JP2006191721A - モータ制御装置とその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】定出力制御領域でも、過負荷検出にならず、稼働率を向上したモータ制御装置とその制御方法を提供する。
【解決手段】速度指令とＩＰＭモータの速度からトルク指令を生成する速度制御手段１２と、トルク指令から電流指令を生成する電流指令生成手段１３と、電流指令と電流から電圧指令を生成する電流制御手段２０と、電圧指令からモータを駆動する電力変換手段４１からなるモータ制御装置において、モータ電圧およびモータ電流からモータ出力電力を演算するモータ出力電力演算手段１５と、出力電力が所定値以下になるようにトルクまたは電流を制限する出力電力制限手段１９とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ 磁石埋め込み型）モータを制御するモータ制御装置とその制御方法に関する。

図２は、速度と回転子磁極位置の検出器を用いずにＩＰＭモータの速度と電機子回転磁界を制御するモータ制御装置である。
図２は、負荷３に接続されたＩＰＭモータ１と、ＩＰＭモータ１の駆動を制御する駆動制御装置２と、ＩＰＭモータ１と駆動制御装置２とを接続するモータ主回路ケーブル４とから構成されている。駆動制御装置２内にはＩＰＭモータ１の速度とトルクを制御するアプリケーション制御部１０と、ＩＰＭモータ１の電機子に流れる電流及び回転磁界を制御する電流制御部２０と、ＩＰＭモータ１の速度と回転子磁極位置を推定演算する速度・磁極位置推定演算部３０と、制御信号をＩＰＭモータ１を駆動するための電力に変換する電力変換部４０が設けられている。電力変換部４０から出力された電力がモータ主回路ケーブル４を介してＩＰＭモータ１に供給され、供給された電力がＩＰＭモータ１において回転子のトルクに変換されて、その回転トルクによって負荷３が駆動される。

従来のモータ制御装置には特許文献１がある。図３は、従来のモータ制御装置の制御ブロック図である。図３において、座標変換器２４では電流検出器４２で検出されたＩＰＭモータ１に流れる３相の電流のうちｕ相とｗ相に流れる電流Ｉｕ、Ｉｗと、速度・磁極位置推定演算部３０より出力されるモデルの磁極の回転角度信号θ_ΦＭを用いて、２相ｄ−ｑ軸座標の信号であるγ軸電流Ｉγとδ軸電流Ｉδに変換される。次に、このγ軸電流Ｉγとδ軸電流Ｉδをアプリケ−ション制御部１０において演算されたγ軸電流指令Ｉγ＊、δ軸電流指令Ｉδ＊に対し帰還することによって、γ軸電流制御偏差信号とδ軸電流制御偏差信号が得られる。なお、指令値には原則として＊を付けて表示している（以下同じ）。
このようにして得られたγ軸電流制御偏差信号はγ軸電流制御器２２に、δ軸電流制御偏差信号はδ軸電流制御器２１にそれぞれ入力される。そして、γ軸電流制御偏差信号は比例積分演算器を備えたγ軸電流制御器２２で増幅されて、γ軸電圧指令Ｖγ＊としてＶ＊・θｖ演算器２３に入力される。同様に、δ軸電流制御偏差信号は比例積分演算器を備えたδ軸電流制御器２１で増幅されて、δ軸電圧指令Ｖδ＊としてＶ＊・θｖ演算器２３に入力される。

次に、Ｖ＊・θｖ演算器２３において、γ軸電圧指令Ｖγ＊とδ軸電圧指令Ｖδ＊を合成した電圧指令値の大きさＶ＊を、
Ｖ＊＝（Ｖγ＊^２＋Ｖδ＊^２）^1／2 （１）
の演算を行って求め、更にＶ＊とＶγ＊間の電気角θｖを、
θｖ＝ｔａｎ^−１（Ｖδ＊／Ｖγ＊） （２）
の演算を行って求め、ＰＷＭ制御器２５に出力される。ＰＷＭ制御器２５では、速度・磁極位置推定演算部３０より出力されたモデルの磁極の回転角度信号θ_ΦＭと、Ｖ＊・θｖ演算器２３より出力される電圧指令値Ｖ＊と、Ｖ＊とＶγ＊間の電気角θｖ信号と、からＶｕ、Ｖｖ、Ｖｗの３相の電圧を電力変換部４０より出力するためのスイッチング信号を電力変換器４１に出力する。

