JP2768731B2

JP2768731B2 - 電動機の速度制御装置

Info

Publication number: JP2768731B2
Application number: JP1105944A
Authority: JP
Inventors: 正人小山
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1989-04-27
Filing date: 1989-04-27
Publication date: 1998-06-25
Anticipated expiration: 2013-06-25
Also published as: JPH02290178A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、例えば鉄鋼プラントにおける圧延ロー
ラ、製紙プラントにおける抄紙機、電動式産業用ロボッ
トのアームのような負荷機械を駆動する電動機（直流電
動機、誘導電動機、同期電動機等）の速度制御装置に関
するものである。

特に、電動機、トルク伝達機構及び負荷機械からなる
機械系を純粋な１つの積分要素として近似した《機械系
モデル》を付加して、トルク伝達機構の剛性が低い場合
や、トルク伝達機構にがたのあるギアが使用される場合
でも、応答周波数を高くすることができ、かつ高い安定
性を実現することができる電動機の速度制御装置に関す
るものである。

［従来の技術］従来例の構成を第６図、第７図、第８図及び第９図を
参照しながら説明する。

第６図、第７図、第８図及び第９図は、例えば特願昭
63−294664号に示された従来の電動機の速度制御装置、
第１の制御回路、第２の制御回路及び第３の制御回路を
示すブロック図である。

第６図において、従来の電動機の速度制御装置は、速
度基準信号発生回路（１）と、この速度基準信号発生回
路（１）に接続された第１の制御回路（２）と、速度基
準信号発生回路（１）に接続された第２の制御回路
（３）と、この第２の制御回路（３）に入力側及び出力
側が接続され積分器からなる機械系モデル（４）と、第
１の制御回路（２）及び第２の制御回路（３）に接続さ
れた第３の接続回路（５）と、この第３の制御回路
（５）に接続された電力変換回路（６）と、この電力変
換回路（６）に接続された直流電動機（７）と、この直
流電動機（７）に連結されたトルク伝達機構（８）と、
このトルク伝達機構（８）に連結された負荷機械（９）
と、直流電動機（７）に入力側が接続されかつ第１の制
御回路（２）に出力側が接続された速度検出器（10）と
から構成されている。

第７図において、第１の制御回路（２）は、通常、PI
型の制御回路と呼ばれ、速度基準信号発生回路（１）に
接続された入力端子（21）と、速度検出器（10）に接続
された入力端子（22）と、これらの入力端子（21）及び
（22）に接続された減算器（23）と、この減算器（23）
に接続された積分器（24）と、減算器（23）に接続され
た係数器（25）と、積分器（24）及び係数器（25）に接
続された加算器（26）と、この加算器（26）に接続され
た制限回路（27）と、この制限回路（27）に接続された
出力端子（28）とから構成されている。

第８図において、第２の制御回路（３）は、通常、IP
型の制御回路と呼ばれ、速度基準信号発生回路（１）に
接続された入力端子（31）と、機械系モデル（４）の出
力側に接続された入力端子（32）と、これらの入力端子
（31）及び（32）に接続された減算器（33）と、この減
算器（33）に接続された積分器（34）と、入力端子（3
2）に接続された係数器（35）と、積分器（34）及び係
数器（35）に接続された減算器（36）と、この減算器
（36）に接続された制限回路（37）と、この制限回路
（37）に接続された出力端子（38）とから構成されてい
る。

第９図において、第３の制御回路（５）は、第１の制
御回路（２）に接続された入力端子（50a）と、第２の
制御回路（３）に接続された入力端子（50b）と、図示
しない電流検出器に接続された入力端子（50c）と、入
力端子（50a）及び（50b）に接続された加算器（51）
と、この加算器（51）に接続された制限回路（52）と、
この制限回路（52）に接続された係数器（53）と、この
係数器（53）及び入力端子（50c）に接続された減算器
（54）と、この減算器（54）に接続された積分器（55）
と、減算器（54）に接続された係数器（56）と、積分器
（55）及び係数器（56）に接続された加算器（57）と、
この加算器（57）に接続されたPWM回路（58）と、このP
WM回路（58）に接続された出力端子（59）とから構成さ
れている。

