JP2005304175A - Speed controller of motor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a speed controller of a motor which perform a speed control stable in all regions including a zero speed, a low speed, a regenerating, and a high speed even when the motor is connected to a load through a power transmission means. <P>SOLUTION: The speed controller includes a speed detection means for detecting a motor speed based on a position or speed information inputted from an external detector, an observer for calculating to estimate the motor speed based on a state variable and motor speed composite value which is outputted and controlled by a controller, a current controller for determining an instruction current based on the amount of feedbacks and the speed command value of the motor by setting either the calculated and estimated value of the motor speed by the observer or the motor speed composite value as the amount of the speed feedbacks, and a speed composite means for outputting the motor speed composite value based on the speed detection value by the speed detecting means in a low speed zone, based on the calculated estimated value of the motor speed by the observer in a high speed zone, and based on the calculated estimated values of the speed detection value and the motor speed in an intermediate speed zone. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、外部検出器との組合せにより広範囲にわたる速度制御を可能とする電動機の速度制御装置に関するものであり、ギアやベルトなどの動力伝達手段を介して連結された電動機の回転速度を制御することにより、スタッカークレーン、工作機械の主軸、印刷機等を制御する電動機の速度制御装置に係り、主に電動機に誘導電動機を用いた速度制御装置に関するものである。   The present invention relates to a motor speed control device that enables speed control over a wide range in combination with an external detector, and controls the rotational speed of motors connected via power transmission means such as gears and belts. The present invention relates to a speed control device for an electric motor that controls a stacker crane, a spindle of a machine tool, a printing machine, and the like, and more particularly to a speed control device that uses an induction motor for the electric motor.

誘導電動機の高性能な速度制御方式として、滑り周波数制御形のベクトル制御方法が普及し、これを速度検出器なしで制御する速度センサレスベクトル制御方法が知られている。
まず、誘導電動機の電動機速度の推定の一例について簡単に説明する。
1次周波数ω1で回転する回転座標系(d−q軸)で表わした誘導電動機の電圧方程式は、以下の(1)式で与えられる。

Figure 2005304175
但し、
Vd,Vq :回転座標系(d−q軸)の励磁軸電圧,トルク軸電圧
Id,Iq :回転座標系(d−q軸)の励磁軸電流,トルク軸電流
Φd,Φq :回転座標系(d−q軸)の励磁軸電動機磁束,トルク軸電動機磁束
ω1 :1次周波数
ωr :電動機速度
ωs* :滑り周波数指令値
R1 ,R2 :1次,2次抵抗
L1 ,L2,M :1次,2次,相互(励磁)インダクタンス
LL :漏れインダクタンス (LL=(L1・ L2 −M2 )/L2
p :微分演算子
また、1次周波数ω1、電動機速度ωr、滑り周波数指令値ωs*の関係、及び滑り周波数指令値ωs*の算出は以下の(2)式で表わされる。
ω1=ωr+ωs*、
ωs* =Iq* /(Id* ・T2) = Iq* ・R2/Φ* …(2)
但し、T2 は2次回路時定数(T2 =L2 /R2 )であり、添字(*)は指令値を表わす。 As a high-performance speed control method for induction motors, a vector control method of a slip frequency control type is widely used, and a speed sensorless vector control method for controlling this without a speed detector is known.
First, an example of estimating the motor speed of the induction motor will be briefly described.
The voltage equation of the induction motor represented by the rotating coordinate system (dq axes) rotating at the primary frequency ω1 is given by the following equation (1).
Figure 2005304175
However,
Vd, Vq: Excitation axis voltage of rotating coordinate system (dq axis), Torque axis voltage Id, Iq: Exciting axis current of rotating coordinate system (dq axis), Torque axis current Φd, Φq: Rotating coordinate system ( dq axis) excitation shaft motor magnetic flux, torque shaft motor magnetic flux ω1 : Primary frequency ωr : Motor speed ωs * : Slip frequency command value R1 , R2: primary, secondary resistance L1 , L2, M : Primary, secondary, mutual (excitation) inductance
LL: Leakage inductance (LL = (L1 · L2 -M 2) / L2 )
p: Differential operator The relationship between the primary frequency ω1, the motor speed ωr, the slip frequency command value ωs *, and the calculation of the slip frequency command value ωs * are expressed by the following equation (2).
ω1 = ωr + ωs *,
ωs * = Iq * / (Id * ・ T2) = Iq * ・ R2 / Φ * (2)
T2 Is the secondary circuit time constant (T2 = L2 / R2 ) And the subscript (*) represents the command value.

いま、Id* = 一定 …(3)
とし、上記(1)式を、(2),(3)式の条件のもとに回転座標系(d−q軸)で表した電圧指令値(Vd*,Vq*)は、以下の(4)式のようになる。

Figure 2005304175
電動機の速度制御装置が(2)式を満足するように制御すると、回転座標系(d−q軸)上の1次電流検出値I1 は1次電流指令値I1*(Id*,Iq*)通りの電流が流れ、電動機磁束Φ(Φd,Φq)は、
Φd=M・Id(一定),Φq=0 …(5)
に保たれる。これにより、誘導電動機の発生トルクτは、
τ=M/L2・(Φd・Iq−Φq・Id)
=M2 /L2 ・(Id・Iq) …(6)
となる。 Now, Id * = constant (3)
And the voltage command values (Vd *, Vq *) expressed in the rotating coordinate system (dq axes) under the conditions of the expressions (2) and (3) are expressed as follows: 4) It becomes like a formula.
Figure 2005304175
When the speed control device of the motor is controlled so as to satisfy the expression (2), the primary current detection value I1 on the rotating coordinate system (dq axes) Current flows according to the primary current command value I1 * (Id *, Iq *), and the motor magnetic flux Φ (Φd, Φq) is
Φd = M · Id (constant), Φq = 0 (5)
To be kept. Thereby, the generated torque τ of the induction motor is
τ = M / L 2 · (Φd · Iq−Φq · Id)
= M 2 / L2 ・ (Id ・ Iq) (6)
It becomes.

速度検出器を用いない場合は、例えば、速度適応2次磁束オブザーバを用い、上記(3)式を満足するような電動機磁束Φ (Φd,Φq)を推定し、誘導電動機の1次電流(相電流)Iu ,Iv ,Iw を検出し、静止座標系(a−b軸)上に変換した1次電流検出値I1(Ia,Ib)と電圧指令値V1*(Varef,Vbref)と、速度推定値ωr^とを入力として、電動機磁束推定値Φ^(Φa^ ,Φb^ )と1次電流推定値I1^(Ia^,Ib^)とを推定し、1次電流推定値I1^(Ia^,Ib^)と1次電流検出値I1(Ia,Ib)とを比較した推定誤差信号(I1− I1^)に基づき、次式(7)式で表わされる適応調整則により電動機速度を演算推定する。
ωr^=Ka(eIa・Φb^−eIb・Φa^)
+Kb ∫(eIa・Φb^−eIb・Φa^)dt …(7)
但し、推定誤差eIa、eIbについては、以下のようになる。
eIa=Ia−Ia^
eIb=Ib−Ib^
Ka:速度推定部比例ゲイン、Kb :速度推定部積分ゲイン
このように、同一次元磁束オブザーバ(以下、単に磁束オブザーバと記載)と速度適応機構とからなる速度適応2次磁束オブザーバによって誘導電動機の実速度の推定を行なう速度センサレスベクトル制御方式として、例えば非特許文献1などがある。
When the speed detector is not used, for example, an electric motor magnetic flux Φ that satisfies the above equation (3) using a speed adaptive secondary magnetic flux observer is used. (Φd, Φq) is estimated, and the primary current (phase current) Iu of the induction motor , Iv , Iw And the primary current detection value I1 (Ia, Ib), the voltage command value V1 * (Vref, Vbref), and the estimated speed value ωr ^ converted into the stationary coordinate system (ab axis) are input. , Estimated motor flux Φ ^ (Φa ^ , Φb ^ ) And the estimated primary current I1 ^ (Ia ^, Ib ^) and compare the primary current estimated value I1 ^ (Ia ^, Ib ^) with the primary current detection value I1 (Ia, Ib) Based on the estimated error signal (I1-I1 ^), the motor speed is calculated and estimated by the adaptive adjustment law expressed by the following equation (7).
ωr ^ = Ka (eIa / Φb ^ −eIb / Φa ^)
+ Kb ∫ (eIa · Φb ^ −eIb · Φa ^) dt (7)
However, the estimation errors eIa and eIb are as follows.
eIa = Ia-Ia ^
eIb = Ib−Ib ^
Ka: Speed estimation unit proportional gain, Kb : Speed estimation unit integral gain In this way, the speed sensorless vector control that estimates the actual speed of the induction motor by the speed adaptive secondary magnetic flux observer composed of the same-dimensional magnetic flux observer (hereinafter simply referred to as magnetic flux observer) and the speed adaptive mechanism. As a method, for example, there is Non-Patent Document 1.