電力変換器４１では、ＰＷＭ制御器２５より出力されたスイッチング信号に従って、ＩＰＭモータ１の駆動に必要となる周波数で電圧が制御され、ＩＰＭモータ１の各相にＩｕ、Ｉｖ、Ｉｗの電流が流れる。次に、速度・磁極位置推定演算部３０より出力されるモデルの回転子速度推定信号ω_RMをアプリケーション制御部１０へ帰還して、速度指令器１１より出力された速度指令ω_RM＊との差を求め、その偏差信号を速度制御器１２に入力し増幅して、トルク指令Ｔ＊として速度制御器１２はγ−δ軸電流指令演算器１３に出力する。そして、γ−δ軸電流指令演算器１３では、トルク指令Ｔ＊の関数としてδ軸電流指令Ｉδ＊とγ軸電流指令Ｉγ1＊を演算し出力する。
γ軸電流制御器２２より出力されたγ軸電圧指令Ｖγ＊とδ軸電流制御器２１より出力されたδ軸電圧指令Ｖδ＊とを定出力制御器１４に入力する。定出力制御器１４では、γ軸電圧指令Ｖγ＊とδ軸電圧指令Ｖδ＊を合成した電圧指令値の大きさＶ＊を、Ｖ＊＝（Ｖγ＊²＋Ｖδ＊²）^1／2の演算を行って求め、電圧制限設定Ｖと電圧指令値Ｖ＊との偏差信号を比例積分器により増幅して、γ軸電流指令補正信号Ｉγxを出力する。次に、γ−δ軸電流指令演算器１３より出力されたγ軸電流指令Ｉγ1＊とγ軸電流指令補正信号Ｉγxを加算し、γ軸電流指令Ｉγ＊とする。

γ−δ軸電流モデル演算器３１は、γ軸電流制御器２２より出力されたγ軸電圧指令Ｖγ＊とδ軸電流制御器２１より出力されたδ軸電圧指令Ｖδ＊と座標変換器２４より出力されたγ軸電流Ｉγとδ軸電流Ｉδとを入力し、γ軸モデル電流Ｉγ_Ｍとδ軸モデル電流Ｉδ_Ｍを演算し出力する。
速度・磁極位置推定演算器３２は、γ軸電流Ｉγとγ軸モデル電流Ｉγ_Ｍとの偏差信号ΔＩγと、δ軸電流Ｉδとδ軸モデル電流Ｉδ_Ｍとの偏差信号ΔＩδとを入力し、モデルの磁極の回転角度信号θ_ΦＭとモデルの回転子速度信号ω_RMを演算し出力するというものである。
特開２０００−０２３４９８号公報（図１）

しかしながら、従来の技術では、電圧指令値Ｖ＊が電圧制限設定Ｖに到達する定出力制御領域では、速度の上昇に伴なってＩＰＭモータの定格出力トルクが低減するため、同一の負荷トルクのまま、定出力領域において速度を上昇させていくと負荷トルクがＩＰＭモータの定格出力トルクを越えてしまい、この状態で運転を継続すると駆動制御装置のモータ過負荷検出にかかり停止に至ってしまうという問題があった。
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、定出力制御領域でも、モータ過負荷検出を回避でき、稼働率を向上したモータ制御装置とその制御方法を提供することを目的とする。