つぎに、上述した従来例の動作を説明する。

まず、第１の制御回路（２）は、第１の基準トルクτ
_１を速度基準信号発生回路（１）からの基準速度ωｍ^＊
と、速度検出器（10）からの実速度ωｍとに基づいて発
生する。

すなわち、第７図で示すように、基準速度ωｍ^＊と実
速度ωｍとの速度偏差△ωm₁に基づいて、第１の基準ト
ルクτ_１が発生される。なお、第１の制御回路（２）
は、ギアの接触、非接触といった機械系の状態の変化に
よらず速度制御系の安定性が保たれるように、実際には
制御ゲインの値を下げて設計される。

第２の制御回路（３）は、第２の基準トルクτ_２を速
度基準信号発生回路（１）からの基準速度ωｍ^＊と、機
械系モデル（４）からのモデル速度ωｍ^＊＊とに基づい
て発生する。

すなわち、第８図で示すように、基準速度ωｍ^＊とモ
デル速度ωｍ^＊＊との速度偏差△ωm₂に基づいて、第２
の基準トルクτ_２が発生される。

一方、機械系モデル（４）は、１つの積分器で構成さ
れており、その積分器は直流電動機（７）、トルク伝達
機構（８）及び負荷機械（９）の慣性モーメントの総和
が換算された時定数を有する。そこで、第２の制御回路
（３）を基準速度ωｍ^＊の変化に対するモデル速度ωｍ
^＊＊の応答が仕様を満足するように設計すると、第２の
基準トルクτ_２は、機械系を剛性が無限大の１つのマス
とみなしたときに、直流電動機（７）が発生すべきトル
クとなる。

第３の制御回路（５）は、制御信号であるON/OFF信号
を第１の基準トルクτ_１と、第２の基準トルクτ_２とに
基づいて発生する。

すなわち、第９図で示すように、第１の基準トルクτ
_１と、第２の基準トルクτ_２との和である最終基準トル
クτｍに直流電動機（７）の発生トルクが追随するよう
に、電力変換回路（６）を動作させるON/OFF信号が発生
される。

この結果、基準速度ωｍ^＊の変化に対し、仕様を満足
するような応答周波数をもった速度制御系が得られる。
このとき、第２の基準トルクτ_２は速度検出器（10）か
らの実速度ωｍによって変化しないので、機械系の状態
の変化によらず速度制御の安定性が保たれる。

［発明が解決しようとする課題］上述したような従来の電動機の速度制御装置では、負
荷トルクが変動するような場合、第２の基準トルクは負
荷トルクが変動しても変化しないので、負荷トルクの変
動に対する速度制御系の応答性は第１の制御回路によっ
て決まってしまう。ところが、第１の制御回路は安定性
の問題から制御ゲインを下げて設計されるので、負荷ト
ルクの変動に対しては、応答周波数を高くすることが困
難であるという問題点があった。

また、電動式産業用ロボットのように負荷機械である
アームの慣性モーメントがアームの位置によって大きく
変化する場合、機械系モデルの積分時定数が一定である
ので、基準速度の変化に対してもアームの位置によって
速度制御系の応答が変化してしまうという問題点があっ
た。

この発明は、上述した問題点を解決するためになされ
たもので、負荷トルクが変動するような場合でも応答周
波数を高くすることができ、また負荷機械の慣性モーメ
ントが変化するような場合でも速度制御系の応答を一定
に保つことができる電動機の速度制御装置を得ることを
目的とする。