しかし、一方で、適応2次磁束オブザーバで誘導電動機の実速度の推定を行なう速度センサレスベクトル制御方式に関しては、低速・回生状態では制御性能が劣化し、安定性に問題があることが報告され(例えば非特許文献2、非特許文献3参照。)、充分高い周波数成分を含む電圧を誘導電動機に印加する手法により低速回転時の低速・回生性能を改善することも報告されている(非特許文献3参照。)。 However, on the other hand, regarding the speed sensorless vector control method that estimates the actual speed of the induction motor with an adaptive secondary magnetic flux observer, it has been reported that the control performance deteriorates at low speed and regenerative state, and there is a problem in stability ( For example, refer to Non-Patent Document 2 and Non-Patent Document 3), and it has also been reported to improve low-speed / regenerative performance at low-speed rotation by applying a voltage including a sufficiently high frequency component to the induction motor (Non-Patent Document). 3).

また、機械軸側にある速度検出器を使用した制御装置として、例えば特許文献1がある。図6は特許文献1に記載のブロック図であり、101は3相2相変換器、102は積分器、103は2相3相変換器、104はインバータ、105は誘導電動機、107は主軸、108は回転位置検出器、109はセンサレス速度検出部、110は位置・速度変換器、111はハイパスフィルタ、112はローパスフィルタ、113は加算器、114は比較器、115は切替器、116はリミッタ、117は電流制御器、118は磁束密度指令発生器、119は励磁電流指令発生器、120は減算器、121はPI増幅器、122、123は除算器、124は乗算器、125は加算器、126は直流電圧源、127(a)、(b)、(c)は電流検出器である。
本制御装置においては、3相2相変換手段101によって電流検出器127で検出したモータ電流の瞬時値iu、iv,iwからモータ内部の励磁電流id、およびトルク電流iqを直流量として検出している。これら励磁電流id、およびトルク電流iqは、それぞれ励磁電流指令値id*およびトルク電流指令値iq*との偏差に応じて電流制御器117によりフィードバック制御されている。第1速度推定手段は、モータ速度の推定値に誤差がある場合には、トルク電流検出値iqとトルク電流指令値iq*との偏差、もしくは励磁電流検出値idと励磁電流指令値id*との偏差が大きくなることを利用して、センサレス速度検出部109を用いて第1速度検出値を算出している。この第1速度検出値は低い周波数成分においては検出誤差を多く含む性質があるが、高周波数成分については比較的精度の高い検出値が得られる。一方、主軸に取り付けられた回転位置検出器108から位置・速度変換器110で算出した第2のモータ回転速度推定値つまり第2速度検出値は、比較的高い周波数成分において誤差を多く含む性質があるが、低周波数成分については比較的精度の高い検出値が得られる。従って、第1速度検出値と主軸に取り付けられた検出器による第2速度検出値の双方の精度の良い周波数成分を、それぞれ、ハイパスフィルタ111、ローパスフィルタ112で抽出し、加算器113で加算合成した結果をモータ速度検出値として速度フィードバック制御に使用するとともに、第1速度検出値と第2の速度検出値との差が所定値以上である場合には、第1速度検出値をモータ速度検出値として使用するようにしている。
また、モータ速度が低速の領域において、特に減速方向のトルクを正確に制御ができないとの問題に対し、リミッタ116によって、低速・回生領域でのq軸電流指令値を予め定めた所定のリミット値に制限するシーケンス処理を設けることで解決している。
As a control device using a speed detector on the machine shaft side, for example, there is Patent Literature 1. FIG. 6 is a block diagram described in Patent Document 1. 101 is a three-phase two-phase converter, 102 is an integrator, 103 is a two-phase three-phase converter, 104 is an inverter, 105 is an induction motor, 107 is a main shaft, 108 is a rotational position detector, 109 is a sensorless speed detector, 110 is a position / speed converter, 111 is a high-pass filter, 112 is a low-pass filter, 113 is an adder, 114 is a comparator, 115 is a switch, and 116 is a limiter. , 117 is a current controller, 118 is a magnetic flux density command generator, 119 is an excitation current command generator, 120 is a subtractor, 121 is a PI amplifier, 122 and 123 are dividers, 124 is a multiplier, 125 is an adder, 126 is a DC voltage source, and 127 (a), (b), and (c) are current detectors.
In this control apparatus, the excitation current id and the torque current iq inside the motor are detected as direct current amounts from the instantaneous values iu, iv, iw of the motor current detected by the current detector 127 by the three-phase / two-phase conversion means 101. Yes. The excitation current id and the torque current iq are feedback-controlled by the current controller 117 according to the deviation between the excitation current command value id * and the torque current command value iq *, respectively. If there is an error in the estimated value of the motor speed, the first speed estimation means determines the deviation between the torque current detection value iq and the torque current command value iq * or the excitation current detection value id and the excitation current command value id *. The first speed detection value is calculated by using the sensorless speed detection unit 109 by utilizing the fact that the deviation of. This first speed detection value has a property of including a lot of detection errors in low frequency components, but a relatively high detection value can be obtained for high frequency components. On the other hand, the second motor rotational speed estimated value calculated by the position / velocity converter 110 from the rotational position detector 108 attached to the main shaft, that is, the second speed detected value, has a characteristic that includes a lot of errors in a relatively high frequency component. However, relatively low detection values can be obtained for low frequency components. Therefore, accurate frequency components of both the first speed detection value and the second speed detection value by the detector attached to the spindle are extracted by the high-pass filter 111 and the low-pass filter 112, respectively, and are added and synthesized by the adder 113. When the difference between the first speed detection value and the second speed detection value is equal to or greater than a predetermined value, the first speed detection value is detected as the motor speed. It is used as a value.
Further, for the problem that the torque in the deceleration direction cannot be accurately controlled particularly in the low motor speed region, the limiter 116 allows the q-axis current command value in the low speed / regenerative region to be set to a predetermined limit value. This is solved by providing a sequence processing that is limited to the above.

