JP2008029189A - Speed control device of motor - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、電動機の速度制御装置に関する。 The present invention relates to a speed control device for an electric motor.
電動機の可変速制御を行う速度制御装置を構成する速度制御手段における制御定数の自動調整方法として、例えば下記特許文献1に記載されているものが知られている。これは前記速度制御手段の出力に外乱信号を印加して、前記電動機の速度を変化させ、このときの電動機速度と電動機電流とから該電動機とその駆動対象の慣性モーメント(moment of inertia)の合計を推定し、この推定値に基づいて前記速度制御手段の制御定数を自動的に設定するものである。
上述の従来の電動機とその駆動対象の慣性モーメントの推定方法では、速度制御装置を介して電動機を回転させ、更に該速度制御装置内部に外乱信号を注入する必要がある。しかし、前記駆動対象の動作条件によっては、電動機を回転させることができないことにより、速度制御装置内部に外乱信号を注入することが行えないため、速度制御装置を構成する速度制御手段における制御定数の設定ができない問題がある。 In the above-described conventional electric motor and the method for estimating the moment of inertia of the driven object, it is necessary to rotate the electric motor via the speed control device and to inject a disturbance signal inside the speed control device. However, depending on the operating conditions of the drive target, it is not possible to inject a disturbance signal into the speed control device because the motor cannot be rotated, so that the control constant of the speed control means constituting the speed control device There is a problem that cannot be set.
この発明の課題は、上述の問題点を解決した電動機の速度制御装置を提供することにある。 The subject of this invention is providing the speed control apparatus of the electric motor which solved the above-mentioned problem.
第1の発明は、少なくとも制御定数の変更が可能な速度制御手段を用いて電動機の可変速制御を行う速度制御装置において、
前記電動機とその駆動対象の慣性モーメントの合計を推定し、これを慣性モーメント推定値として出力する慣性推定手段と、慣性モーメントを手動で設定し、これを慣性モーメント手動設定値として出力する慣性設定手段と、慣性モーメント推定値または慣性モーメント手動設定値のいずれかを切替えて出力する切替手段と、切替手段の出力値に基づいて前記速度制御手段の制御定数を設定する定数設定手段とを備えたことを特徴とする。
A first invention is a speed control device that performs variable speed control of an electric motor using speed control means capable of changing at least a control constant.
Inertia estimating means for estimating the sum of the inertia moments of the electric motor and its driven object and outputting this as an inertia moment estimated value; and inertia setting means for manually setting the inertia moment and outputting this as an inertia moment manually set value Switching means for switching and outputting either the inertia moment estimated value or the inertia moment manual setting value, and constant setting means for setting the control constant of the speed control means based on the output value of the switching means It is characterized by.
また第2の発明は、前記第1の発明の電動機の速度制御装置において、
前記速度制御手段により前記電動機を加速運転または減速運転させたときに、前記慣性推定手段は、前記速度制御手段が出力するトルク指令値と前記電動機の速度検出値または速度推定値とに基づいて前記慣性モーメント推定値を導出することを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, there is provided the motor speed control device according to the first aspect of the present invention.
When the motor is accelerated or decelerated by the speed control means, the inertia estimation means is based on the torque command value output by the speed control means and the speed detection value or speed estimation value of the motor. It is characterized in that an estimated moment of inertia value is derived.
さらに第3の発明は、前記第1または第2の発明の電動機の速度制御装置において、
前記速度制御手段を比例演算器または比例積分演算器で形成し、前記定数設定手段は、前記切替手段の出力値に比例した値に基づいて前記いずれかの演算器の比例ゲインを設定することを特徴とする。
Further, a third aspect of the present invention is the speed control device for an electric motor according to the first or second aspect,
The speed control means is formed by a proportional calculator or a proportional-integral calculator, and the constant setting means sets a proportional gain of any of the calculators based on a value proportional to an output value of the switching means. Features.