［課題を解決するための手段］この発明に係る電動機の速度制御装置は、以下に述べ
るような手段を備えたものである。

請求項（１）の発明は、つぎの手段から構成されてい
る。

（ｉ）．電動機、トルク伝達機構及び負荷機械を１つの
積分要素として近似し第２の基準トルク及び補正トルク
に基づいてモデル速度を出力する機械系モデル。

（ii）．上記電動機の基準速度及び実速度に基づいて第
１の基準トルクを出力する第１の制御回路。

（iii）．上記基準速度及びモデル速度に基づいて上記
第２の基準トルクを出力する第２の制御回路。

（iv）．上記実速度及びモデル速度に基づいて上記補正
トルクを出力する補正トルク演算回路。

（ｖ）．並びに第１の基準トルク及び第２の基準トルク
に基づいて上記電動機のトルクを制御する制御手段。

請求項（２）の発明は、つぎの手段から構成されてい
る。

（ｉ）．電動機、トルク伝達機構及び負荷機械を１つの
積分要素として近似し基準トルク及び補正トルクに基づ
いてモデル速度を出力する機械系モデル。

（ii）．上記電動機の基準速度及びモデル速度に基づい
て上記基準トルクを出力する制御回路。

（iii）．上記実速度及びモデル速度に基づいて上記補
正トルクを出力する補正トルク演算回路。

（iv）．上記基準トルクに基づいて上記電動機のトルク
を制御する制御手段。

［作用］請求項（１）の発明においては、機械系モデルによっ
て、電動機、トルク伝達機構及び負荷機械が１つの積分
要素として近似され、第２の基準トルク及び補正トルク
に基づいてモデル速度が出力される。

また、第１の制御回路によって、上記電動機の基準速
度及び実速度に基づいて第１の基準トルクが出力され
る。

さらに、第２の制御回路によって、上記基準速度及び
モデル速度に基づいて上記第２の基準トルクが出力され
る。

さらにまた、補正トルク演算回路によって、上記実速
度及びモデル速度に基づいて上記補正トルクが出力され
る。

そして、制御手段によって、上記第１の基準トルク及
び第２の基準トルクに基づいて上記電動機のトルクが制
御される。

請求項（２）の発明においては、機械系モデルによっ
て、電動機、トルク伝達機構及び負荷機械が１つの積分
要素として近似され、基準トルク及び補正トルクに基づ
いてモデル速度が出力される。

また、制御回路によって、上記電動機の基準速度及び
モデル速度に基づいて上記基準トルクが出力される。

さらに、補正トルク演算回路によって、上記実速度及
びモデル速度に基づいて上記補正トルクが出力される。

そして、制御手段によって、上記基準トルクに基づい
て上記電動機のトルクが制御される。

［実施例］請求項（１）及び（２）の発明の実施例として、３つ
の実施例について説明する。すなわち、直流電動機用の
実施例（請求項（１）の発明）、誘導電動機用の実施例
（請求項（２）の発明）と同期電動機用の実施例（請求
項（２）の発明）である。

最初に、請求項（１）の発明の実施例の構成を第１図
及び第２図を参照しながら説明する。

第１図は、請求項（１）の発明の実施例を示すブロッ
ク図であり、速度基準信号発生回路（１）〜速度検出器
（10）は上記従来装置のものと全く同一である。

第１図において、請求項（１）の発明の実施例は、上
述した従来装置のものと全く同一のものと、機械系モデ
ル（４）及び速度検出器（10）に接続された補正トルク
演算回路（11）と、この補正トルク演算回路（11）及び
第２の制御回路（３）に入力側が接続されかつ機械系モ
デル（４）に出力側が接続された減算器（12）とから構
成されている。

ところで、請求項（１）の発明の制御手段は、上述し
た実施例では、第３の制御回路（５）と、電力変換回路
（６）とから構成されている。

第２図は、請求項（１）の発明の実施例の補正トルク
演算回路（11）の詳細な構成を示すブロック図である。

第２図において、補正トルク演算回路（11）は、機械
系モデル（４）に接続された入力端子（111）と、速度
検出器（10）に接続された入力端子（112）と、入力端
子（111）及び（112）に接続された減算器（113）と、
この減算器（113）に接続された積分器（114）と、減算
器（113）に接続された係数器（115）と、積分器（11
4）及び係数器（115）に接続された加算器（116）と、
この加算器（116）に入力側が接続されかつ減算器（1
2）に出力側が接続された出力端子（117）とから構成さ
れている。

つぎに、上述した請求項（１）の発明の実施例の動作
を説明する。

まず、第１の制御回路（２）は、第１の基準トルクτ
_１を速度基準信号発生回路（１）からの基準速度ωｍ^＊
と、速度検出器（10）からの実速度ωｍとの速度偏差△
ωm₁に基づいて発生する。

なお、第１の制御回路（２）は、ギアの接触、非接触
といった機械系の状態の変化によらず速度制御系の安定
性が保たれるように、実際には制御ゲインの値を下げて
設計される。