久保田、尾崎、松瀬、中野、「適応2次磁束オブザーバを用いた誘導電動機の速度センサレス直接形ベクトル制御」、電気学会論文誌D、111巻11号、P.954−960Kubota, Ozaki, Matsuse, Nakano, “Velocity sensorless direct vector control of induction motor using adaptive secondary magnetic flux observer”, IEEJ Transactions D, Vol. 111, No. 11, p. 954-960 杉本、丁、「適応2次磁束オブザーバを用いた誘導電動機系の安定性に関する一考察」、電気学会論文誌D、119巻10号、P.1212−1222Sugimoto, Ding, “A Study on Stability of Induction Motor System Using Adaptive Secondary Magnetic Flux Observer”, IEEJ Transactions D, 119, 10, p. 1212-1222 金原、小山、「低速・回生領域を含む誘導電動機の速度センサレスベクトル制御法」、電気学会論文誌D、120巻2号、P.223−229Kanehara and Koyama, “Speed Sensorless Vector Control Method for Induction Motors Including Low-Speed / Regenerative Regions”, IEEJ Transactions D, Volume 120, No. 2, 223-229 特開2002−51594号公報JP 2002-51594 A

しかしながら、前記従来の速度適応2次磁束オブザーバを用いた速度センサレス制御方式では、低速・回生状態では制御性能が劣化し、安定性に問題があること、充分高い周波数成分を含む電圧を誘導電動機に印加する手法では、少なからず重畳電圧によりトルクリップルが発生することや厳密なゲイン調整が必要であるという問題がある。また特許文献1に記載の従来例は、モータ速度が低速の領域における減速方向、つまり、低速・回生領域で、q軸電流指令値をリミットするなどの特別なシーケンス処理を必要とする問題がある。
そこで、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、その目的とするところは、零速度、低速・回生領域を含む全領域で安定した運転ができる電動機速度制御装置を提供することにある。
However, in the speed sensorless control method using the conventional speed adaptive secondary magnetic flux observer, the control performance deteriorates in the low speed / regenerative state, there is a problem in stability, and a voltage including a sufficiently high frequency component is applied to the induction motor. In the method of applying, there is a problem that torque ripple is generated due to the superimposed voltage, and that strict gain adjustment is required. Further, the conventional example described in Patent Document 1 has a problem that requires special sequence processing such as limiting the q-axis current command value in a deceleration direction in a low motor speed region, that is, in a low speed / regenerative region. .
Therefore, the present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide an electric motor speed control device capable of stable operation in all regions including zero speed, low speed / regeneration regions. There is.

前記課題を解決するため電動機の速度制御装置において、外部検出器から入力される位置または速度情報に基づいて電動機速度を検出する速度検出手段と、前記速度制御装置が出力制御する状態変数および電動機速度合成値に基づいて電動機速度を演算推定するオブザーバと、前記オブザーバによる電動機速度の演算推定値または電動機速度合成値のいずれか一方を速度フィードバック量とし、前記フィードバック量および前記電動機の速度指令値に基づいて指令電流を決定する電流制御器と、前記電動機速度が低速域においては前記速度検出手段による速度検出値に基づいて、高速域においては前記オブザーバによる電動機速度の演算推定値に基づいて、中速域においては前記速度検出値および前記電動機速度の演算推定値に基づいて前記電動機速度合成値を出力する速度合成手段を備えたことを特徴としている。
このようになっているため、高速域では動力伝達手段のガタの影響を受けない速度制御ができ、外部検出器を用いることで制御性能が劣化する低速領域では、特に低速・回生時においても、制御系が不安定になることもなく、全領域で非常に安定した運転を行なうことができ、これらの間における切替も中速域を介しスムーズに行うことができる。
In order to solve the above problems, in a motor speed control device, speed detection means for detecting motor speed based on position or speed information input from an external detector, state variables output by the speed control device, and motor speed Based on the feedback amount and the speed command value of the motor, the observer for calculating and estimating the motor speed based on the combined value, and either the calculation estimated value of the motor speed or the motor speed combined value by the observer is a speed feedback amount. A current controller that determines a command current, and based on a speed detection value by the speed detection means when the motor speed is in a low speed range, and based on a calculation estimated value of the motor speed by the observer in a high speed range, In the region, based on the speed detection value and the operation estimated value of the motor speed, It is characterized by comprising a speed synthesis means for outputting a motive speed combined value.
Because of this, speed control can be performed without being affected by backlash of the power transmission means in the high speed range, and in the low speed range where the control performance deteriorates by using an external detector, especially at low speed and regeneration, The control system does not become unstable, and very stable operation can be performed in the entire region, and switching between these can be performed smoothly through the medium speed region.

また誘導電動機の速度制御装置において、外部検出器から入力される位置または速度情報に基づいて電動機速度を検出する速度検出手段と、前記速度制御装置が出力制御する状態変数および電動機速度合成値に基づいて電動機速度を演算推定するオブザーバと、前記オブザーバによる電動機速度の演算推定値または電動機速度合成値のいずれか一方を速度フィードバック量とし、前記フィードバック量および前記電動機の速度指令値に基づいて指令電流を決定する電流制御器と、すべり周波数を演算出力するすべり周波数演算器と、前記電動機速度が低速域においては前記速度検出手段による速度検出値に基づいて、高速域においては前記オブザーバによる電動機速度の演算推定値に基づいて、中速域においては前記速度検出値および前記電動機速度の演算推定値に基づいて前記電動機速度合成値を出力する速度合成手段を備えたことを特徴としている。 Further, in the speed control device for the induction motor, based on the speed detection means for detecting the motor speed based on the position or speed information input from the external detector, the state variable controlled by the speed control device and the motor speed composite value. An observer for calculating and estimating the motor speed, and either the motor speed calculation estimated value or the motor speed combined value by the observer is a speed feedback amount, and the command current is calculated based on the feedback amount and the motor speed command value. A current controller for determining, a slip frequency calculator for calculating and outputting a slip frequency, and a motor speed calculation by the observer in a high speed range based on a speed detection value by the speed detection means when the motor speed is a low speed range. Based on the estimated value, the speed detection value and the power Based on the calculated estimated value of the machine speed is characterized by comprising a speed synthesis means for outputting the motor speed combined value.

さらに電動機の速度制御装置において、外部検出器から入力される位置または速度情報に基づいて電動機速度を検出する速度検出手段と、前記速度制御装置が出力制御する状態変数および電動機速度合成値に基づいて位相および電動機速度を演算推定するオブザーバと、すべり周波数を演算出力するすべり周波数演算器と、前記オブザーバによる位相の演算推定値を微分する微分器と、前記微分器の出力から前記すべり周波数演算器の出力を減算する第1の減算器と、前記電動機の速度指令値および前記減算器の出力に基づいて指令電流を決定する電流制御器と、前記電動機速度が低速域においては前記速度検出手段による速度検出値に基づいて、高速域においては前記オブザーバによる電動機速度の演算推定値に基づいて、中速域においては前記速度検出値および前記電動機速度の演算推定値に基づいて前記電動機速度合成値を出力する速度合成手段を備えたことを特徴としている。 Further, in the motor speed control device, based on the speed detection means for detecting the motor speed based on the position or speed information inputted from the external detector, the state variable output by the speed control device and the motor speed composite value An observer that computes and estimates the phase and motor speed, a slip frequency calculator that computes and outputs a slip frequency, a differentiator that differentiates the estimated computation value of the phase by the observer, and an output of the differentiator A first subtractor for subtracting the output; a current controller for determining a command current based on the speed command value of the motor and the output of the subtractor; and a speed by the speed detecting means when the motor speed is in a low speed range. Based on the detected value, in the high speed range, based on the estimated value of the motor speed by the observer, in the medium speed range It is characterized by comprising a speed synthesis means for outputting the motor speed combined value based on the calculated estimated value of the speed detected value and the motor speed.

さらには、前記検出手段による速度検出値を入力とする第1の重み関数器と、前記オブザーバによる電動機速度の演算推定値を入力とする第2の重み関数器とを備え、前記速度合成手段は前記第1の重み関数器の出力と前記第2の重み関数器の出力とを加算し、この加算値を中速域の電動機速度合成値とすることを特徴としている。
中速域を介しての切替をスムーズに行うための手段を、具体的に示したものである。
Furthermore, a first weighting function unit that receives a speed detection value obtained by the detection unit and a second weighting function unit that receives an operation estimated value of the motor speed by the observer, and the speed synthesis unit includes: The output of the first weight function unit and the output of the second weight function unit are added, and this added value is used as the motor speed composite value in the medium speed range.
Means for smoothly performing the switching through the medium speed range are specifically shown.

