JP2008160979A - 誘導電動機駆動システムの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 誘導電動機と、この誘導電動機を上位制御装置からの回転角周波数指令値に基づいて制御する可変速制御装置とを各々複数台用いて１つの負荷軸を駆動する誘導電動機駆動システムに好適な制御方法を提供する。
【解決手段】 可変速制御装置６０は、誘導電動機１２が零速から切換比較器６２に入力される回転角周波数検出値ωｒが予め設定される切換値までの低速領域では、回転角周波数指令値ωｒ＊と、回転角周波数検出値ωｒと等しい回転角周波数演算値ωｒａに基づくクトル制御を行うようにし、また、回転角周波数検出値ωｒが前記切換値を超える誘導電動機１２の速度領域では、回転角周波数指令値ωｒ＊と、回転角周波数推定値ωｒ＃と等しい回転角周波数演算値ωｒａに基づくベクトル制御を行うようにし、この切換え動作に予め設定したヒステリシス特性を持たせることで、誘導電動機１２の全可変速領域で良好な速度制御を行わせ、出力トルク分担のアンバランスも抑制する。
【選択図】 図２

Description

この発明は誘導電動機と、この誘導電動機を上位制御装置からの回転角周波数指令値に基づいて制御する可変速制御装置とを各々複数台用いて１つの負荷軸を駆動する誘導電動機駆動システムの制御方法に関する。

図６は、この種の誘導電動機駆動システムの従来例を示す構成図であり、この図においては、複数台として３台の誘導電動機１１〜１３と、この誘導電動機１１〜１３を上位制御装置１０からの回転角周波数指令値に基づいて制御する可変速制御装置２０，４０，５０とにより、誘導電動機１１〜１３の出力軸に連結されたギアなどの変速器１４〜１６を介して１つの負荷軸１７を駆動する構成例を示している。

図６において、可変速制御装置２０は上位制御装置１０からの回転角周波数指令値と、誘導電動機１１に連結された速度センサとしてのパルスゼネレータ１１ａを介して得られる回転角周波数検出値とに基づくベクトル制御を行い、可変速制御装置４０，５０は前記回転角周波数指令値と、誘導電動機１２，１３それぞれの回転角周波数推定値とに基づくベクトル制御、いわゆる、速度センサレスベクトル制御を行っている。

図７は、図６に示した可変速制御装置２０の詳細回路構成図であり、この可変速制御装置２０は速度調節器２１、磁束調節器２２、電流調節器２３、座標変換器２４、２相３相変換器２５、ＰＷＭインバータ２６、電流検出器２７、電圧検出器２８、３相２相変換器２９、座標変換器３０、３相２相変換器３１、座標変換器３２、誘起電圧演算器３３、磁束推定器３４、すべり角周波数演算器３５、回転角周波数検出器３６、加算演算器３７、積分器３８から構成されている。

図７に示した可変速制御装置２０の構成要素は周知の技術を用いて形成されているものであるが、以下にその動作について説明をする。

電流検出器２７で検出した誘導電動機１１の一次電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗは３相２相変換器２９により固定座標軸上の２相量Ｉα，Ｉβに変換され、座標変換器３０により磁化軸を基準とする回転座標上の２相量ＩＭ（磁化軸電流成分）とこれに直行するＩＴ（トルク軸電流成分）に変換される。同様に、電圧検出器２８で検出したＰＷＭインバータ２６の出力電圧、すなわち誘導電動機１１の一次電圧ｖｕ，ｖｖ，ｖｗは３相２相変換器３１により固定座標軸上の２相量Ｖα，Ｖβに変換され、座標変換器３２により磁化軸を基準とする回転座標上の２相量ＶＭ（磁化軸電圧成分）とこれに直行するＶＴ（トルク軸電圧成分）に変換される。

誘起電圧演算器３３は上述のＩＴ，ＩＭ，ＶＴ，ＶＭおよび後述の加算演算器３７で演算した一次角周波数指令値ω１＊を入力し、下記数１式，数２式に従って誘起電圧の磁化軸成分ｅＭ，トルク軸成分ｅＴを演算している。

（数１）
ｅＭ＝ＶＭ−Ｒ１・ＩＭ−Ｌσ・｛ｄ（ＩＭ）／ｄｔ｝＋ｊω１＊・Ｌσ・ＩＴ

（数２）
ｅＴ＝ＶＴ−Ｒ１・ＩＴ−Ｌσ・｛ｄ（ＩＴ）／ｄｔ｝−ｊω１＊・Ｌσ・ＩＭ
上記数１式，数２式において、Ｒ１は誘導電動機１１の一次抵抗、Ｌσは誘導電動機１１の漏れインダクタンス、ｊは虚数単位である。