この発明によれば、電動機とその駆動対象の慣性モーメントの推定のための該電動機の加速または減速運転動作が可能な場合には、この動作を行って慣性モーメントを推定し、この慣性モーメント推定値に基づいて速度制御手段の制御定数を設定し、前記動作が不可能な場合には、慣性設定手段に手動で設定された慣性モーメント手動設定値に基づいて前記速度制御手段の制御定数を設定することができる。 According to the present invention, when the motor can be accelerated or decelerated for estimating the moment of inertia of the motor and its driven object, this operation is performed to estimate the moment of inertia. If the operation is impossible, the control constant of the speed control unit is set based on the inertia moment manual setting value manually set in the inertia setting unit. be able to.
図1は、この発明の第1の実施例を示す電動機の速度制御装置の回路構成図であり、この図において、1は誘導電動機などの電動機、2は後述の一次電圧指令値(v1 *)に対応した交流電圧を電動機1に供給するPWM(Pulse Wide Modulation:パルス幅変調)インバータなどの電力変換装置、3は電力変換装置2への交流電源、4は電動機2の一次電流を一次電流検出値(i1)として検出する電流検出器、5は電動機1の出力軸に連結され該電動機の速度を速度検出値(ωr)として検出する速度検出器、10は速度制御装置である。
FIG. 1 is a circuit configuration diagram of an electric motor speed control apparatus according to a first embodiment of the present invention. In this figure, 1 is an electric motor such as an induction motor, and 2 is a primary voltage command value (v 1 * described later) . ), A power converter such as a PWM (Pulse Wide Modulation) inverter that supplies the AC voltage to the
速度制御装置10は、下記のような手段または要素11〜18から構成される。すなわち、速度指令発生手段11は速度指令値(ωr *)を発生し、加算演算器12は速度指令値(ωr *)と速度検出器5にて検出される速度検出値(ωr)との偏差を求め、速度制御手段13はこの偏差を零にする調節演算を行い、その演算結果を電動機1へトルク指令値(τ*)として出力する。電流制御手段14はトルク指令値(τ*)に基づいて電動機1への一次電流指令値(i1 *)を導出するとともに、この一次電流指令値(i1 *)と電流検出器4にて検出される一次電流検出値(i1)との偏差を零にする調節演算を行い、その演算結果を電力変換装置2へ一次電圧指令値(v1 *)として出力する。
The
慣性推定手段15は速度検出値(ωr)とトルク指令値(τ*)とに基づき、電動機1とその駆動対象の慣性モーメントの合計を推定し、これを慣性モーメント推定値(J#)として出力し、慣性設定手段16は慣性モーメントを手動で設定し、これを慣性モーメント手動設定値(J*)として出力する。切替手段17は上記慣性モーメント推定値(J#)、または慣性モーメント手動設定値(J*)のいずれかを切替選択し、これを慣性モーメント設定値(J**)として出力する。定数設定手段18はこの慣性モーメント設定値(J**)に基づいて、速度制御手段13の制御定数を設定する。なお、図1に示した回路図におけるそれぞれの構成要素は周知の技術により形成されているので、詳細説明は省略する。
Based on the speed detection value (ω r ) and the torque command value (τ * ), the inertia estimation means 15 estimates the sum of the inertia moments of the
図2は、図1に示した慣性推定手段15の1例を示す回路構成図であり、この慣性推定手段15には電動機1の速度検出値(ωr)を微分演算する微分手段15aと、乗算器15bと、加算演算器15cと、積分手段15dとを備えている。
FIG. 2 is a circuit configuration diagram showing an example of the inertia estimation means 15 shown in FIG. 1. The inertia estimation means 15 includes a differentiation means 15a for differentiating the speed detection value (ω r ) of the
この慣性推定手段15における慣性モーメント推定値(J#)の導出方法を、以下に記載する。
A method for deriving the estimated moment of inertia value (J # ) in the
速度指令発生手段11から図3に示すように速度指令値(ωr *)を発生させ、このとき、
電動機1の加速トルクが負荷トルクに対して十分に大きい条件では、電動機1の加速・減速トルク(τacc)は、下記(1)式で表される。
A speed command value (ω r * ) is generated from the speed command generating means 11 as shown in FIG.