第２の制御回路（３）は、第２の基準トルクτ_２を速
度基準信号発生回路（１）からの基準速度ωｍ^＊と、機
械系モデル（４）からのモデル速度ωｍ^＊＊との速度偏
差△ωm₂に基づいて発生する。

そして、基準速度ωｍ^＊に対するモデル速度ωｍ^＊＊
の伝達関数は、 ωｍ^＊＊／ωｍ^＊＝Ki/（JS²＋Kp S＋Ki）式と表せる。ここで、Ｊは、直流電動機（７）、トルク伝
達機構（８）及び負荷機械（９）のそれぞれの慣性モー
メントを全て合計した機械系モデル（４）の慣性モーメ
ントである。

したがって、ゲインKp、Kiの値を調節することによ
り、仕様を満足するような応答特性をもったモデル速度
ωｍ^＊＊の制御が可能である。このときに得られる第２
の基準トルクτ_２は、トルク伝達機構（８）の剛性が充
分高くかつギアのガタを無視した場合において、仕様を
満足する応答特性で負荷機械（９）を速度制御するのに
必要なトルクの基準値である。

補正トルク演算回路（11）は、補正トルクτｔを速度
検出器（10）からの実速度ωｍと、機械系モデル（４）
からのモデル速度ωｍ^＊＊との速度偏差△ωm₃に基づい
て発生する。

すなわち、第２図で示すように、実速度ωｍとモデル
速度ωｍ^＊＊との速度偏差△ωm₃が、減算器（113）に
よって求められ、積分器（114）及び係数器（115）に供
給される。そして、積分器（114）及び係数器（115）の
出力が加算された補正トルクτｔが、加算器（116）に
よって求められる。

ここで、補正トルク演算回路（11）の具体的な作用に
ついて説明する。

電動式産業用ロボットのように負荷機械（９）である
アームの慣性モーメントがアームの位置によって変化す
る場合、機械系モデル（４）の慣性モーメントＪが実際
の機械系の慣性モーメントに一致しなくなるので、実速
度ωｍとモデル速度ωｍ^＊＊との間に速度偏差△ωm₃が
生じる。例えば、機械系モデル（４）の慣性モーメント
Ｊが、実際の機械系の慣性モーメントより小さい場合
は、実速度ωｍの応答がモデル速度ωｍ^＊＊に対して遅
れるので、速度偏差△ωm₃の極性は正となる、したがっ
て、補正トルクτｔの極性も正となるが、機械系モデル
（４）に入力されるトルクτ_２ ^＊は、減算器（12）によ
ってτ_２−τｔ＝τ_２ ^＊となるため、第２の基準トルク
τ_２より小さくなる。この結果、モデル速度ωｍ^＊＊の
応答が遅くなり、実速度ωｍの応答に追随するようにな
る。

一方、機械系モデル（４）の慣性モーメントＪが、実
際の機械系の慣性モーメントより大きい場合は、実速度
ωｍの応答がモデル速度ωｍ^＊＊の応答より速いが、補
正トルクτｔの極性が負となるので、機械系モデル
（４）に入力されるトルクτ_２ ^＊は、第２の基準トルク
τ_２より大きくなる。この結果、モデル速度ωｍ^＊＊の
応答が速くなり、実速度ωｍの応答に追随するようにな
る。

また、負荷トルクの変動が発生した場合、上述した従
来の電動機の速度制御装置では、速度基準信号発生回路
（１）から出力される基準速度ωｍ^＊が変化しない限
り、モデル速度ωｍ^＊＊が変化しないので、第２の基準
トルクτ_２も変化しなかった。しかしながら、上述した
実施例では、負荷トルクが変動して実速度ωｍが基準速
度ωｍ^＊より低下すると、速度偏差△ωm₃の極性が正と
なるので、補正トルクτｔの極性も正となる。したがっ
て、機械系モデル（４）に入力されるトルクτ_２ ^＊は、
第２の基準トルクτ_２より小さくなるので、モデル速度
ωｍ^＊が低下する。その結果、第２の制御回路（３）に
よって、モデル速度ωｍ^＊＊を基準速度ωｍ^＊に一致さ
せるように、極性が正の第２の基準トルクτ_２が出力さ
れる。