また、前記速度検出手段は、前記電動機に動力伝達手段を介して接続される負荷側にある外部検出器から入力される位置または速度情報に基づいて電動機速度を検出することを特徴としている。
これにより、動力伝達手段にガタ等が存在しても、ガタによる影響を受ける中高速域においても安定した速度制御を行なうことができ、ガタの影響を受けない低速域ともあわせ、全速度領域にわたって安定した速度制御を行えるようになる。
Further, the speed detection means detects the motor speed based on position or speed information inputted from an external detector on the load side connected to the electric motor via a power transmission means.
As a result, even if there is play in the power transmission means, stable speed control can be performed even in the middle and high speed range that is affected by play, and over the entire speed range, including the low speed range that is not affected by play. Stable speed control can be performed.

さらには、速度指令値から前記速度検出手段による速度検出値を減算する第2の減算器と、前記第2の減算器出力を積分する積分器と、前記すべり周波数演算器の出力と前記積分器の出力とを乗算した乗算値を前記すべり周波数器への出力補正量として出力するすべり周波数補正手段を備えたことを特徴としている。
このようになっているため、極低速時においても、また回生状態であっても、滑り周波数を補正することができ、速度指令値どおりに電動機を駆動制御することができる。
Furthermore, a second subtracter that subtracts the speed detection value from the speed detection means from the speed command value, an integrator that integrates the output of the second subtractor, an output of the slip frequency calculator, and the integrator And a slip frequency correcting means for outputting a multiplication value obtained by multiplying the output as an output correction amount to the slip frequency device.
Thus, the slip frequency can be corrected even at an extremely low speed or in a regenerative state, and the motor can be driven and controlled according to the speed command value.

以上のようにして電動機速度制御が行われるので、低速域から高速域に至る全領域において安定した速度制御運転ができ、特に、超低速、さらには回生時においても、制御系が不安定になることもなく、極めて安定した運転を行なうことができるという効果がある。   Since the motor speed control is performed as described above, a stable speed control operation can be performed in the entire range from the low speed range to the high speed range, and the control system becomes unstable especially at ultra low speeds and even during regeneration. There is also an effect that a very stable operation can be performed.

以下、本発明の具体的実施例について説明する。   Hereinafter, specific examples of the present invention will be described.

図1は、本発明の第1の実施形態の電動機ベクトル制御装置の構成を示すブロック図である。図1において、電動機制御装置は、PWMインバータ1、ベクトル制御器10を有し、機構系30を制御する。PWMインバータ1内には、コンバータ3、平滑コンデンサ4、逆変換回路5、電流検出器6A、6B、6C、PWM制御部7がある。ベクトル制御器10内には、座標変換器11A,11B、速度演算器12、減算器13A,13B、43、速度制御部14、励磁電流設定器15、電流制御部16、滑り周波数指令演算器17、加算器18、積分器19、同一次元磁束オブザーバ20、速度適応機構21があり、電流制御部16にはトルク電流制御部16Aと励磁電流制御部16Bが含まれている。
機構系30は、電動機2に動力伝達手段としてのギア31にドラム32、荷重33の位置を制御するための位置決め用検出器34が連結され、荷重33はロープ35で滑車36を介してドラム32とつながっている。なお、位置決め用検出器34の信号は、位置決め制御器(図示せず)に送られ、位置決め制御器は速度指令を電動機制御装置に送出する。
コンバータ3は、3相の交流電源(R,S,T)に接続されており、その出力を整流する。平滑コンデンサ4は、コンバータ3に接続されており、その出力を平滑する。逆変換回路5は、例えば、PWM制御部7の出力によりベース電流を制御されるトランジスタで構成されている。これにより、平滑コンデンサ4の両端の直流電圧がPWM制御部7の出力により制御された3相の交流電圧に変換され、電動機2に供給される。電流検出器6AはU相の電流Iuを検出する。電流検出器6BはV相の電流Ivを検出する。電流検出器6CはW相の電流Iwを検出する。電流検出器6A,6B、6Cで検出された各相の検出電流Iu,Iv,Iwは座標変換器11Aに供給される。座標変換器11Aは、3相の検出電流Iu,Iv,Iwを座標系(a−b軸)上のIa、Ibに変換し、更に回転磁界座標系における励磁電流フィードバック信号Idとトルク電流フィードバック信号Iqに変換し、減算器13A、13Bへ送る。座標変換器11Aによる変換は、以下に示す(8)式にしたがい行なわれる。なお、θについては後述する。