磁束推定器３４は下記数３式に従って、磁束推定値Φ＃を演算している。

（数３）
Φ＃＝ｅＴ／ω１＊
すべり角周波数演算器３５はトルク軸成分電流ＩＴ、磁束推定値Φ＃から、下記数４式に従って、すべり角周波数ωｓを演算している。

（数４）
ωｓ＝Ｒ２・ＩＴ／Φ＃
上記数４式において、Ｒ２は誘導電動機１１の二次抵抗である。

加算演算器３７では、パルスゼネレータ１１ａと回転角周波数検出器３６とを介して得られた誘導電動機１１の回転角周波数検出値ωｒと、すべり角周波数ωｓとを加算演算して一次角周波数指令値ω１＊を得ている。

速度調節器２１では、上位制御装置１０からの回転角周波数指令値ωｒ＊と誘導電動機１１の回転角周波数検出値ωｒとの偏差を零にする調節演算を行い、この演算結果をトルク電流指令値ＩＴ＊として出力している。

磁束調節器２２では、誘導電動機１１への磁束指令値Φ＊と磁束推定器３４で得られた磁束推定値Φ＃との偏差を零にする調節演算を行い、この演算結果を磁化電流指令値ＩＭ＊として出力している。

電流調節器２３では、トルク電流指令値ＩＴ＊とトルク軸電流成分ＩＴとの偏差を零にする調節演算を行い、この演算結果をトルク軸電圧指令値ＶＴ＊として出力し、同様に、磁化電流指令値ＩＭ＊と磁化軸電流成分ＩＭとの偏差を零にする調節演算を行い、この演算結果を磁化軸電圧指令値ＶＭ＊として出力している。

この回転座標上のトルク軸電圧指令値ＶＴ＊および磁化軸電圧指令値ＶＭ＊を座標変換器２４で固定座標上の電圧指令値Ｖα＊，Ｖβ＊に変換し、これらは２相３相変換器２５を介することによりＰＷＭインバータ２６への３相交流分の電圧指令値ｖｕ＊，ｖｖ＊，ｖｗ＊に変換している。

また図８は、図６に示した可変速制御装置４０の詳細回路構成図であり、この図において、図７に示した可変速制御装置２０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。

すなわち図８に示した可変速制御装置４０には回転角周波数検出器３６と加算演算器３７に代えて、一次角周波数指令演算器４１と減算演算器４２とを備えている。

この一次角周波数指令演算器４１では、下記数５式に従って一次角周波数指令値ω１＊を得ている。

（数５）
ω１＊＝ｅＴ／Φ＃
減算演算器４２では、上記の一次角周波数指令値ω１＊からすべり角周波数演算器３５で求めたすべり角周波数ωｓを減算演算して誘導電動機１２の回転角周波数推定値ωｒ＃を得ている。

従って、速度調節器２１では上位制御装置１０からの回転角周波数指令値ωｒ＊と誘導電動機１２の回転角周波数推定値ωｒ＃との偏差を零にする調節演算を行い、この演算結果をトルク電流指令値ＩＴ＊として出力している。

なお、図６に示した可変速制御装置５０は、上述の可変速制御装置４０と同一の回路構成である。
特開平１−１９８２９２号公報 特開平８−１３０８８２号公報

上述の図６〜８の構成による従来の誘導電動機駆動システムの制御方法において、可変速制御装置４０，５０、すなわち、誘導電動機の速度センサレスベクトル制御を用いた可変速制御装置は、この誘導電動機の低速、特に零速領域で、該電動機の電流検出誤差，電動機定数の設定誤差などに起因して、前記誘導電動機の回転角周波数推定値の誤差が大きくなる恐れがあることが知られている。

回転角周波数推定値の誤差が大きくなると、この誘導電動機に指令される回転角周波数指令値と前記回転角周波数推定値との偏差を零にする速度調節演算結果のトルク電流指令値の誤差も大きくなり、その結果、それぞれの誘導電動機における出力トルク分担のアンバランスが増大し、また、前記トルク電流指令値の誤差に起因して、前記誘導電動機の回転角周波数推定値の誤差が更に大きくなるという悪循環を招く恐れがあった。