そして、直流電動機（７）の発生トルクは、第３の制
御回路（５）によって、この第２の基準トルクτ_２と第
１の基準トルクτ_１とが加算された最終基準トルクτｍ
に追随するように制御されるので、実速度ωｍも基準速
度ωｍ^＊に一致するように制御される。

以上のように、負荷機械の慣性モーメントや負荷トル
クが変化するような場合でも、補正トルク演算回路（1
1）によって、モデル速度ωｍ^＊＊がこれらの変化に応
じて変化し、さらにこのモデル速度ωｍ^＊＊の変化を抑
えるように第２の制御回路（３）が動作する。

なお、第２図で示す積分器（114）は、実速度ωｍと
モデル速度ωｍ^＊＊との定常偏差をなくすために用いら
れている。

第３の制御回路（５）は、第１の基準トルクτ_１と、
第２の基準トルクτ_２とを加算した最終基準トルクτｍ
に、直流電動機（７）の発生トルクが追随するように、
電力変換回路（６）を動作させるON/OFF信号を発生す
る。

第２番目に、請求項（２）の発明の実施例の構成を第
３図及び第４図を参照しながら説明する。

第３図は、請求項（２）の発明の実施例を示すブロッ
ク図であり、速度基準信号発生回路（１）、第２の制御
回路（３）、機械系モデル（４）、電力変換回路
（６）、トルク伝達機構（８）〜減算器（12）は上記第
１図で示した請求項（１）の発明の実施例のものと全く
同一である。

第３図において、請求項（２）の発明の実施例は、上
述した請求項（１）の発明の実施例のものと全く同一の
ものと、第２の制御回路（３）に入力側が接続されかつ
電力変換回路（６）に出力側が接続された第４の制御回
路（13）と、電力変換回路（６）に入力側が接続され速
度検出器（10）に出力側が接続されかつトルク伝達機構
（８）に連結された誘導電動機（7A）とから構成されて
いる。

ところで、請求項（２）の発明の制御回路は、上述し
た実施例では、速度基準信号発生回路（１）と、第２の
制御回路（３）とから構成され、制御手段は、第４の制
御回路（13）と、電力変換回路（６）とから構成されて
いる。

第４図は、請求項（２）の発明の実施例の第４の制御
回路（13）を示すブロック図である。

第４図において、第４の制御回路（13）は、第２の制
御回路（３）に接続された入力端子（131）と、レベル
設定器（図示しない）に接続された入力端子（132）
と、速度検出器（10）に接続された入力端子（133）
と、電流検出器（図示しない）に接続された入力端子
（134）及び（135）と、入力端子（132）に接続された
係数器（136）と、入力端子（131）及び係数器（136）
に接続された除算器（137）と、入力端子（132）に接続
された係数器（138）と、入力端子（132）に接続された
係数器（139）と、除算器（137）及び係数器（139）に
接続された除算器（140）と、この除算器（140）及び入力端子（133）に接続された
加算器（141）と、この加算器（141）に接続されたV/F
コンバータ（142）と、このV/Fコンバータ（142）に接
続されたカウンタ（143）と、このカウンタ（143）に接
続されたROM（144）と、除算器（137）及びROM（144）に接続され乗算機能を
備えたD/Aコンバータ（145）と、係数器（138）及びROM
（144）に接続され乗算機能を備えたD/Aコンバータ（14
6）と、除算器（137）及びROM（144）に接続され乗算機
能を備えたD/Aコンバータ（147）と、係数器（138）及
びROM（144）に接続された乗算機能を備えたD/Aコンバ
ータ（148）と、 D/Aコンバータ（145）及び（146）に接続された減算
器（149）と、D/Aコンバータ（147）及び（148）に接続
された減算器（150）と、減算器（149）及び入力端子
（134）に接続された減算器（151）と、減算器（150）
及び入力端子（135）に接続された減算器（152）と、減
算器（149）及び（150）に接続された加算器（153）
と、入力端子（134）及び（135）に接続された加算器
（154）と、加算器（153）及び（154）に接続された減
算器（155）と、減算器（151）に接続された増幅器（156）と、減算器
（152）に接続された増幅器（157）と、減算器（155）
に接続された増幅器（158）と、増幅器（156）、（15
7）及び（158）に接続されたPWM回路（159）と、このPW
M回路（159）に接続された出力端子（160）とから構成
されている。