Figure 2005304175
また、座標変換器11Aは、Ia、Ibを同一次元磁束オブザーバ20へ送る。速度演算器12は、ドラム32に連結された位置決め用検出器34からの機械軸速度検出値に動力伝達手段であるギア31の変速比を乗じて速度検出値ωrを算出し、係数器22Aに送る。同一次元磁束オブザーバ20、速度適応機構21は、座標変換器11AからIa、Ibと後述する座標変換器11BからのVaref、Vbrefおよび、後述する加算器23からの合成速度信号ωcを基に、上記(7)式により速度推定演算してωr^を求め、減算器43にフィードバックするとともに、係数器22Bへも送る。係数器22A、22Bは、図5に示す速度推定値ωr^の関数として、予め決められたゲインKを用いて、それぞれ、K、(1−K)で与えられる。加算器23は、係数器22A、22Bで重みづけされたそれぞれの信号を加算して合成速度信号ωcとし、同一次元磁束オブザーバ20に帰還する。減算器43は、位置決め制御装置(図示せず)からの速度指令値ωr*と速度適応機構21からの速度推定値ωr^の偏差をとって速度制御部14に送る。速度制御部14は、減算器43から与えられた偏差を零とするような、すなわち速度指令値ωr*と速度推定値ωr^を一致させるようなトルク電流指令信号Iq*を求め、減算器13Aに送る。減算器13Aは、座標変換器11Aからのトルク電流フィードバック信号Iqと速度制御部14からのトルク電流指令信号Iq*の偏差を求め、トルク電流制御部16Aに送る。励磁電流設定器15は、所定の励磁電流値が設定されており、その設定値を励磁電流指令信号Id*として減算器13Bに送る。減算器13Bは、励磁電流設定器15からの励磁電流指令信号Id*と、座標変換器11Aからの励磁電流フィードバック信号Idの偏差を求め、励磁電流制御部16Bに送る。トルク電流制御部16Aおよび励磁電流制御部16Bは、それぞれ減算器13Aと13Bからの偏差信号と各逆起電力の電圧補償値(図示せず)との和にしたがって、回転磁界座標系における電圧指令信号Vq*とVd*を生成し、座標変換器11Bに送る。座標変換器11Bは、電圧指令信号Vd*、Vq*を位相θで(a−b軸)上のVaref、Vbrefに変換し、更に電動機2の固定子座標系における3相交流出力電圧指令信号Vu*、Vv*、Vw*に変換し、PWM制御部7に送る。座標変換器11Bによる変換は以下の(9)式にしたがって行なわれる。なおθについては後述する。
Figure 2005304175
また、座標変換器11Bは、Varef、Vbrefを同一次元磁束オブザーバ20へ送る。PWM制御部7は、これら3相交流出力電圧指令Vu*、Vv*、Vw*を搬送波信号と比較してパルス幅変調信号に変換する。このパルス幅変調信号を図示していないパルス増幅器を介して点弧信号となり、トランジスタのベース電流として逆変換回路5をスイッチング制御する。これにより、平滑コンデンサ4の両端の直流電圧が3相の交流電圧に変換される。滑り周波数指令演算器17は、励磁電流指令Id*、トルク電流指令Iq*と2次抵抗R2(図示せず)から滑り周波数指令ωs*を求める。加算器18は、速度適応機構21で推定されたωr^と滑り周波数指令ωs*を加算して、1次角周波数指令信号ω1*を求める。積分器19は、1次角周波数指令信号ω1*を積分し位相θを求め、座標変換11A、11Bに送る。
なお、図1では、電動機2により発生する誘起電圧E、1次抵抗R1や漏れインダクタンスLLによる逆起電力の電圧を補償する回路は省略している。
また、図5記載の所定値1,2の値は、機械の共振周波数が問題にならない速度域に決定しており、所定値2以上の速度域では、完全な速度センサレス制御に切り替えられる。なお、図5では、速度推定値ωr^で切り替えるように記載しているが、位置決め用検出器34から速度演算器12で求めた速度検出値ωrや、一次周波数指令値ω1*、あるいは、速度指令値ωr*等で切り替えることもできる。
また、上記説明で、減算器43と加算器18への速度フィードバック信号は、速度適応機構21からの速度推定値ωr^としたが、加算器23で演算され同一次元磁束オブザーバ20に送られる合成速度信号ωcを用いてもよい。
このように、速度制御が行われるので、制御性能が劣化する低速領域では、電動機の実際の速度に基づく位置決め用検出器34から速度情報が同一次元磁束オブザーバ20に帰還されるので、低速・回生時に制御系が不安定になることもなく運転が行われる。また、検出器に基づく低速運転とセンサレス制御に基づく高速運転との間の中間領域においては、これら双方を加味した制御を行うので、低速から中速・高速域に移ったとしても、その間もその後もスムーズに安定した速度制御運転が行われることとなる。 FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an electric motor vector control apparatus according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the motor control device has a PWM inverter 1 and a vector controller 10 and controls a mechanism system 30. In the PWM inverter 1, there are a converter 3, a smoothing capacitor 4, an inverse conversion circuit 5, current detectors 6 </ b> A, 6 </ b> B, 6 </ b> C, and a PWM control unit 7. In the vector controller 10, coordinate converters 11A and 11B, a speed calculator 12, subtractors 13A, 13B, and 43, a speed controller 14, an excitation current setting unit 15, a current controller 16, and a slip frequency command calculator 17 are provided. , An adder 18, an integrator 19, a one-dimensional magnetic flux observer 20, and a speed adaptation mechanism 21, and the current controller 16 includes a torque current controller 16A and an excitation current controller 16B.
In the mechanical system 30, a positioning detector 34 for controlling the position of a drum 32 and a load 33 is connected to a gear 31 as a power transmission means to the electric motor 2, and the load 33 is a rope 35 via a pulley 36 and a drum 32. It is connected with. The signal from the positioning detector 34 is sent to a positioning controller (not shown), and the positioning controller sends a speed command to the motor control device.
The converter 3 is connected to a three-phase AC power source (R, S, T) and rectifies its output. The smoothing capacitor 4 is connected to the converter 3 and smoothes its output. The inverse conversion circuit 5 is composed of, for example, a transistor whose base current is controlled by the output of the PWM control unit 7. As a result, the DC voltage across the smoothing capacitor 4 is converted into a three-phase AC voltage controlled by the output of the PWM controller 7 and supplied to the electric motor 2. The current detector 6A detects a U-phase current Iu. The current detector 6B detects the V-phase current Iv. The current detector 6C detects the W-phase current Iw. The detected currents Iu, Iv, Iw of each phase detected by the current detectors 6A, 6B, 6C are supplied to the coordinate converter 11A. The coordinate converter 11A converts the three-phase detection currents Iu, Iv, and Iw into Ia and Ib on the coordinate system (ab axis), and further, an excitation current feedback signal Id and a torque current feedback signal in the rotating magnetic field coordinate system. Iq is converted and sent to the subtracters 13A and 13B. The conversion by the coordinate converter 11A is performed according to the following equation (8). Note that θ will be described later.
Figure 2005304175
Also, the coordinate converter 11A sends Ia and Ib to the same-dimensional magnetic flux observer 20. The speed calculator 12 calculates the speed detection value ωr by multiplying the mechanical shaft speed detection value from the positioning detector 34 connected to the drum 32 by the gear ratio of the gear 31 that is the power transmission means, and the coefficient unit 22A send. The one-dimensional magnetic flux observer 20 and the speed adaptation mechanism 21 are based on the coordinate converters 11A to Ia and Ib, the Varref and Vbref from the coordinate converter 11B described later, and the combined speed signal ωc from the adder 23 described later. The speed is estimated by the equation (7) to obtain ωr ^, which is fed back to the subtractor 43 and also sent to the coefficient unit 22B. The coefficient units 22A and 22B are given by K and (1-K), respectively, using a predetermined gain K as a function of the estimated speed value ωr ^ shown in FIG. The adder 23 adds the respective signals weighted by the coefficient units 22 </ b> A and 22 </ b> B to obtain a combined speed signal ωc, and feeds back to the same-dimensional magnetic flux observer 20. The subtractor 43 takes the deviation between the speed command value ωr * from the positioning control device (not shown) and the estimated speed value ωr ^ from the speed adaptation mechanism 21 and sends it to the speed control unit 14. The speed control unit 14 obtains a torque current command signal Iq * that makes the deviation given from the subtractor 43 zero, that is, matches the speed command value ωr * and the estimated speed value ωr ^, and the subtractor 13A. Send to. The subtractor 13A calculates a deviation between the torque current feedback signal Iq from the coordinate converter 11A and the torque current command signal Iq * from the speed control unit 14, and sends it to the torque current control unit 16A. The excitation current setting unit 15 is set with a predetermined excitation current value, and sends the set value to the subtractor 13B as an excitation current command signal Id *. The subtractor 13B obtains a deviation between the excitation current command signal Id * from the excitation current setter 15 and the excitation current feedback signal Id from the coordinate converter 11A, and sends it to the excitation current control unit 16B. The torque current control unit 16A and the excitation current control unit 16B, respectively, are voltage commands in the rotating magnetic field coordinate system according to the sum of the deviation signals from the subtracters 13A and 13B and the voltage compensation values (not shown) of the back electromotive forces. Signals Vq * and Vd * are generated and sent to the coordinate converter 11B. The coordinate converter 11B converts the voltage command signals Vd * and Vq * into Vref and Vbref on the phase ab (axis ab), and further converts the voltage command signals Vd * and Vq * into a three-phase AC output voltage command signal Vu in the stator coordinate system of the motor 2. *, Converted into Vv * and Vw * and sent to the PWM control unit 7. Conversion by the coordinate converter 11B is performed according to the following equation (9). Note that θ will be described later.
Figure 2005304175
Further, the coordinate converter 11 </ b> B sends Varef and Vbref to the same-dimensional magnetic flux observer 20. The PWM controller 7 compares these three-phase AC output voltage commands Vu *, Vv *, and Vw * with a carrier wave signal and converts them into a pulse width modulation signal. This pulse width modulation signal becomes an ignition signal via a pulse amplifier (not shown), and the inverse conversion circuit 5 is subjected to switching control as a base current of the transistor. As a result, the DC voltage across the smoothing capacitor 4 is converted into a three-phase AC voltage. The slip frequency command calculator 17 calculates a slip frequency command ωs * from the excitation current command Id *, the torque current command Iq *, and the secondary resistance R2 (not shown). The adder 18 adds the ωr ^ estimated by the speed adaptation mechanism 21 and the slip frequency command ωs * to obtain a primary angular frequency command signal ω1 *. The integrator 19 integrates the primary angular frequency command signal ω1 * to obtain the phase θ and sends it to the coordinate transformations 11A and 11B.
In FIG. 1, a circuit for compensating for the induced voltage E generated by the electric motor 2, the primary resistance R1, and the back electromotive force voltage due to the leakage inductance LL is omitted.
Further, the predetermined values 1 and 2 shown in FIG. 5 are determined in a speed range in which the resonance frequency of the machine does not cause a problem. In the speed range of the predetermined value 2 or more, the control is switched to complete speed sensorless control. In FIG. 5, it is described that switching is performed with the estimated speed value ωr ^, but the detected speed value ωr obtained from the positioning detector 34 by the speed calculator 12, the primary frequency command value ω1 *, or the speed It can also be switched by the command value ωr * or the like.
In the above description, the speed feedback signal to the subtracter 43 and the adder 18 is the speed estimated value ωr ^ from the speed adaptation mechanism 21, but is synthesized by the adder 23 and sent to the same-dimensional magnetic flux observer 20. The speed signal ωc may be used.
Since speed control is performed in this way, in the low speed region where the control performance deteriorates, the speed information is fed back from the positioning detector 34 based on the actual speed of the motor to the same-dimensional magnetic flux observer 20, so that the low speed / regeneration is performed. Occasionally the operation is carried out without the control system becoming unstable. In addition, in the intermediate region between low-speed operation based on the detector and high-speed operation based on sensorless control, control is performed taking both of these into consideration. As a result, a smooth and stable speed control operation is performed.