この発明の目的は、上記問題点を解消した誘導電動機駆動システムの制御方法を提供することにある。

この第１の発明は誘導電動機と、この誘導電動機を上位制御装置からの回転角周波数指令値に基づいて制御する可変速制御装置とを各々複数台用いて１つの負荷軸を駆動する誘導電動機駆動システムにおいて、
前記複数台の誘導電動機のうちの何れか１台の誘導電動機を制御する可変速制御装置では、前記回転角周波数指令値とこの誘導電動機に連結された速度センサを介して得られる回転角周波数検出値とに基づくベクトル制御を行い、残りの誘導電動機を制御する可変速制御装置それぞれでは、前記回転角周波数指令値と前記回転角周波数検出値とに基づくベクトル制御と、前記回転角周波数指令値と対応する誘導電動機それぞれの回転角周波数推定値とに基づくベクトル制御とを切換えて行うことを特徴とする制御方法を用いる。

第２の発明は前記第１の発明の誘導電動機駆動システムの制御方法において、
前記残りの可変速制御装置それぞれは、対応する誘導電動機の零速から低速領域では前記回転角周波数指令値と前記回転角周波数検出値とに基づくクトル制御を行い、この誘導電動機の高速領域では前記回転角周波数指令値と前記回転角周波数推定値とに基づくベクトル制御を行うことを特徴とする。

第３の発明は前記第２の発明の誘導電動機駆動システムの制御方法において、
前記切換えは前記回転角周波数検出値と予め設定した切換値とに基づいて行い、この切換え動作にはヒステリシス特性を持たせるようにしたことを特徴とする。

第４の発明は前記誘導電動機駆動システムにおいて、
前記複数台の誘導電動機のうちの何れか１台の誘導電動機を制御する可変速制御装置では、前記回転角周波数指令値とこの誘導電動機に付加された速度センサを介して得られる回転角周波数検出値とに基づくベクトル制御を行い、前記残りの可変速制御装置それぞれは、対応する誘導電動機の零速から予め設定した第１切換値までの領域では前記回転角周波数指令値と前記回転角周波数検出値とに基づくベクトル制御を行い、第１切換値から予め設定した第２切換値までの領域では前記回転角周波数指令値と対応する誘導電動機それぞれの回転角周波数演算値とに基づくベクトル制御を行い、第２切換値を超えた領域では前記回転角周波数指令値と対応する誘導電動機それぞれの回転角周波数推定値とに基づくベクトル制御を行うことを特徴とする制御方法を用いる。

第５の発明は前記第４の発明の誘導電動機駆動システムの制御方法において、
前記回転角周波数演算値は、第１切換値では前記回転角周波数検出値とし、第２切換値では前記回転角周波数推定値とし、第１切換値から第２切換値の間では前記回転角周波数検出値と対応する誘導電動機それぞれの１次角周波数演算値およびすべり角周波数演算値とに基づく演算式から導出された値としたことを特徴とする。

この発明の誘導電動機駆動システムの制御方法では、前記残りの誘導電動機が低速、特に零速領域にあるときには、前記回転角周波数指令値と前記回転角周波数検出値とに基づくベクトル制御を行うようにしたことにより、前記残りの誘導電動機の全可変速領域で良好な速度制御をすることができる。

図１は、この発明の実施の形態を示す誘導電動機駆動システムの構成図であり、この図においては、複数台として３台の誘導電動機１１〜１３と、この誘導電動機１１〜１３を上位制御装置１０からの回転角周波数指令値に基づいて制御する可変速制御装置２０，６０，７０または可変速制御装置２０，８０，９０のいずれかとにより、誘導電動機１１〜１３の出力軸に連結されたギアなどの変速器１４〜１６を介して１つの負荷軸１７を駆動する構成を示している。

図２は、この発明の第１の実施例としての図１に示した可変速制御装置６０の詳細回路構成図であり、この図において、図７，８に示した回路構成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。

すなわち、この可変速制御装置６０は速度調節器２１、磁束調節器２２、電流調節器２３、座標変換器２４、２相３相変換器２５、ＰＷＭインバータ２６、電流検出器２７、電圧検出器２８、３相２相変換器２９、座標変換器３０、３相２相変換器３１、座標変換器３２、誘起電圧演算器３３、磁束推定器３４、すべり角周波数演算器３５、回転角周波数検出器３６、積分器３８、一次角周波数指令演算器４１、減算演算器４２、加算演算器６１、切換比較器６２、切換スイッチ６３から構成されている。

図２に示した可変速制御装置６０の動作について、この可変速制御装置６０を構成する減算演算器４２，加算演算器６１，切換比較器６２，切換スイッチ６３の動作を示す図３の特性図を参照しつつ、以下に説明をする。