請求項１記載の本発明は、速度指令とＩＰＭモータの速度からトルク指令を生成する速度制御手段と、トルク指令から電流指令を生成する電流指令生成手段と、電流指令と電流から電圧指令を生成する電流制御手段と、電圧指令からモータを駆動する電力変換手段からなるモータ制御装置において、モータ電圧およびモータ電流から出力電力を演算するモータ出力電力演算手段と、出力電力が所定値以下になるようにトルクまたは電流を制限する出力電力制限手段とを備えるようにしたものである。
請求項２記載の本発明は、請求項１記載のモータ制御装置において、出力電力演算手段は、γ−δ軸電流Ｉγ、Ｉδと前記γ−δ軸電圧指令Ｖγ＊、Ｖδ＊とモータ効率η_Ｍから、Ｐ_Ｍ＝√３（Ｖγ＊×Ｉγ＋Ｖδ＊×Ｉδ）×η_Ｍとして演算するようにしたものである。
請求項３記載の本発明は、請求項１記載のモータ制御装置において、出力電力制限手段は、所定のモータ出力制限値Ｐ_Ｍ＊と前記出力電力Ｐ_Ｍから補正速度指令を生成する補正速度指令生成手段と、前記速度指令に前記補正速度指令を加算しあらたな速度指令を生成する速度指令加算手段とを備えるようにしたものである。
請求項４記載の本発明は、速度指令とＩＰＭモータの速度からトルク指令を生成する速度制御手段と、トルク指令から電流指令を生成する電流指令生成手段と、電流指令と電流から電圧指令を生成する電流制御手段と、電圧指令からモータを駆動するモータ駆動手段からなるモータ制御装置の制御方法において、モータ電圧およびモータ電流から出力電力を演算するステップと、出力電力が所定値以下になるように速度を補正するステップとを備えるようにしたものである。

本発明によれば、定出力制御領域で、モータ過負荷検出を回避でき、稼働率が向上したモータ制御装置とその制御方法を提供することが可能となる。

以下、本発明の方法の具体的実施例について、図に基づいて説明する。

以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
図１において、１はＩＰＭモータ、３は負荷、４はモータ主回路ケーブル、１０はアプリケーション制御手段、１１は速度指令手段、１２は、速度制御手段、１３はγ−δ軸電流指令演算手段、１４は定出力制御手段、１５は出力電力演算手段、１５ａはモータ効率設定手段、１６は出力電力設定手段、１７は比例積分増幅手段、１８は信号制御手段、１９は出力電力制限手段、２０は電流制御手段、２１はδ軸電流制御手段、２２はγ軸電流制御手段、２３はＶ＊・θｖ演算手段、２４は座標変換手段、２５はＰＷＭ制御手段、３０は速度・磁極位置推定演算手段、３１はγ−δ軸電流モデル演算手段、３２は、速度・磁極位置推定演算手段、４０は電力変換手段、４１は電力変換手段、４２は電流検出器である。出力電力演算手段１５は、γ軸電流Ｉγとδ軸電流Ｉδとγ軸電流制御手段２２より出力されたγ軸電圧指令Ｖγ＊と、δ軸電流制御手段２１より出力されたδ軸電圧指令Ｖδ＊と、モータ効率設定手段１５ａより出力されたモータ効率値η_Ｍとを入力し、モータ出力電力値Ｐ_Ｍを、Ｐ_Ｍ＝√３（Ｖγ＊×Ｉγ＋Ｖδ＊×Ｉδ）×η_Ｍの演算を行って求め出力する。次に、出力電力設定手段１６より、出力電力制限指令値Ｐ_Ｍ＊を出力し、出力電力値Ｐ_Ｍと出力電力制限指令値Ｐ_Ｍ＊との差を求め、その偏差信号ΔＰ_Ｍを比例積分増幅手段１７に入力し増幅して、信号制限手段１８に入力される。信号制限手段１８では、比例積分増幅手段１７の出力信号が正であれば０が出力され、負であれば比例積分増幅手段１７の出力信号がそのまま速度指令補正信号ω_ＲＭＸとして出力される。速度指令手段１１より出力された速度指令信号ω_ＲＭ１＊に速度指令補正信号ω_ＲＭＸを加算することによって速度指令信号ω_ＲＭ＊が演算される。以上の手段により、定出力制御領域において、モータ制御装置へ入力される速度指令信号とは独立して、モータ出力電力値Ｐ_Ｍが、出力電力制限指令値Ｐ_Ｍ＊以下に制御され、負荷トルクの変動、速度指令の変化に対して、モータ制御装置で自動的に過負荷検出を回避することができる。

