回路図であり、１は交流電源、２は交流電源１からの交流入力を整流する整流器、３は整流器２の整流出力を平滑する平滑コンデンサ、４は平滑コンデンサ３を介した直流入力電圧を所要の電圧と可変の周波数とを有する交流に変換し出力するインバータ、５はインバータ４の負荷をなす誘導電動機、６は減速歯車、７は減速歯車６を介して誘導電動機５により駆動される回転体の主軸、８は前記主軸７の位置検出を行うパルスエンコーダである。
【００１５】
また、１１はインバータ運転周波数ｆr0の設定器、１２は誘導電動機５の特性に適した加速或いは減速状態に対応する時間特性を加えた運転周波数ｆr を演算する加減速演算器、１３はパルスエンコーダ８の位置検出信号を受けて前記主軸７の現在位置Θd を検出する位置検出器、１４は前記主軸７の目標停止位置Θs を設定する停止位置設定器、１５は前記の両位置信号間の位置偏差θ（θ＝Θs −Θd ）を演算する偏差演算器、１６は前記の位置偏差θに対応するインバータ運転周波数ｆp を演算する位置調節器である。
【００１６】
また、１７は共役動作の接点１８a と１８b とをそれぞれ経由して印加される前記運転周波数ｆp とｆr とを受けて選択された何れかの指令値に対応するインバータ出力電圧Ｖd を演算してインバータ４に指令する電圧指令演算回路であり、１８はパルスエンコーダ８からの前記位置検出信号を受けてその時間変化率としての前記主軸７の速度信号を演算検出する速度検出器である。
【００１７】
ここに、前記接点１８a と１８b とは、速度検出器１８により検出された前記主軸７の速度が所定値以下に低下した場合にそれぞれ閉路及び開路する継電器の接点であり、前記主軸７の停止位置制御と誘導電動機５の通常の可変速運転制御との運転状態の切替え、即ち、インバータ４の出力電圧及び出力周波数それぞれに関する低減補正制御とその解除との両者間の運転状態切替え継電器の接点であり、１８a は前記の停止位置制御選択時に閉路し、１８b は前記の通常運転選択時に閉路するものである。なお、１９はインバータ４の運転・停止指令を受けて閉路する継電器の接点である。
【００１８】
前記の如く、図３のインバータのブロック回路図は、運転状態切替え継電器の接点１８a と１８b とを介し前記主軸７の停止位置制御と誘導電動機５の通常の可変速運転制御との運転状態の切替えを主軸速度信号により行う回路構成を例示するものであり、請求項５に従うこの発明の第３の実施例を示すものである。
次に、図１は請求項１と請求項３とに対応するこの発明の第１の実施例を示すインバータの出力電圧対出力周波数特性図であり、前述の図５の特性線Ｌ3 で示すインバータにおける通常のトルクブースト特性に対し、前記主軸７の目標停止位置からの位置偏差θの関数として指定されるインバータ出力周波数ｆの所定の低周波域０≦ｆ≦ｆ2 において、前記の特性線Ｌ3 により指定されるインバータ出力電圧の指定値（Ｖd3）から、ΔＶd ＝Ｖs −α・ｆn ≧０（ｎ＝１，２，…、α；比例定数、Ｖs ；正の定数）の如く規定された補正値を減じて得た特性線Ｌ1 （Ｖd ＝Ｖd3−ΔＶd ，０≦ｆ≦ｆ2 ）を以て所要のトルクブースト特性線となすものであり、図示特性線Ｌ1 は前記ΔＶd の一般式に於けるｎ＝１の場合のΔＶd 、即ちΔＶd ＝Ｖs −α・ｆで規定される補正値を前記Ｖd3より減じた値に対応する特性の例示である。なお、点（ｆ2 ，Ｖd2）は前記の特性線Ｌ1 の特性変更点を与え、点（０，Ｖd1）における出力電圧Ｖd1は前記両値Ｖd2とＶs の差（Ｖd2−Ｖs ）となり、前記比例定数αは、α＝Ｖs ／ｆ2 となる。
【００１９】
図示の特性線Ｌ1 を規定する前記特性線Ｌ3 と、前記定数Ｖs とｆ2 或いはαとを前記インバータの負荷回転系の動特性に応じて適宜選定する事により、出力周波数を零となす点におけるインバータ直流出力電圧の指定値Ｖd1を適値に低減させる事が出来る。
次に、図２は請求項２と請求項４とに対応するこの発明の第２の実施例を示すインバータの出力周波数対位置偏差特性図であり、前述の図７のｆ−θ特性図の特性線Ｌ6 にて示すインバータの出力周波数対位置偏差の関係、即ち、前記主軸７の目標停止位置からの位置偏差θの全域においてインバータ出力周波数ｆがこの偏差θの比例値として与えられる関係、即ちｆ＝γ・θ（γ；比例定数）に対し、前記主軸７の目標停止位置近辺における所定域０≦θ≦θ2 において、前記の特性線Ｌ6 によって指定されるインバータ出力周波数の指定値（γ・θ）からΔｆ＝ｆs −β・θn ≧０（ｎ＝１，２，…、β；比例定数、Ｖs ；正の定数）の如く規定された補正値を減じて得た特性線Ｌ2 を以て所要の出力周波数対位置偏差の特性線となすものであり、図示の特性線Ｌ2 は前記Δｆの一般式に於けるｎ＝１の場合のΔｆ、即ち、Δｆ＝ｆs −β・θ≧０で規定される補正値を前記指定値（γ・θ）より減じた値、即ち、ｆ＝（β＋γ）θ−ｆs ≧０に対応する特性の例示である。なお、点（θ2 ，ｆ2 ）は前記の特性線Ｌ2 の特性変更点を与えるものであり、点（θ1 ，０）における位置偏差θ1 は、ｎ＝１の場合に、θ1 ＝ｆs ／（β＋γ）となる。
【００２０】
図示の如く、特性線Ｌ2 を規定する前記各定数β，γ，ｆs ，θ2 を前記インバータの負荷回転系の動特性に応じて適宜選定する事により、前記主軸７の停止操作時において、位置偏差θ2 以降においても操作量の適当な低減を図りながら前記主軸の停止位置決め制御を中止する事なく継続して前記制御不感帯の縮小を図る事が出来る。