ここで、誘導電動機（7A）のベクトル制御について簡
単に説明する。周知のように、ベクトル制御は、誘導電
動機（7A）の発生トルクと、２次磁束Φ_２とを独立に制
御することができる。そこで、２次磁束Φ_２を一定に制
御する場合には、ベクトル制御は、誘導電動機（7A）に
供給される１次電流ius、ivs及びiwsがそれぞれの基準
１次電流ius^＊、ivs^＊及びiws^＊に追随するように制御
される。

すなわち、 ius^＊＝id^＊cosω₀t−iq^＊sinω₀t ivs^＊＝id^＊cos（ω₀t−２π/3） −iq^＊sin（ω₀t−２π/3） iws^＊＝−（ius^＊＋ivs^＊） …式と表される。ただし、 ω_０＝ωｍ＋（MR₂/L₂）・（iq^＊／Φ_２ ^＊） …式 id^＊＝Φ_２ ^＊/M （一定） …式 iq^＊＝L₂τ₂/MΦ_２ ^＊ …式 ω₀:1次周波数、M:1次２次巻線相互インダクタンス、
R₂:2次巻線抵抗、L₂:2次巻線インダクタンス、id^＊：基
準励磁電流、Φ_２ ^＊：基準２次磁束、iq^＊：基準トルク
電流である。

つぎに、上述した請求項（２）の発明の実施例の動作
を説明する。なお、第２の制御回路（３）及び補正トル
ク演算回路（11）の動作は、第１図で示す実施例と同一
である。したがって、第４の制御回路（13）の動作を中
心に説明する。

まず、基準トルク電流iq^＊が、除算器（137）によっ
て出力される。すなわち、式に基づいて、第２の基準
トルクτ_２と、予め設定されているレベル設定器（図示
せず）から入力端子（132）を経由し、係数M/L₂の係数
器（136）を経て出力された基準２次磁束Φ_２ ^＊との除
算から、基準トルク電流iq^＊が求められる。

また、基準励磁電流id^＊が、係数器（138）によって
出力される。すなわち、式に基づいて、レベル設定器
から入力端子（132）を経由して出力された基準２次磁
束Φ_２ ^＊が、係数1/Mの係数器（138）を経て基準励磁電
流id^＊が求められる。

さらに、アナログ量の１次周波数ω_０が、加算器（14
1）によって出力される。すなわち、式に基づいて、
除算器（137）から出力された基準トルク電流iq^＊と、
レベル設定器から入力端子（132）を経由して出力さ
れ、係数L₂/MR₂の係数器（139）を経て出力された基準
２次磁束Φ_２ ^＊との除算が除算器（140）によって求め
られ、この除算器（140）から出力された（MR₂/L₂）・（iq^＊／Φ_２ ^＊）と、速度検出器（10）から入力端子（133）を経由して
出力された実速度ωｍとの和であるアナログ量の１次周
波数ω_０が求められ、V/Fコンバータ（142）に供給され
る。

つづいて、デジタル量の角度θ_０が、カウンタ（14
3）によって出力される。すなわち、加算器（141）から
出力されたアナログ量の１次周波数ω_０が、V/Fコンバ
ータ（142）によってパルス列に変換された後、カウン
タ（143）によって１次周波数ω_０の時間積分値である
デジタル量の角度θ_０が求められ、ROM（144）に供給さ
れる。

つづいて、デジタル量のsinθ_０、cosθ_０、sin（θ
_０−２π/3）、cos（θ_０−２π/3）が、ROM（144）に
よって出力される。すなわち、デジタル量の角度θ_０を
ROM（144）のアドレスとして、ROM（144）に記憶された
sinθ_０、cosθ_０、sin（θ_０−２π/3）、cos（θ_０−
２π/3）の値が、それぞれD/Aコンバータ（145）、（14
6）、（147）及び（148）に供給される。

こうして、Ｕ相及びＶ相の基準１次電流ius^＊及びivs
^＊が、D/Aコンバータ（145）、（146）、（147）及び
（148）、並びに減算器（149）及び（150）によって出
力される。すなわち、式に基づいて、除算器（137）
から出力された基準トルク電流iq^＊と、係数器（138）
から出力された基準励磁電流id^＊と、ROM（144）から出
力されたデジタル量のsinθ_０、cosθ_０、sin（θ_０−
２π/3）、cos（θ_０−２π/3）とが乗算、アナログ変
換及び減算されて、基準１次電流ius^＊及びivs^＊が求め
られる。

