CN101093975A - 电动机的速度控制装置 - Google Patents

Abstract

提供了一种适用于可变速控制的电动机的速度控制装置。作为速度控制装置，具备速度指令产生单元、加法运算器、速度控制单元、电流控制单元、惯性推断单元、惯性设定单元、切换单元、常数设定单元，在能够进行电动机的用于推断该电动机和其驱动对象的惯性力矩的加速或减速运转动作的情况下，进行该动作来导出惯性力矩推断值(J^#)，根据该惯性力矩推断值(J^#)、通过切换单元和常数设定单元设定速度控制单元的比例增益(K_p)，另外，在不能进行前述运转动作的情况下，根据惯性力矩手动设定值(J^*)、通过切换单元和常数设定单元设定速度控制单元的比例增益(K_p)。

Description

电动机的速度控制装置

技术领域

本发明涉及一种电动机的速度控制装置。

背景技术

作为在构成进行电动机的可变速控制的速度控制装置的速度控制单元中的控制常数的自动调整方法，已知例如记载于下述专利文献1中的方法。即，将干扰信号施加到前述速度控制单元的输出来改变前述电动机的速度，根据此时的电动机速度和电动机电流来推断该电动机和其驱动对象的惯性力矩(moment of inertia)的总和，根据该推断值自动设定前述速度控制单元的控制常数。

专利文献1：日本特开平1-218389号公报

发明内容

发明要解决的问题

在上述现有的电动机和其驱动对象的惯性力矩的推断方法中，必须通过速度控制装置使电动机转动，进而将干扰信号加入该速度控制装置内部。但是，由于在一些前述驱动对象的工作条件不能使电动机转动从而无法将干扰信号加入速度控制装置内部，因此存在不能设定构成速度控制装置的速度控制单元中的控制常数的问题。

本发明的课题在于提供解决上述问题的电动机的速度控制装置。

用于解决问题的方案

第1发明是一种速度控制装置，其使用至少可改变控制常数的速度控制单元进行电动机的可变速控制，其特征在于，具备：

惯性推断单元，其推断前述电动机和该前述电动机的驱动对象的惯性力矩的总和，将其作为惯性力矩推断值输出；惯性设定单元，其以手动设定惯性力矩，将其作为惯性力矩手动设定值输出；切换单元，其根据是否可能推断惯性力矩来切换并输出惯性力矩推断值或惯性力矩手动设定值中的某一个值；以及常数设定单元，其根据切换单元的输出值设定前述速度控制单元的控制常数。

另外，第2发明是根据前述第1发明的电动机的速度控制装置，其特征在于，

在通过前述速度控制单元使前述电动机加速运转或减速运转时，前述惯性推断单元根据前述速度控制单元输出的转矩指令值和前述电动机的速度检测值或速度推断值来导出前述惯性力矩推断值。

进而，第3发明是根据前述第1发明或第2发明的电动机的速度控制装置，其特征在于，

用比例运算器或比例积分运算器来形成前述速度控制单元，前述常数设定单元根据与前述切换单元的输出值成比例的值来设定前述任意一种运算器的比例增益。

发明的效果

根据本发明，在能够进行电动机的用于推断电动机和其驱动对象的惯性力矩的加速或减速运转工作的情况下，进行该动作来推断惯性力矩，根据该惯性力矩推断值设定速度控制单元的控制常数；而在不能进行前述动作的情况下，能够根据由惯性设定单元手动设定的惯性力矩手动设定值来设定前述速度控制单元的控制常数。

附图说明

图1是表示本发明的第1实施例的电动机的速度控制装置的电路结构图。

图2是图1的局部详细电路结构图。

图3是说明图1的动作的波形图。

图4是表示本发明的第2实施例的电动机的速度控制装置的电路结构图。

附图标记说明

1：电动机；2：功率变换装置；3：交流电源；4：电流检测器；5：速度检测器；10：速度控制装置；11：速度指令产生单元；12：加法运算器；13 ：速度控制单元；14：电流控制单元；15：惯性推断单元；16：惯性设定单元；17：切换单元；18：常数设定单元；20：速度控制装置；21：速度推断单元。