この可変速制御装置６０は、誘導電動機１２が零速から切換比較器６２に入力される前記回転角周波数検出値ωｒが予め設定される切換値までの低速領域では、切換スイッチ６３が図示の「ＰＧ付き」側に閉路し、従って、前記回転角周波数指令値ωｒ＊と、加算演算器６１および減算演算器４２を介することで前記回転角周波数検出値ωｒと等しい回転角周波数演算値ωｒａに基づくクトル制御を行うようにし、また、前記回転角周波数検出値ωｒが前記切換値を超える誘導電動機１２の速度領域では、切換スイッチ６３が図示の「センサレス」側に閉路し、従って、前記回転角周波数指令値ωｒ＊と、減算演算器４２を介することで前記回転角周波数推定値ωｒ＃と等しい回転角周波数演算値ωｒａに基づくベクトル制御を行うようにし、この切換え動作をショックレスに行わせるために、図示のように予め設定したヒステリシス特性を持たせるようにしている。

従って、速度調節器２１では上位制御装置１０からの回転角周波数指令値ωｒ＊と誘導電動機１２の回転角周波数演算値ωｒａとの偏差を零にする調節演算を行い、この演算結果をトルク電流指令値ＩＴ＊として出力している。

その結果、この可変速制御装置６０では、誘導電動機１２の全可変速領域で良好な速度制御をすることができ、従って、このときの誘導電動機１２における出力トルク分担のアンバランスも抑制することができる。

なお、図１に示した可変速制御装置７０は、上述の可変速制御装置６０と同一の回路構成である。

図４は、この発明の第２の実施例としての図１に示した可変速制御装置８０の詳細回路構成図であり、この図において、図７，８に示した回路構成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。

すなわち、この可変速制御装置８０は速度調節器２１、磁束調節器２２、電流調節器２３、座標変換器２４、２相３相変換器２５、ＰＷＭインバータ２６、電流検出器２７、電圧検出器２８、３相２相変換器２９、座標変換器３０、３相２相変換器３１、座標変換器３２、誘起電圧演算器３３、磁束推定器３４、すべり角周波数演算器３５、回転角周波数検出器３６、積分器３８、一次角周波数指令演算器４１、切換演算器８１から構成されている。

図４に示した可変速制御装置８０の動作について、この可変速制御装置８０を構成する切換演算器８１の動作を示す図５の特性図を参照しつつ、以下に説明をする。

この可変速制御装置８０は切換演算器８１により、誘導電動機１２が零速から予め設定した第１切換値までの速度領域では前記回転角周波数指令値ωｒ＊と前記回転角周波数検出値ωｒと等しい回転角周波数演算値ωｒｂに基づくベクトル制御を行い、また、誘導電動機１２が第１切換値から予め設定した第２切換値までの速度領域では前記回転角周波数指令値ωｒ＊と下記数６式に基づいて導出された回転角周波数演算値ωｒｂとに基づくベクトル制御を行い、さらに、誘導電動機１２が第２切換値を超えた速度領域では前記回転角周波数指令値ωｒ＊と前記回転角周波数推定値ωｒ＃と等しい回転角周波数演算値ωｒａに基づくベクトル制御を行うようにしている。

すなわち、切換演算器８１では前記第１切換値から第２切換値までの領域では、前記回転角周波数検出値ωｒと誘導電動機１２の１次角周波数演算値ω１＊およびすべり角周波数演算値ωｓとに基づく下記数６式の演算を行っている。

（数６）
ωｒｂ＝ωｒ・（１−δ）＋（ω１＊−ωｓ）・δ
ここで、第１切換値では「δ＝０」とし、第２切換値では「δ＝１」とし、第１切換値と第２切換値の間ではδを「０〜１」間で連続的に変化させるようにして、双方の切換値での前記回転角周波数検出値ωｒと前記回転角周波数推定値ωｒ＃の値の違いに起因した切換ショックを解消するようにしている。

このために切換演算器８１では誘起電圧演算器３３，磁束推定器３４，積分器３８への一次角周波数指令値として、前記第１切換値までの領域では前記回転角周波数検出値ωｒにすべり角周波数演算値ωｓを加算演算した値を、また、前記第１切換値から第２切換値までの領域では上記数６式で得られた回転角周波数演算値ωｒｂにすべり角周波数演算値ωｓを加算演算した値を、さらに、前記第２切換値を超えた領域では一次角周波数指令演算器４１で得られた一次角周波数指令演算値ω１＊を出力している。

従って、速度調節器２１では上位制御装置１０からの回転角周波数指令値ωｒ＊と上述の誘導電動機１２の回転角周波数演算値ωｒｂとの偏差を零にする調節演算を行い、この演算結果をトルク電流指令値ＩＴ＊として出力している。

その結果、この可変速制御装置８０では、誘導電動機１２の全可変速領域で良好な速度制御をすることができ、従って、このときの誘導電動機１２における出力トルク分担のアンバランスも抑制することができる。