図４は本発明の制御方法を示すフローチャートで毎制御時間ごとに繰り返される。図４において、ステップＳＴ１でモータの出力電力を演算し、ステップＳＴ２でモータの出力電力を所定の電力と比較し、大きい場合は、次のステップＳＴ３で補正速度指令を作成し、ステップＳＴ４で補正速度指令を速度指令に加算して新たな速度指令としステップＳＴ１に戻る。

本発明は、定出力制御領域において、モータ過負荷検出を回避することができ、稼働率が向上するので、特に定出力制御特性を使用する全ての用途に適用できる。

本発明のモータ制御装置の実施例の構成を示す制御ブロック図 一般的なモータ制御装置を示す構成ブロック図 従来のモータ制御装置の構成を示す制御ブロック図 本発明の制御方法を示すフローチャート

符号の説明

１ ＩＰＭモータ
２ モータ制御装置
３ 負荷
４ 電動機主回路ケーブル
１０ アプリケーション制御手段
１１ 速度指令手段
１２ 速度制御手段
１３ γ−δ軸電流指令演算手段
１４ 定出力制御手段
１５ 出力電力演算手段
１５ａ モータ効率設定手段
１６ 出力電力設定手段
１７ 比例積分増幅手段
１８ 信号制限手段
１９ 出力電力制限手段
２０ 電流制御手段
２１ δ軸電流制御手段
２２ γ軸電流制御手段
２３ Ｖ＊・θv演算手段
２４ 座標変換手段
２５ ＰＷＭ制御手段
３０ 速度・磁極位置推定演算手段
３１ γ−δ軸電流モデル演算手段
３２ 速度・磁極位置推定演算手段
４０ 電力変換手段
４１ 電力変換手段
４２ 電流検出手段

Claims (4)

1. 速度指令とＩＰＭモータの速度からトルク指令を生成する速度制御手段と、トルク指令から電流指令を生成する電流指令生成手段と、電流指令と検出電流から電圧指令を生成する電流制御手段と、前記電圧指令からモータを駆動する電力変換手段からなるモータ制御装置において、
   モータ電圧およびモータ電流からモータ出力電力を演算する出力電力演算手段と、
   前記出力電力が所定値以下になるようにトルクまたは電流を制限する出力電力制限手段と、
   を備えることを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記出力電力演算手段は、γ−δ軸電流Ｉγ、Ｉδと前記γ−δ軸電圧指令Ｖγ＊、Ｖδ＊と、モータ効率η_Ｍから、モータ電力Ｐ_Ｍを
   Ｐ_Ｍ＝√３（Ｖγ＊×Ｉγ＋Ｖδ＊×Ｉδ）×η_Ｍ （１）
   として演算することを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
3. 前記出力電力制限手段は、所定のモータ出力制限値Ｐ_Ｍ＊と前記出力電力Ｐ_Ｍから補正速度指令を生成する補正速度指令生成手段と、前記速度指令に前記補正速度指令を加算しあらたな速度指令を生成する速度指令加算手段とからなることを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
4. 速度指令とＩＰＭモータの速度からトルク指令を生成する速度制御手段と、トルク指令から電流指令を生成する電流指令生成手段と、電流指令と電流から電圧指令を生成する電流制御手段と、前記電圧指令からモータを駆動するモータ駆動手段からなるモータ制御方法において、
   モータ電圧およびモータ電流から出力電力を演算するステップと、
   前記出力電力が所定値以下になるように速度を補正するステップと、
   を備えることを特徴とするモータ制御方法。

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