具体实施方式

图1是表示本发明的第1实施例的电动机的速度控制装置的电路结构图，在该图中，1是感应电动机等电动机，2是将与后述的初级电压指令值(v₁ ^*)对应的交流电压提供给电动机1的PWM(Pulse Wide Modulation：脉宽调制)逆变器等功率变换装置，3是流向功率变换装置2的交流电源，4是将电动机2的初级电流作为初级电流检测值(i₁)进行检测的电流检测器，5是连接到电动机1的输出轴、将该电动机的速度作为速度检测值(ω_r)进行检测的速度检测器，10是速度控制装置。

速度控制装置10由如下所述的单元或要素11～18构成。即，速度指令产生单元11产生速度指令值(ω_r ^*)，加法运算器12求出速度指令值(ω_r ^*)与由速度检测器5检测出的速度检测值(ω_r)之间的偏差，速度控制单元13进行使该偏差为零的调节运算并将该运算结果作为转矩指令值(τ^*)输出到电流控制单元14。电流控制单元14根据转矩指令值(τ^*)导出送至电动机1的初级电流指令值(i₁ ^*)，并且进行使该初级电流指令值(i₁ ^*)与由电流检测器4检测出的初级电流检测值(i₁)之间的偏差为零的调节运算，并将该运算结果作为初级电压指令值(v₁ ^*)而输出至功率变换装置2。

惯性推断单元15根据速度检测值(ω_r)和转矩指令值(τ^*)推断电动机1和其驱动对象的惯性力矩的总和，将其作为惯性力矩推断值(J^#)输出，惯性设定单元16手动设定惯性力矩，并将其作为惯性力矩手动设定值(J^*)输出。切换单元17切换选择上述惯性力矩推断值(J^#)或是惯性力矩手动设定值(J^*)中的任意一个，将其作为惯性力矩设定值(J^**)输出。常数设定单元18根据该惯性力矩设定值(J^**)设定速度控制单元13的控制常数。此外，由于图1所示的电路图中的各结构元素由公知的技术形成，因此省略详细说明。

图2是表示图1示出的惯性推断单元15的一例的电路结构图，在该惯性推断单元15中具备对电动机1的速度检测值(ω_r)进行微分运算的微分单元15a、乘法器15b、加法运算器15c以及积分单元15d。

下面说明该惯性推断单元15中的惯性力矩推断值(J^#)的导出方法。

从速度指令产生单元11如图3所示产生速度指令值(ω_r ^*)，此时，在电动机1的加速转矩相对于负载转矩足够大的条件下，电动机1的加速/减速转矩(τ_acc)由下式(1)来表达。

τ_acc＝J·{d(ω_r)/dt}...(1)

这里J是惯性力矩，ω_r是电流控制单元14的速度检测值。

由于在以无负载条件来进行电动机1的加速/减速的情况下τ_acc＝τ^*，因此如图2所示，将转矩指令值(τ^*)与J^#·{d(ω_r)/dt}之间的偏差输入积分单元15d，如果设该输出为J^#，则能够通过图2示出的电路结构推断惯性力矩。

即，如果设惯性力矩推断值为J^#，则其能够由如下(2)式那样的运算式求得。

J^#＝∫(τ^*-J^#·dω_r/dt)dt...(2)

在以比例运算器或比例积分运算器形成速度控制单元13时，由图1示出的常数设定单元18根据切换单元17所选择输出的惯性力矩设定值(J^**)将任意一个运算器的比例增益K_p设定为由下述(3)式所求得的值。

K_p＝K·J^**...(3)