【００２１】
次に、図４は前記図３のインバータのブロック回路図に示す電圧指令演算回路１７を抜粋したものであり、前記主軸７の停止位置制御と誘導電動機５の通常の可変速運転制御との運転状態の切替え、即ち、インバータのトルクブースト特性に対する低減補正制御とその解除の両者間の切替え状態を示し、前記両制御状態に対応するインバータ出力電圧Ｖd を指定するインバータ出力周波数ｆp とｆr とを、それぞれ速度検出器１８により駆動される継電器の接点１８a と１８b とを介して電圧指令演算回路１７に入力する模様を示すものである。
【００２２】
【発明の効果】
この発明によれば、トルクブースト特性を有しその負荷誘導電動機により駆動される回転体主軸の停止位置決め制御を行うインバータの電圧制御方法に関して、請求項１の発明による如く、前記主軸の目標停止位置からの位置偏差の関数をなすインバータ出力周波数の所定の低周波域において、前記インバータのトルクブースト特性に従う出力電圧に対して所定の関数関係に従う低減補正を行う事により、また、請求項３の発明による如く、請求項１におけるインバータ出力電圧に対する低減補正値ΔＶd を規定する所定の関数関係を、図１に示す如く、前記の回転体の動特性に関連して決定される所定の低周波域０≦ｆ≦ｆ2 において、ΔＶd ＝Ｖs −α・ｆn ≧０（ｎ＝１，２，…、）の如く、例えばｎ＝１の場合ΔＶd ＝Ｖs −α・ｆ≧０の如く規定し、前記定数Ｖs とｆ2 或いはαとを前記インバータの負荷回転系の動特性に応じ適宜選定する事により、前記インバータによるその負荷誘導電動機のトルクブースト駆動特性を実質的に減じること無く出力周波数零点における直流出力電圧を適値に低減させ、前記の主軸がその目標停止位置を行き過ぎた場合にもトルクブースト分のインバータ出力電圧の極性反転に伴う前記電動機の回転子を含む全回転系に加わる外力の急変量を適値に低減させることが出来、目標停止位置近辺における前記主軸停止過程の乱調状態を回避した安定した停止位置決め制御が可能となる。
【００２３】
また、請求項２の発明による如く、請求項１におけるインバータ出力周波数の指定に関し、前記主軸の目標停止位置からの位置偏差の比例値に対し所定の関数関係に従う低減補正を行う事により、また、請求項４の発明による如く、請求項２におけるインバータ出力周波数に対する低減補正値Δｆを規定する所定の関数関係を、前記回転体の動特性に関連決定される所定の位置偏差域０≦θ≦θ2 において、Δｆ＝ｆs −β・θn ≧０（ｎ＝１，２，…、）の如く、例えばｎ＝１の場合、Δｆ＝ｆs −β・θ≧０の如く規定し、前記の各定数β，ｆs ，θ2 等を前記インバータの負荷回転系の動特性に応じて適値に選定する事により、前記主軸の停止位置決め操作時に前記出力周波数の適当な低減を図りながら前記主軸の停止位置決め制御の継続を図り、即ち前記制御不感帯の縮小を図って停止位置決め精度の悪化を回避する事が可能となる。
【００２４】
ここに、上記の如きトルクブースト特性と出力周波数対位置偏差特性の両者に対する適宜な低減補正を併用する事により、位置偏差に対する出力周波数制御の制御不感帯の縮小による前記主軸の停止位置決め精度の維持と、前記主軸の停止過程における乱調状態の回避とを図る事が可能となる。
また、請求項５の発明による如く、請求項１ないし請求項４記載のインバータの電圧制御方法において、前記の如きインバータ出力電圧及び出力周波数それぞれに関する低減補正の制御とその解除との両者間の切替機能、従って、前記主軸の停止位置決め制御とインバータ負荷誘導電動機に対する通常の可変速運転制御の両者間の切替機能を与え、例えば、前記主軸の速度信号により前記両制御間の切替えを行う事により、前記負荷誘導電動機の通常の可変速運転制御と停止位置決め制御間の円滑な移行が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施例を示すインバータの出力電圧対出力周波数特性図
【図２】この発明の第２の実施例を示すインバータの出力周波数対位置偏差特性図
【図３】インバータのブロック回路図
【図４】この発明の第３の実施例を示す電圧指令演算回路図
【図５】従来技術の実施例を示すインバータの出力電圧対出力周波数特性図
【図６】従来技術の実施例を示すインバータの出力周波数対位置偏差特性図
【図７】従来技術の実施例を示すインバータの出力周波数対位置偏差特性図
【符号の説明】
１    交流電源
２    整流器
３    平滑コンデンサ
４    インバータ
５    誘導電動機
６    減速歯車
７    主軸
８    パルスエンコーダ
１１    運転周波数設定器
１２    加減速演算器
１３    位置検出器
１４    停止位置設定器
１５    偏差演算器
１６    位置調節器
１７    電圧指令演算回路
１８    速度検出器
１８a   速度検出器の出力継電器のａ接点
１８b   速度検出器の出力継電器のｂ接点
１９    インバータの運転・停止指令継電器のａ接点
【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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