JP2001037300A - 電動機のベクトル制御装置 - Google Patents

電動機のベクトル制御装置

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JP2001037300A JP11211770A JP21177099A JP2001037300A JP 2001037300 A JP2001037300 A JP 2001037300A JP 11211770 A JP11211770 A JP 11211770A JP 21177099 A JP21177099 A JP 21177099A JP 2001037300 A JP2001037300 A JP 2001037300A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 速度センサを有するベクトル制御において、
速度検出系の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
した場合には元の速度センサに基づくベクトル制御に切
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。 【解決手段】 誘導電動機3の回転速度の実測値を速度
検出部1で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2の出力信号として得る速度
推定値との何れか一方を選択スイッチ8の切換えにより
選択し得るように構成するとともに、通常時には速度検
出値に基づくベクトル制御を行うとともに、速度検出値
の異常が検出された場合には、速度推定値に基づくセン
サレスベクトル制御に切換える一方、速度検出値が正常
に戻った場合には、センサレスベクトル制御から速度検
出値に基づくベクトル制御に復帰させるようにした。

Description

【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
たこと。 【0008】2) 上記1)に記載する電動機のベクト
ル制御装置において、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、実測値に基づく電動機速度を
異常とみなすようにしたこと。 【0009】3) 上記1)に記載する電動機のベクト
ル制御装置において、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
にしたこと。 【0010】4) 上記1)に記載する電動機のベクト
ル制御装置において、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】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】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
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H550 AA20 BB08 DD03 EE08 GG03 GG05 GG08 HA07 HB08 HB16 LL07 LL14 LL22 LL54 LL56 MM11 5H576 AA20 BB06 BB07 DD02 DD04 EE01 EE11 GG02 GG04 HA02 HB01 LL07 LL14 LL22 LL34 LL57 MM11

Claims (1)

  1. 【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たこ
    とを特徴とする電動機のベクトル制御装置。 【請求項2】 〔請求項1〕に記載する電動機のベクト
    ル制御装置において、 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、実測値に基づく電動機速度を異常とみなすようにし
    たことを特徴とする電動機のベクトル制御装置。 【請求項3】 〔請求項1〕に記載する電動機のベクト
    ル制御装置において、 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たことを特徴とす
    る電動機のベクトル制御装置。 【請求項4】 〔請求項1〕に記載する電動機のベクト
    ル制御装置において、 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。
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