Under the condition that the acceleration torque of the
τacc=J・{d(ωr)/dt}…(1)
ここで、Jは慣性モーメント、ωrは電動機1の速度検出値である。
τ acc = J · {d (ω r ) / dt} (1)
Here, J is the moment of inertia and ω r is the speed detection value of the
無負荷条件で電動機1の加速・減速を行った場合、τacc=τ*となることから、図2に示すように、トルク指令値(τ*)と、J#・{d(ωr)/dt}との偏差を積分手段15dに入力し、その出力をJ#とすれば、図2に示した回路構成により、慣性モーメントを推定できる。
When accelerating / decelerating the
すなわち、慣性モーメント推定値をJ#とすれば、これは次の(2)式のような演算式から求めることができる。
J#=∫(τ*−J#・dωr/dt)dt…(2)
That is, if the estimated moment of inertia value is J # , this can be obtained from an arithmetic expression such as the following expression (2).
J # = ∫ (τ * -J # · dω r / dt) dt ... (2)
図1に示した定数設定手段18では、切替手段17が選択出力した慣性モーメント設定値(J**)に基づいて、速度制御手段13を比例演算器または比例積分演算器で形成したときに、何れかの演算器の比例ゲインKPを、下記(3)式で得られる値に設定する。 In the constant setting means 18 shown in FIG. 1, when the speed control means 13 is formed by a proportional calculator or a proportional-integral calculator based on the inertia moment setting value (J ** ) selected and output by the switching means 17, The proportional gain K P of any arithmetic unit is set to a value obtained by the following equation (3).
KP=K・J**…(3)
ここで、Kは換算係数である。なお、速度制御手段13が比例積分演算器の場合は、さらに積分時間の設定をすることもある。
K P = K ・ J ** (3)
Here, K is a conversion coefficient. If the speed control means 13 is a proportional-integral calculator, an integration time may be further set.
すなわち、図1に示した電動機制御装置10によれば、電動機1とその駆動対象となる装置の慣性モーメントの推定のために、該電動機により駆動対象の装置を試験的に加速または減速駆動する試験運転が実行できる場合には、このテスト運転を実行して慣性モーメント推定値(J#)を求め、この求めた慣性モーメント推定値(J#)に基づき、切替手段17と定数設定手段18とを介して速度制御手段13の前記比例ゲインKPを設定する。そして、前記の慣性モーメントの推定のための試験運転が実行できない場合には、慣性設定手段16に手動で慣性モーメント手動設定値(J*)を設定し、この設定された慣性モーメント手動設定値(J*)に基づき、切替手段17と定数設定手段18とを介して速度制御手段13の前記比例ゲインKPを設定する。
That is, according to the
なお、手動による設定は、計算によりモータ軸を基準とし負荷を含めた全体の慣性モーメントを求めて、設定する。また、手動設定値が実際の慣性モーメントと大きくずれている場合は、定数設定手段18が出力する速度制御手段13の設定定数が不適切になるという問題が発生する。 In the manual setting, the total moment of inertia including the load is calculated and set with reference to the motor shaft. Further, when the manually set value is greatly deviated from the actual moment of inertia, there arises a problem that the set constant of the speed control means 13 output from the constant setting means 18 becomes inappropriate.
つまり、
実際の負荷>手動設定値
の場合は、速度制御手段13の応答が遅くなり、
実際の負荷<手動設定値
の場合は、速度制御手段13の応答が速すぎて振動しやすくなる。
いずれの場合も、手動による調節等が必要となるが、その最適な対応策は今後の課題と言えよう。
That means
When the actual load> the manual set value, the response of the speed control means 13 becomes slow,
If the actual load is less than the manual set value, the response of the speed control means 13 is too fast and the vibration tends to occur.
In either case, manual adjustment or the like is required, but the optimal countermeasure can be said to be a future issue.
図4は、この発明の第2の実施例を示す電動機の速度制御装置の回路構成図であり、この図において、図1に示した実施例回路と同一機能を有するものには同一符号を付して、ここではその説明を省略する。 FIG. 4 is a circuit diagram of a motor speed control apparatus according to a second embodiment of the present invention. In this figure, components having the same functions as those of the embodiment circuit shown in FIG. The description thereof is omitted here.
