JP2005304175A - Speed controller of motor - Google Patents
Speed controller of motor Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005304175A JP2005304175A JP2004116556A JP2004116556A JP2005304175A JP 2005304175 A JP2005304175 A JP 2005304175A JP 2004116556 A JP2004116556 A JP 2004116556A JP 2004116556 A JP2004116556 A JP 2004116556A JP 2005304175 A JP2005304175 A JP 2005304175A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- speed
- motor
- value
- motor speed
- observer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Abstract
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。
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).
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。
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.
Φd = M · Id (constant), Φq = 0 (5)
To be kept. Thereby, the generated torque τ of the induction motor is
τ = M /
= 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
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
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
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
Further, for the problem that the torque in the deceleration direction cannot be accurately controlled particularly in the low motor speed region, the
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
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。
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
In the
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
In FIG. 1, a circuit for compensating for the induced voltage E generated by the
Further, the
In the above description, the speed feedback signal to the
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
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
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
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
3 is different from FIG. 1 in that a
The
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
The
In the
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
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.
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
28
Claims (6)
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.
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.
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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004116556A JP2005304175A (en) | 2004-04-12 | 2004-04-12 | Speed controller of motor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004116556A JP2005304175A (en) | 2004-04-12 | 2004-04-12 | Speed controller of motor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005304175A true JP2005304175A (en) | 2005-10-27 |
JP2005304175A5 JP2005304175A5 (en) | 2007-05-24 |
Family
ID=35335060
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004116556A Pending JP2005304175A (en) | 2004-04-12 | 2004-04-12 | Speed controller of motor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2005304175A (en) |
Cited By (8)
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)
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 |
-
2004
- 2004-04-12 JP JP2004116556A patent/JP2005304175A/en active Pending
Patent Citations (5)
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)
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 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9136785B2 (en) | Motor control system to compensate for torque ripple | |
US9143081B2 (en) | Motor control system having bandwidth compensation | |
JP4065903B2 (en) | Vector control device for induction motor, vector control method for induction motor, and drive control device for induction motor | |
JP4082444B1 (en) | Vector controller for permanent magnet synchronous motor | |
JP2014027742A (en) | Motor control device | |
JP3771544B2 (en) | Method and apparatus for controlling permanent magnet type synchronous motor | |
US20110234147A1 (en) | Controller for spindle with encoder | |
JPH02254987A (en) | Method and apparatus for control of induction motor | |
JP2585376B2 (en) | Control method of induction motor | |
JP2009060688A (en) | Controller for synchronous motors | |
JP2005304175A (en) | Speed controller of motor | |
WO2013061808A1 (en) | Vehicle-driving induction motor controller | |
JP5397664B2 (en) | Motor control device | |
JP4238646B2 (en) | Speed sensorless vector controller for induction motor | |
JP2006158046A (en) | Sensorless control method and apparatus of ac electric motor | |
JP2004248450A (en) | Power converter | |
JP3229216B2 (en) | Beatless control device | |
JP6682313B2 (en) | Motor control device | |
JP7251424B2 (en) | INVERTER DEVICE AND INVERTER DEVICE CONTROL METHOD | |
JP2004187460A (en) | Inverter control device, induction motor control device, and induction motor system | |
WO2016199444A1 (en) | Power conversion device for induction machine, secondary time constant measurement method and speed control method | |
JP3958920B2 (en) | Spindle controller | |
JP3676946B2 (en) | Induction motor control device | |
JP3425438B2 (en) | Induction motor drive | |
US20230198438A1 (en) | Rotary machine control device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070330 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070330 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100325 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100408 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20100803 |