また、Ｗ相の基準１次電流−iws^＊が、加算器（153）
によって出力される。すなわち、式に基づいて、減算
器（149）及び（150）から出力されたＵ相及びＶ相の基
準１次電流ius^＊及びivs^＊が加算されて、Ｗ相の基準１
次電流−iws^＊が求められる。

そして、Ｕ相及びＶ相の基準１次電圧υus^＊及びυvs
^＊が、減算器（151）及び（152）、並びに増幅器（15
6）及び（157）によって出力される。すなわち、減算器
（151）及び（152）から出力された基準１次電流ius^＊
及びivs^＊と、電流検出器（図示せず）から入力端子（1
34）及び（135）を経由して出力されたＵ相及びＶ相の
実際の１次電流ius及びivsとの偏差が求められ、増幅さ
れてＵ相及びＶ相の基準１次電圧υus^＊及びυvs^＊が求
められて、PWM回路（159）に供給される。

一方、Ｗ相の基準１次電圧υws^＊が、加算器（15
4）、減算器（155）及び増幅器（158）によって出力さ
れる。すなわち、式の［iws^＊＝−（ius^＊＋iv
s^＊）］の関係を利用して、電流検出器（図示せず）か
ら入力端子（134）及び（135）を経由して出力されたＵ
相及びＶ相の実際の１次電流ius及びivsとの和であるＷ
相の１次電流−iwsが求められ、さらにＷ相の基準１次
電流−iws^＊との偏差が求められ、増幅されてＷ相に基
準１次電圧υws^＊が求められて、PWM回路（159）に供給
される。

こうして、例えばトランジスタやMOSFET等の高速スイ
ッチング素子を用いたインバータ回路から構成された電
力変換回路（６）に対しては、６つのスイッチング素子
のON/OFF信号が、PWM回路（159）によって出力される。

したがって、誘導電動機（7A）の１次電圧υus、υvs
及びυwsが、基準１次電圧υus^＊、υvs^＊及びυws^＊に
追随するように、それぞれPWM回路（159）及び電力変換
回路（６）によって制御される。

上述の説明から、誘導電動機（7A）の発生トルクが、
第２の基準トルクτ_２に追随するように、第４図で示し
た第４の制御回路（13）によって制御されることが理解
される。

第３番目に、請求項（２）の発明の他の実施例の構成
を第５図を参照しながら説明する。

第５図は、請求項（２）の発明の他の実施例を示すブ
ロック図であり、第３図で示す実施例の第４の制御回路
（13）及び誘導電動機（7A）の代わりに、第４の制御回
路（13A）及び永久磁石式同期電動機（7B）で構成さ
れ、その他は上記第３図で示す実施例のものと全く同一
である。

ここで、第４の制御回路（13A）は、第４図で示す第
４の制御回路（13）において、基準励磁電流id^＊を零に
するとともに、係数器（139）及び除算器（140）を省略
し、かつ第２の基準トルクτ_２から基準トルク電流iq^＊
を求めるのに必要なトルク定数の値を変更すればよい。

ところで、請求項（１）の発明と請求項（２）の発明
の相違点は、第１図及び第３図で示した実施例から明ら
かなように、第１の制御回路（２）があるかないかとい
うことである。

上述した説明から解るように、速度制御の応答性は、
第２の制御回路（３）によって決定されるが、第１の制
御回路（２）は速度制御系のダンピング特性を改善する
働きをする。

したがって、機械系の剛性が低く、速度制御系のダン
ピング特性が問題となる場合には、請求項（１）の発明
を用いる方がよい。一方、機械系の剛性がそれほど低く
ない場合には、請求項（２）の発明を用いる方がよい。

なお、上記各実施例の第２の制御回路（３）の他の例
として、第１の制御回路（２）の例として示したPI型の
回路を用いてもよい。この場合、基準速度ωｍ^＊に対す
るモデル速度ωｍ^＊＊の伝達関数は、 ωｍ^＊＊／ωｍ^＊＝（KpS＋Ki）／（JS²＋KpS＋Ki） …式と表される。したがって、ゲインKp、Kiの値を調節する
ことにより、仕様を満足するような応答特性をもったモ
デル速度ωｍ^＊＊の制御が可能である。