すなわち、図4に示した回路構成では、速度検出器5が省略され、速度制御装置20として速度指令発生手段11、加算演算器12、速度制御手段13、電流制御手段14、慣性推定手段15、慣性設定手段16、切替手段17、定数設定手段18の他に、速度推定手段21を備えている。
That is, in the circuit configuration shown in FIG. 4, the
この速度推定手段21は周知の技術で形成されたものであり、例えば、電動機1の一次電圧指令値(v1 *)と一次電流検出値(i1)とから電動機1の逆起電力を演算し、この逆起電力に基づいて電動機1の速度推定値(ωr #)を導出するようにしている。
This speed estimation means 21 is formed by a well-known technique. For example, the back electromotive force of the
ωr #導出のための数式は、例えば次の(4)式のようになる。
ωr #=sgn(ET){(|ET|/φ2)−GemEM}…(4)
ここに、φ2は二次磁束、EMは磁束軸成分誘起電圧、ETはトルク軸(磁束軸に直交する)成分の誘起電圧、GemはEMを入力とする調節手段の伝達関数を示す。
The mathematical formula for deriving ω r # is, for example, the following formula (4).
ω r # = sgn (E T ) {(| E T | / φ 2 ) −G em E M } (4)
Where φ 2 is a secondary magnetic flux, E M is an induced voltage of a magnetic flux axis component, E T is an induced voltage of a component of a torque axis (perpendicular to the magnetic flux axis), and G em is a transfer function of the adjusting means having E M as an input Indicates.
そして、ω1 *を一次角周波数指令値、ωS *をすべり周波数指令値とすれば、速度推定値ωr #は、下記(5)式で求められる。
ωr #=ω1 *−ωS *…(5)
Then, assuming that ω 1 * is the primary angular frequency command value and ω S * is the slip frequency command value, the estimated speed value ω r # can be obtained by the following equation (5).
ω r # = ω 1 * −ω S * (5)
従って、図4に示した回路構成における慣性推定手段15では、トルク指令値(τ*)と速度推定値(ωr #)とに基づいて、慣性モーメント推定値(J#)を得るようにしている。 Therefore, the inertia estimation means 15 in the circuit configuration shown in FIG. 4 obtains the inertia moment estimated value (J # ) based on the torque command value (τ * ) and the speed estimated value (ω r # ). Yes.
すなわち、図2に示した慣性推定手段15の速度検出値(ωr)に代えて、速度推定値(ωr #)を入力し、この速度推定値(ωr #)とトルク指令値(τ*)とから慣性モーメント推定値(J#)を算出する。 That is, instead of the detected speed value (ω r ) of the inertia estimation means 15 shown in FIG. 2, the estimated speed value (ω r # ) is input, and the estimated speed value (ω r # ) and the torque command value (τ * Calculate the estimated moment of inertia (J # ) from).
1‥電動機、2‥電力変換装置、3‥交流電源、4‥電流検出器、5‥速度検出器、10‥速度制御装置、11‥速度指令発生手段、12‥加算演算器、13‥速度制御手段、14‥電流制御手段、15‥慣性推定手段、16‥慣性設定手段、17‥切替手段、18‥定数設定手段、20‥速度制御装置、21‥速度推定手段。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記電動機とその駆動対象の慣性モーメントの合計を推定し、これを慣性モーメント推定値として出力する慣性推定手段と、
慣性モーメントを手動で設定し、これを慣性モーメント手動設定値として出力する慣性設定手段と、
慣性モーメント推定値または慣性モーメント手動設定値のいずれかを切替えて出力する切替手段と、
切替手段の出力値に基づいて前記速度制御手段の制御定数を設定する定数設定手段とを備えたことを特徴とする電動機の速度制御装置。 In a speed control device that performs variable speed control of an electric motor using speed control means capable of changing at least a control constant,
An inertia estimation means for estimating the sum of the inertia moments of the electric motor and its drive target, and outputting this as an inertia moment estimation value;
Inertia setting means for manually setting the moment of inertia and outputting this as a moment of inertia manual setting value;
Switching means for switching and outputting either the inertia moment estimated value or the inertia moment manual setting value;
A motor speed control apparatus comprising: constant setting means for setting a control constant of the speed control means based on an output value of the switching means.
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