なお、図１に示した可変速制御装置９０は、上述の可変速制御装置８０と同一の回路構成である。

この発明の実施の形態を示す誘導電動機駆動システムの構成図 この発明の第１の実施例としての図１の部分詳細回路構成図 図２の動作を説明する特性図 この発明の第２の実施例としての図１の部分詳細回路構成図 図４の動作を説明する特性図 従来例を示す誘導電動機駆動システムの構成図 図６の部分詳細回路構成図 図６の部分詳細回路構成図

符号の説明

１０‥上位制御装置、１１〜１３‥誘導電動機、１１ａ‥パルスゼネレータ、１４〜１６‥変速器、１７‥負荷軸、２０‥可変速制御装置、２１‥速度調節器、２２‥磁束調節器、２３‥電流調節器、２４，３０，３２‥座標変換器、２５‥２相３相変換器、２６‥ＰＷＭインバータ、２７‥電流検出器、２８‥電圧検出器、２９，３１‥３相２相変換器、３３‥誘起電圧演算器、３４‥磁束推定器、３５‥すべり角周波数演算器、３６‥回転角周波数検出器、３７‥加算演算器、３８‥積分器、４１‥１次角周波数指令演算器、４２‥減算演算器、５０，６０‥可変速制御装置、６１‥加算演算器、６２‥切換比較器、６３‥切換スイッチ、７０，８０‥可変速制御装置、８１‥切換演算器、９０‥可変速制御装置。

Claims (5)

1. 誘導電動機と、この誘導電動機を上位制御装置からの回転角周波数指令値に基づいて制御する可変速制御装置とを各々複数台用いて１つの負荷軸を駆動する誘導電動機駆動システムにおいて、
   前記複数台の誘導電動機のうちの何れか１台の誘導電動機を制御する可変速制御装置では、前記回転角周波数指令値とこの誘導電動機に連結された速度センサを介して得られる回転角周波数検出値とに基づくベクトル制御を行い、
   残りの誘導電動機を制御する可変速制御装置それぞれでは、前記回転角周波数指令値と前記回転角周波数検出値とに基づくベクトル制御と、前記回転角周波数指令値と対応する誘導電動機それぞれの回転角周波数推定値とに基づくベクトル制御とを切換えて行うことを特徴とする誘導電動機駆動システムの制御方法。
2. 請求項１に記載の誘導電動機駆動システムの制御方法において、
   前記残りの可変速制御装置それぞれは、対応する誘導電動機の零速から低速領域では前記回転角周波数指令値と前記回転角周波数検出値とに基づくクトル制御を行い、この誘導電動機の高速領域では前記回転角周波数指令値と前記回転角周波数推定値とに基づくベクトル制御を行うことを特徴とする誘導電動機駆動システムの制御方法。
3. 請求項２に記載の誘導電動機駆動システムの制御方法において、
   前記切換えは前記回転角周波数検出値と予め設定した切換値とに基づいて行い、この切換え動作にはヒステリシス特性を持たせるようにしたことを特徴とする誘導電動機駆動システムの制御方法。
4. 誘導電動機と、この誘導電動機を上位制御装置からの回転角周波数指令値に基づいて制御する可変速制御装置とを各々複数台用いて１つの負荷軸を駆動する誘導電動機駆動システムにおいて、
   前記複数台の誘導電動機のうちの何れか１台の誘導電動機を制御する可変速制御装置では、前記回転角周波数指令値とこの誘導電動機に連結された速度センサを介して得られる回転角周波数検出値とに基づくベクトル制御を行い、
   前記残りの可変速制御装置それぞれは、対応する誘導電動機の零速から予め設定した第１切換値までの領域では前記回転角周波数指令値と前記回転角周波数検出値とに基づくベクトル制御を行い、第１切換値から予め設定した第２切換値までの領域では前記回転角周波数指令値と対応する誘導電動機それぞれの回転角周波数演算値とに基づくベクトル制御を行い、第２切換値を超えた領域では前記回転角周波数指令値と対応する誘導電動機それぞれの回転角周波数推定値とに基づくベクトル制御を行うことを特徴とする誘導電動機駆動システムの制御方法。
5. 請求項４に記載の誘導電動機駆動システムの制御方法において、
   前記回転角周波数演算値は、第１切換値では前記回転角周波数検出値とし、第２切換値では前記回転角周波数推定値とし、第１切換値から第２切換値の間では前記回転角周波数検出値と対応する誘導電動機それぞれの１次角周波数演算値およびすべり角周波数演算値とに基づく演算式から導出された値としたことを特徴とする誘導電動機駆動システムの制御方法。
   
   
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