次に図2を用いて本発明の第2の実施形態を説明する。図1と異なるところは、速度適応機構21の演算処理を1部変更し21(a)としたこと、加算器18と積分器19と除去し、替わりに微分器24、減算器25を追加したことである。
速度適応機構21(a)は、前述したようにして推定した電動機磁束推定値Φ^(Φa^ ,Φb^ )を用いて、位相θ^をtan-1(Φa^ /Φb^)で演算出力し、座標変換器11A、11B,微分器24に送る。微分器24は、速度適応機構21(a)出力である位相θ^を微分し1次周波数ω1^を出力し、減算器25に送る。減算器25は、微分器24からの1次周波数ω1^を滑り周波数指令演算器17からの滑り周波数指令値ωs*で減算して速度推定値ωr^を求め、減算器43にフィードバックする。その他の動作は第1の実施形態と全く同様であるので説明を省略する。
第2の実施形態のように構成されたベクトル制御方法でも速度適応2次磁束オブザーバの使用方法が変わるだけで、基本的考え方は全く変わらないので第1の実施形態と同様に本発明を実施でき、低速・回生時に制御系が不安定になることもなく運転が行われる。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The difference from FIG. 1 is that the calculation processing of the speed adaptation mechanism 21 is changed to a part 21 (a), the adder 18 and the integrator 19 are removed, and a differentiator 24 and a subtractor 25 are added instead. That is.
The speed adaptation mechanism 21 (a) uses the estimated motor magnetic flux Φ ^ (Φa ^) estimated as described above. , Φb ^ ) To change the phase θ ^ to tan -1 (Φa ^ / Φb ^) and outputs to the coordinate converters 11A and 11B and the differentiator 24. The differentiator 24 differentiates the phase θ ^ that is the output of the speed adaptation mechanism 21 (a), outputs the primary frequency ω1 ^, and sends it to the subtractor 25. The subtractor 25 subtracts the primary frequency ω1 ^ from the differentiator 24 by the slip frequency command value ωs * from the slip frequency command calculator 17 to obtain the estimated speed value ωr ^ and feeds it back to the subtractor 43. Other operations are the same as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
Even in the vector control method configured as in the second embodiment, the basic idea is not changed at all, only the method of using the speed adaptive secondary magnetic flux observer is changed, so that the present invention can be implemented as in the first embodiment. Operation is performed without the control system becoming unstable at low speed and regeneration.

次に図3を用いて本発明の第3の実施形態を説明する。第3の実施形態は、位置決め用検出器34を基に得られた速度検出値と速度指令値ωr*が一致するように、滑り周波数指令の大きさを補正して速度制御精度向上させるものである。
図3が図1と異なるところは、減算器26、切替SW27、乗算器28、積分器19Aを追加したことである。
減算器26は、速度指令値ωr*と速度演算器12からの速度検出値ωrを減算し、切替SW27に送る。切替SW27は、速度指令値ωr*が加速、減速していない速度一定状態でかつ、速度検出値ωrが所定値以下であれば減算器26出力を、それ以外であれば0を積分器19Aに送る。積分器19Aは、機構系の共振周波数を考慮した長い時定数の積分器であり、入力値を積分して乗算器28に送る。乗算器28は、滑り周波数指令演算器17出力である滑り周波数指令ωs*と積分器19A出力を乗算し、滑り周波数指令値補正量Δωs*を求め、加算器18に送る。加算器18では、速度適応機構21出力の速度推定値ωr^と滑り周波数指令演算器17出力の滑り周波数指令ωs*と乗算器28出力の滑り周波数指令値補正量Δωs*を加算する。その他の動作は第1の実施形態と全く同様であるので説明を省略する。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The third embodiment improves the speed control accuracy by correcting the magnitude of the slip frequency command so that the speed detection value obtained based on the positioning detector 34 matches the speed command value ωr *. is there.
3 is different from FIG. 1 in that a subtracter 26, a switching SW 27, a multiplier 28, and an integrator 19A are added.
The subtracter 26 subtracts the speed command value ωr * and the speed detection value ωr from the speed calculator 12 and sends the result to the switch SW27. The switch SW27 outputs the subtractor 26 output to the integrator 19A if the speed command value ωr * is in a constant speed state where the acceleration / deceleration has not been accelerated and the speed detection value ωr is equal to or less than a predetermined value, and 0 otherwise. send. The integrator 19 </ b> A is an integrator having a long time constant considering the resonance frequency of the mechanical system, and integrates the input value and sends it to the multiplier 28. The multiplier 28 multiplies the slip frequency command ωs *, which is the output of the slip frequency command calculator 17, by the output of the integrator 19 </ b> A to obtain a slip frequency command value correction amount Δωs * and sends it to the adder 18. The adder 18 adds the estimated speed value ωr ^ output from the speed adaptation mechanism 21, the slip frequency command ωs * output from the slip frequency command calculator 17, and the slip frequency command value correction amount Δωs * output from the multiplier 28. Other operations are the same as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

次に図4を用いて本発明の第4の実施形態を説明する。図4が図2と異なるところは、減算器26、切替SW27、乗算器28、加算器29、積分器19Aを追加したことである。
減算器26は、速度指令値ωr*と速度演算器12からの速度検出値ωrを減算し、切替SW27に送る。切替SW27は、速度指令値ωr*が加速、減速していない速度一定状態でかつ、速度検出値ωrが所定値以下であれば減算器26出力を、それ以外であれば0を積分器19Aに送る。積分器19Aは、機構系の共振周波数を考慮した長い時定数の積分器であり、入力値を積分して乗算器28に送る。乗算器28は、滑り周波数指令演算器17出力である滑り周波数指令ωs*と積分器19A出力を乗算し、滑り周波数指令値補正量Δωs*を求め、加算器29に送る。
加算器29では、滑り周波数指令演算器17出力の滑り周波数指令ωs*と乗算器28出力の滑り周波数指令値補正量Δωs*を加算し、減算器25へ送る。減算器25は微分器24の出力を過算器29の出力で減算してこれを速度推定値ωr^とし、減算器43にフィードバックする。その他の動作は第2の実施形態と全く同様であるので説明を省略する。
このようにして、第3の実施形態や第4の実施形態では、滑り周波数指令値ωs*は補正される。なお、切替SW27の切り替えの1条件である所定値は、機構系の共振周波数を考慮し、数Hz程度に決める。これにより、極低速でも電動機速度を速度指令値どおりに駆動することができる。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 4 differs from FIG. 2 in that a subtracter 26, a switching SW 27, a multiplier 28, an adder 29, and an integrator 19A are added.
The subtracter 26 subtracts the speed command value ωr * and the speed detection value ωr from the speed calculator 12 and sends the result to the switch SW27. The switch SW27 outputs the subtractor 26 output to the integrator 19A if the speed command value ωr * is in a constant speed state where the acceleration / deceleration has not been accelerated and the speed detection value ωr is equal to or less than a predetermined value, and 0 otherwise. send. The integrator 19 </ b> A is an integrator having a long time constant considering the resonance frequency of the mechanical system, and integrates the input value and sends it to the multiplier 28. The multiplier 28 multiplies the slip frequency command ωs *, which is the output of the slip frequency command calculator 17, and the output of the integrator 19 </ b> A to obtain a slip frequency command value correction amount Δωs * and sends it to the adder 29.
In the adder 29, the slip frequency command ωs * output from the slip frequency command calculator 17 and the slip frequency command value correction amount Δωs * output from the multiplier 28 are added and sent to the subtractor 25. The subtractor 25 subtracts the output of the differentiator 24 by the output of the over-counter 29 to obtain a speed estimated value ωr ^ and feeds back to the subtractor 43. Since other operations are exactly the same as those in the second embodiment, a description thereof will be omitted.
In this manner, the slip frequency command value ωs * is corrected in the third embodiment and the fourth embodiment. The predetermined value, which is one condition for switching the switching SW 27, is determined to be about several Hz in consideration of the resonance frequency of the mechanical system. Thereby, the motor speed can be driven according to the speed command value even at an extremely low speed.