また逆に、第１の制御回路（２）の他の例として、第
２の制御回路（３）の例として示したIP型の回路を用い
てもよい。

［発明の効果］以上説明したとおり、請求項（１）の発明は、電動
機、トルク伝達機構及び負荷機構を１つの積分要素とし
て近似し第２の基準トルク及び補正トルクに基づいてモ
デル速度を出力する機械系モデルと、上記電動機の基準
速度及び実速度に基づいて第１の基準トルクを出力する
第１の制御回路と、上記基準速度及びモデル速度に基づ
いて上記第２の基準トルクを出力する第２の制御回路
と、上記実速度及びモデル速度に基づいて上記補正トル
クを出力する補正トルク演算回路と、上記第１の基準ト
ルク及び第２の基準トルクに基づいて上記電動機のトル
クを制御する制御手段とを備え、また、請求項（２）の発明は、電動機、トルク伝達機
構及び負荷機械を１つの積分要素として近似し基準トル
ク及び補正トルクに基づいてモデル速度を出力する機械
系モデルと、上記電動機の基準速度及びモデル速度に基
づいて上記基準トルクを出力する制御回路と、上記実速
度及びモデル速度に基づいて上記補正トルクを出力する
補正トルク演算回路と、上記基準トルクに基づいて上記
電動機のトルクを制御する制御手段とを備えたので、負
荷トルクが変動するような場合でも応答周成数を高くす
ることができ、また負荷機械の慣性モーメントが変化す
るような場合でも速度制御系の応答を一定に保つことが
できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は請求項（１）の発明の実施例を示すブロック
図、第２図は請求項（１）の発明の実施例の補正トルク
演算回路を示すブロック図、第３図は請求項（２）の発
明の実施例を示すブロック図、第４図は請求項（２）の
発明の実施例の第４の制御回路を示すブロック図、第５
図は請求項（２）の発明の他の実施例を示すブロック
図、第６図は従来の電動機の速度制御装置を示すブロッ
ク図、第７図は従来の電動機の速度制御装置の第１の制
御回路を示すブロック図、第８図は従来の電動機の速度
制御装置の第２の制御回路を示すブロック図、第９図は
従来の電動機の速度制御装置の第３の制御回路を示すブ
ロック図である。図において、（１）……速度基準信号発生回路、（２）……第１の制御回路、（３）……第２の制御回路、（４）……機械系モデル、（５）……第３の制御回路、（６）……電力変換回路、（７）……直流電動機、（８）……トルク伝達機構、（９）……負荷機械、（10）……速度検出器、（11）……補正トルク演算回路、（12）……減算器、（13）……第４の制御回路、（7A）……誘導電動機、（13A）……第４の制御回路、（7B）……永久磁石式同期電動機である。なお、各図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電動機、トルク伝達機構及び負荷機械を１
つの積分要素として近似し第２の基準トルク及び補正ト
ルクに基づいてモデル速度を出力する機械系モデル、上
記電動機の基準速度及び実速度に基づいて第１の基準ト
ルクを出力する第１の制御回路、上記基準速度及びモデ
ル速度に基づいて上記第２の基準トルクを出力する第２
の制御回路、上記実速度及びモデル速度に基づいて上記
補正トルクを出力する補正トルク演算回路、並びに上記
第１の基準トルク及び第２の基準トルクに基づいて上記
電動機のトルクを制御する制御手段を備えたことを特徴
とする電動機の速度制御装置。
【請求項２】電動機、トルク伝達機構及び負荷機械を１
つの積分要素として近似し基準トルク及び補正トルクに
基づいてモデル速度を出力する機械系モデル、上記電動
機の基準速度及びモデル速度に基づいて上記基準トルク
を出力する制御回路、上記実速度及びモデル速度に基づ
いて上記補正トルクを出力する補正トルク演算回路、並
びに上記基準トルクに基づいて上記電動機のトルクを制
御する制御手段を備えたことを特徴とする電動機の速度
制御装置。