这里K是换算系数。此外，在速度控制单元13是比例积分运算器的情况下，也可以进一步进行积分时间的设定。

即，根据图1示出的电动机控制装置10，在能够进行电动机1用于推断该电动机和其驱动对象的惯性力矩的加速或减速运转动作的情况下，进行该动作来导出惯性力矩推断值(J^#)，根据该惯性力矩推断值(J^#)、通过切换单元17和常数设定单元18设定速度控制单元13的前述比例增益K_p。并且，在不能进行前述运转动作的情况下，根据由惯性设定单元16手动设定的惯性力矩手动设定值(J^*)、通过切换单元17和常数设定单元18设定速度控制单元13的前述比例增益K_p。

此外，由手动进行的设定是以马达轴为基准对包含负载的全部惯性力矩进行计算、设定的。另外，在手动设定值与实际的惯性力矩相差很大的情况下，会产生常数设定单元18所输出的速度控制单元13的设定常数变得不合适的问题。

也就是说，在实际的负载＞手动设定值的情况下，速度控制单元13的响应变迟缓，在实际的负载＜手动设定值的情况下，速度控制单元13的响应过快，变得容易振动。

在任何一种情况下都需要由手动进行的调节等，其最佳对策可以说是今后的课题。

图4是表示本发明的第2实施例的电动机的速度控制装置的电路结构图，在该图中，对与图1示出的实施例电路具有相同功能的内容赋予相同标记，在此省略其说明。

即，在图4示出的电路结构中省略速度检测器5，作为速度控制装置20不仅具备速度指令产生单元11、加法运算器12、速度控制单元13、电流控制单元14、惯性推断单元15、惯性设定单元16、切换单元17、常数设定单元18，还具备速度推断单元21。

该速度推断单元21是由公知的技术形成的，例如，其根据电动机1的初级电压指令值(v₁ ^*)和初级电流检测值(i₁)运算电动机1的反电动势，根据该反电动势导出电动机1的速度推断值(ω_r ^#)。

用于导出ω_r ^#的公式例如有如下(4)式。

ω_r ^#＝sgn(E_T){(|E_T|/φ₂)-G_cmE_M}...(4)

这里φ₂是次级磁通，E_M是磁通轴向分量感应电压，E_T是转矩轴向(与磁通轴正交)分量的感应电压，G_cm表示以E_M作为输入的调节单元的传递函数。

而且，设ω₁ ^*为初级角频率指令值、设ω_s ^*为滑差频率指令值，则速度推断值ω_r ^#由下述(5)式求出。

ω_r ^#＝ω₁ ^*-ω_s ^*...(5)

从而，由图4示出的电路结构中的惯性推断单元15根据转矩指令值(τ^*)和速度推断值(ω_r ^#)得出惯性力矩推断值(J^#)。

即，输入速度推断值(ωr#)来代替图2示出的惯性推断单元15的速度检测值(ωr)，根据该速度推断值(ωr#)和转矩指令值(τ^*)算出惯性力矩推断值(J#)。

Claims (3)

1.一种电动机的速度控制装置，其使用至少可改变控制常数的速度控制单元进行电动机的可变速控制，其特征在于，具备：

惯性推断单元，其推断前述电动机和该前述电动机的驱动对象的惯性力矩的总和，将其作为惯性力矩推断值输出；

惯性设定单元，其以手动设定惯性力矩，将其作为惯性力矩手动设定值输出；

切换单元，其根据是否能推断惯性力矩来切换并输出惯性力矩推断值或惯性力矩手动设定值中的某一个值；以及

常数设定单元，其根据切换单元的输出值设定前述速度控制单元的控制常数。

2.根据权利要求1所述的电动机的速度控制装置，其特征在于，

在通过前述速度控制单元使前述电动机加速运转或减速运转时，前述惯性推断单元根据前述速度控制单元输出的转矩指令值和前述电动机的速度检测值或速度推断值来导出前述惯性力矩推断值。

3.根据权利要求1或者2所述的电动机的速度控制装置，其特征在于，

用比例运算器或比例积分运算器来形成前述速度控制单元，前述常数设定单元根据与前述切换单元的输出值成比例的值来设定前述任意一种运算器的比例增益。

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