本発明によれば、外部検出器との組合せにより広範囲にわたる速度制御を可能にでき、特に、ギアやベルトなどの動力伝達手段を介して連結された電動機の回転速度を制御する際に外部検出器が負荷側にある場合でも、例えばスタッカークレーン、工作機械の主軸、印刷機等を制御する電動機の速度制御装置においても、低速域から高速域に至る全領域において安定した速度制御運転ができ、とりわけ超低速、さらには回生時においても、制御系が不安定になることもなく、極めて安定した運転を行なうことが可能になる。   According to the present invention, speed control over a wide range can be achieved by combining with an external detector, and in particular, when controlling the rotational speed of electric motors connected via power transmission means such as gears and belts, the external detector Even when the motor is on the load side, for example, even in a speed control device for an electric motor that controls a stacker crane, a main spindle of a machine tool, a printing machine, etc., a stable speed control operation can be performed in all regions from a low speed region to a high speed region. Even at ultra-low speeds, and even during regeneration, the control system does not become unstable, and extremely stable operation can be performed.

本発明の第1の実施形態を示すベクトル制御装置の一実施例のブロック図である。It is a block diagram of one Example of the vector control apparatus which shows the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態を示すベクトル制御装置の一実施例のブロック図である。It is a block diagram of one Example of the vector control apparatus which shows the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態を示すベクトル制御装置の一実施例のブロック図である。It is a block diagram of one Example of the vector control apparatus which shows the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態を示すベクトル制御装置の一実施例のブロック図である。It is a block diagram of one Example of the vector control apparatus which shows the 4th Embodiment of this invention. 本発明で用いる係数器22A、22Bの値を決めるゲインKの関数例である。It is an example of a function of the gain K that determines the values of the coefficient units 22A and 22B used in the present invention. 従来技術の実施例を示す主軸制御装置の一実施例のブロック図である。It is a block diagram of one Example of the spindle control apparatus which shows the Example of a prior art.

符号の説明Explanation of symbols

1 PWMインバータ
2 電動機
3 コンバータ
4 平滑コンデンサ
5 逆変換回路
6A、6B、6C 電流検出器
7 PWM制御部
10 ベクトル制御器
11A,11B 座標変換器
12 速度演算器
43,13A,13B 減算器
14 速度制御部
15 励磁電流設定器
16 電流制御部
17 滑り周波数指令演算器
18 加算器
19、19A 積分器
20 同一次元磁束オブザーバ
21、21A 速度適応機構
22A、22B 係数器
23 加算器
24 微分器
25 減算器
26 減算器
27 切替SW
28 乗算器
29 加算器
30 機構系
31 ギア
32 ドラム
33 荷重
34 位置決め用検出器
35 ロープ
36 滑車
101 3相2相変換器
102 積分器
103 2相3相変換器
104 インバータ
105 誘導電動機
107 主軸
108 回転位置検出器
109 センサレス速度検出部
110 位置・速度変換器
111 ハイパスフィルタ
112 ローパスフィルタ
113 加算器
114 比較器
115 切替器
116 リミッタ
117 電流制御器
118 磁束密度指令発生器
119 励磁電流指令発生器
120 減算器
121 PI増幅器
122、123 除算器
124 乗算器
125 加算器
126 直流電圧源
127 電流検出器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 PWM inverter 2 Electric motor 3 Converter 4 Smoothing capacitor 5 Inverse conversion circuit 6A, 6B, 6C Current detector 7 PWM control part 10 Vector controller 11A, 11B Coordinate converter 12 Speed calculator 43, 13A, 13B Subtractor 14 Speed control Unit 15 Excitation current setter 16 Current control unit 17 Slip frequency command calculator 18 Adder 19, 19A Integrator 20 Same-dimensional magnetic flux observer 21, 21A Speed adaptive mechanism 22A, 22B Coefficient unit 23 Adder 24 Differentiator 25 Subtractor 26 Subtractor 27 switching SW
28 Multiplier 29 Adder 30 Mechanical system 31 Gear 32 Drum 33 Load 34 Positioning detector 35 Rope 36 Pulley 101 Three-phase two-phase converter 102 Integrator 103 Two-phase three-phase converter 104 Inverter 105 Induction motor 107 Main shaft 108 Rotation Position detector 109 Sensorless velocity detector 110 Position / velocity converter 111 High pass filter 112 Low pass filter 113 Adder 114 Comparator 115 Switcher 116 Limiter 117 Current controller 118 Magnetic flux density command generator 119 Excitation current command generator 120 Subtractor 121 PI amplifier 122, 123 Divider 124 Multiplier 125 Adder 126 DC voltage source 127 Current detector

Claims (6)

電動機の速度制御装置において、
外部検出器から入力される位置または速度情報に基づいて電動機速度を検出する速度検出手段と、
前記速度制御装置が出力制御する状態変数および電動機速度合成値に基づいて電動機速度を演算推定するオブザーバと、
前記オブザーバによる電動機速度の演算推定値または電動機速度合成値のいずれか一方を速度フィードバック量とし、前記速度フィードバック量および前記電動機の速度指令値に基づいて指令電流を決定する電流制御器と、
前記電動機速度が低速域においては前記速度検出手段による速度検出値に基づいて、高速域においては前記オブザーバによる電動機速度の演算推定値に基づいて、中速域においては前記速度検出値および前記電動機速度の演算推定値に基づいて前記電動機速度合成値を出力する速度合成手段を備えたことを特徴とする速度制御装置。
In the motor speed control device,
Speed detecting means for detecting the motor speed based on position or speed information input from an external detector;
An observer that computes and estimates the motor speed based on the state variable and the motor speed composite value output by the speed control device;
A current controller that determines a command current based on the speed feedback amount and the speed command value of the motor, using either one of a motor speed calculation estimated value or a motor speed composite value by the observer as a speed feedback amount,
When the motor speed is low, based on the speed detection value by the speed detection means, in the high speed range, based on a calculation estimated value of the motor speed by the observer, in the middle speed range, the speed detection value and the motor speed. A speed control device comprising speed synthesis means for outputting the motor speed synthesized value based on the calculated estimated value of the motor.
誘導電動機の速度制御装置において、
外部検出器から入力される位置または速度情報に基づいて電動機速度を検出する速度検出手段と、
前記速度制御装置が出力制御する状態変数および電動機速度合成値に基づいて電動機速度を演算推定するオブザーバと、
前記オブザーバによる電動機速度の演算推定値または電動機速度合成値のいずれか一方を速度フィードバック量とし、前記速度フィードバック量および前記電動機の速度指令値に基づいて指令電流を決定する電流制御器と、
すべり周波数を演算出力するすべり周波数演算器と、
前記電動機速度が低速域においては前記速度検出手段による速度検出値に基づいて、高速域においては前記オブザーバによる電動機速度の演算推定値に基づいて、中速域においては前記速度検出値および前記電動機速度の演算推定値に基づいて前記電動機速度合成値を出力する速度合成手段を備えたことを特徴とする速度制御装置。
In the induction motor speed control device,
Speed detecting means for detecting the motor speed based on position or speed information input from an external detector;
An observer that computes and estimates the motor speed based on the state variable and the motor speed composite value output by the speed control device;
A current controller that determines a command current based on the speed feedback amount and the speed command value of the motor, using either one of a motor speed calculation estimated value or a motor speed composite value by the observer as a speed feedback amount,
A slip frequency calculator for calculating and outputting the slip frequency;
When the motor speed is low, based on the speed detection value by the speed detection means, in the high speed range, based on a calculation estimated value of the motor speed by the observer, in the middle speed range, the speed detection value and the motor speed. A speed control device comprising speed synthesis means for outputting the motor speed synthesized value based on the calculated estimated value of the motor.
電動機の速度制御装置において、
外部検出器から入力される位置または速度情報に基づいて電動機速度を検出する速度検出手段と、
前記速度制御装置が出力制御する状態変数および電動機速度合成値に基づいて位相および電動機速度を演算推定するオブザーバと、
すべり周波数を演算出力するすべり周波数演算器と、
前記オブザーバによる位相の演算推定値を微分する微分器と、
前記微分器の出力から前記すべり周波数演算器の出力を減算する第1の減算器と、
前記電動機の速度指令値および前記減算器の出力に基づいて指令電流を決定する電流制御器と、
前記電動機速度が低速域においては前記速度検出手段による速度検出値に基づいて、高速域においては前記オブザーバによる電動機速度の演算推定値に基づいて、中速域においては前記速度検出値および前記電動機速度の演算推定値に基づいて前記電動機速度合成値を出力する速度合成手段を備えたことを特徴とする速度制御装置。
In the motor speed control device,
Speed detecting means for detecting the motor speed based on position or speed information input from an external detector;
An observer that computes and estimates the phase and motor speed based on the state variable and the motor speed composite value output by the speed control device;
A slip frequency calculator for calculating and outputting the slip frequency;
A differentiator for differentiating the operation estimated value of the phase by the observer;
A first subtractor for subtracting the output of the slip frequency calculator from the output of the differentiator;
A current controller that determines a command current based on a speed command value of the motor and an output of the subtractor;
When the motor speed is low, based on the speed detection value by the speed detection means, in the high speed range, based on a calculation estimated value of the motor speed by the observer, in the middle speed range, the speed detection value and the motor speed. A speed control device comprising speed synthesis means for outputting the motor speed synthesized value based on the calculated estimated value of the motor.
前記検出手段による速度検出値を入力とする第1の重み関数器と、
前記オブザーバによる電動機速度の演算推定値を入力とする第2の重み関数器とを備え、
前記速度合成手段は前記第1の重み関数器の出力と前記第2の重み関数器の出力とを加算し、この加算値を中速域の電動機速度合成値とすることを特徴とする請求項1ないし請求項3記載の速度制御装置。
A first weight function unit that receives a speed detection value obtained by the detection means;
A second weight function unit that receives an operation estimated value of the motor speed by the observer as an input;
The speed synthesizing unit adds the output of the first weight function unit and the output of the second weight function unit, and uses the added value as a motor speed synthesis value in a medium speed range. The speed control device according to claim 1.
前記速度検出手段は、前記電動機に動力伝達手段を介して接続される負荷側にある外部検出器から入力される位置または速度情報に基づいて電動機速度を検出することを特徴とする請求項1ないし請求項4記載の速度制御装置。 The speed detection means detects a motor speed based on position or speed information inputted from an external detector on a load side connected to the motor via a power transmission means. The speed control device according to claim 4. 速度指令値から前記速度検出手段による速度検出値を減算する第2の減算器と、
前記第2の減算器出力を積分する積分器と、
前記すべり周波数演算器の出力と前記積分器の出力とを乗算した乗算値を前記すべり周波数器への出力補正量として出力するすべり周波数補正手段を備えたことを特徴とする請求項2または請求項3記載の速度制御装置。
A second subtracter for subtracting a speed detection value from the speed detection means from a speed command value;
An integrator for integrating the second subtractor output;
3. A slip frequency correction means for outputting a multiplication value obtained by multiplying the output of the slip frequency calculator by the output of the integrator as an output correction amount to the slip frequency unit. 3. The speed control device according to 3.
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008160979A (en) * 2006-12-25 2008-07-10 Fuji Electric Fa Components & Systems Co Ltd Control method for induction motor driving system
WO2009126288A2 (en) * 2008-04-10 2009-10-15 Tesla Motors, Inc. Weighted field oriented motor control
WO2009126291A3 (en) * 2008-04-10 2010-01-14 Tesla Motors, Inc. Voltage estimation feedback of overmodulated signal
WO2010071361A3 (en) * 2008-12-17 2010-09-23 Lg Electronics Inc. Apparatus and method for start-up of a sensorless bldc motor
JP2012217231A (en) * 2011-03-31 2012-11-08 Fanuc Ltd Control device for spindle drive motor
JP5278326B2 (en) * 2007-09-27 2013-09-04 株式会社安川電機 Inverter control device and control method thereof
EP2086106A3 (en) * 2008-01-30 2015-09-02 Jtekt Corporation Motor controller and vehicular steering system using said motor controller
CN113037169A (en) * 2019-12-23 2021-06-25 深圳熙斯特新能源技术有限公司 Permanent magnet synchronous motor non-inductive FOC control low-frequency band load starting system and method

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6323586A (en) * 1986-07-14 1988-01-30 Mitsubishi Electric Corp Sepeed controller for induction motor
JPH1056800A (en) * 1996-08-08 1998-02-24 Fuji Electric Co Ltd Variable-speed control apparatus for induction motor
JPH1169896A (en) * 1997-08-06 1999-03-09 Toshiba Corp Motor controller
JP2002051594A (en) * 2000-07-31 2002-02-15 Okuma Corp Spindle controller
JP2003149258A (en) * 2001-11-14 2003-05-21 Mitsubishi Electric Corp Rotational speed detecting device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6323586A (en) * 1986-07-14 1988-01-30 Mitsubishi Electric Corp Sepeed controller for induction motor
JPH1056800A (en) * 1996-08-08 1998-02-24 Fuji Electric Co Ltd Variable-speed control apparatus for induction motor
JPH1169896A (en) * 1997-08-06 1999-03-09 Toshiba Corp Motor controller
JP2002051594A (en) * 2000-07-31 2002-02-15 Okuma Corp Spindle controller
JP2003149258A (en) * 2001-11-14 2003-05-21 Mitsubishi Electric Corp Rotational speed detecting device

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008160979A (en) * 2006-12-25 2008-07-10 Fuji Electric Fa Components & Systems Co Ltd Control method for induction motor driving system
JP5278326B2 (en) * 2007-09-27 2013-09-04 株式会社安川電機 Inverter control device and control method thereof
EP2086106A3 (en) * 2008-01-30 2015-09-02 Jtekt Corporation Motor controller and vehicular steering system using said motor controller
WO2009126288A2 (en) * 2008-04-10 2009-10-15 Tesla Motors, Inc. Weighted field oriented motor control
WO2009126288A3 (en) * 2008-04-10 2010-01-07 Tesla Motors, Inc. Weighted field oriented motor control
WO2009126291A3 (en) * 2008-04-10 2010-01-14 Tesla Motors, Inc. Voltage estimation feedback of overmodulated signal
US7821224B2 (en) 2008-04-10 2010-10-26 Tesla Motors, Inc. Voltage estimation feedback of overmodulated signal for an electrical vehicle
WO2010071361A3 (en) * 2008-12-17 2010-09-23 Lg Electronics Inc. Apparatus and method for start-up of a sensorless bldc motor
JP2012217231A (en) * 2011-03-31 2012-11-08 Fanuc Ltd Control device for spindle drive motor
CN113037169A (en) * 2019-12-23 2021-06-25 深圳熙斯特新能源技术有限公司 Permanent magnet synchronous motor non-inductive FOC control low-frequency band load starting system and method

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