JP2936779B2 - インバータによる誘導電動機速度制御方法 - Google Patents

インバータによる誘導電動機速度制御方法

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JP2936779B2
JP2936779B2 JP3090161A JP9016191A JP2936779B2 JP 2936779 B2 JP2936779 B2 JP 2936779B2 JP 3090161 A JP3090161 A JP 3090161A JP 9016191 A JP9016191 A JP 9016191A JP 2936779 B2 JP2936779 B2 JP 2936779B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はインバータを用いた誘導
電動機の速度制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のこの種の速度制御方法としては、
その速度制御系を図3のブロック回路図に示す如く構成
するものが知られている。すなわち、誘導電動機4に対
する速度設定値Nsと速度検出器5により検出された前
記電動機4の速度実際値Nrとの速度偏差Δnを入力と
し比例・積分動作等を行う調節器1と、該調節器の出力
Nc或いは該出力Ncと前記速度設定値Nsとの和を総
合速度指令Ntとして受けるインバータ3の演算制御部
等との前向き制御要素と、前記速度検出器5の如き前記
速度実際値Nrに関連する検出帰還系要素とから成る閉
ループ負帰還制御系を構成するものであり、該制御系の
構成状態を前記電動機の速度制御全域において不変とな
し閉ループの連続的な負帰還制御を行うものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記の如
き閉ループ負帰還制御系を成す電動機速度制御系におい
ては、速度制御対象である電動機自体がその慣性定数等
に従って通常2次以上の時間遅れ特性を有するため、そ
の速度指令急変時の電動機実速度の時間的応答は振動的
となり、前記速度指令に対する前記実速度の追従即応度
を大となせばなすほど該速度指令の目標値前後における
制御の行き過ぎ量も該目標値への整定時間も共に大とな
る。すなわち閉ループ負帰還制御系においては、制御の
行き過ぎ量と整定時間とを共に小となす安定性の向上と
追従度を大となす即応性の向上とを同時に満たすことは
困難であり、通常は該両性能が共に実用上支障のない値
となるように前記制御系中の前向き要素としての調節器
における諸制御定数,例えば比例帯幅,積分時間等の適
当な調整を行っているが、何れにしても制御性能上の限
界と調整の煩雑さとは避け得なかった。上記に鑑み本発
明は、制御系の構成変更により前記の安定性と即応性と
の両立を図り得るインバータによる誘導電動機速度制御
方法の提供を目的とするものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、インバータにより駆動される誘導電動機に対する第
1の速度設定値と該電動機の速度実際値との速度偏差を
入力とする比例・積分調節器と、該比例・積分調節器の
出力或いは該出力と前記第1の速度設定値との和を総合
速度指令として受ける前記インバータの演算制御部とを
前向き制御要素となし前記速度実際値の検出帰還系要素
と共に構成された前記電動機の閉ループ負帰還制御系に
おいて、前記速度偏差の絶対値とその上限設定値との大
小を判別する該速度偏差の絶対値検出器と、前記インバ
ータの演算制御部の速度指令信号入力経路上に直列に挿
入され且つ前記絶対値検出器の出力に応じて動作しその
入力をなす前記総合速度指令と前記電動機に対する第2
の速度設定値との両入力中の何れか一つを選択して前記
インバータの演算制御部へ与える第1の切替スイッチと
を設け、該演算制御部に対し、前記速度偏差の絶対値が
その上限設定値以下の場合には前記総合速度指令を選択
して前記電動機の速度制御系を閉ループ負帰還制御系と
して構成機能させ、また前記速度偏差の絶対値がその上
限設定値を超える場合には前記第2の速度設定値を選択
して前記電動機の速度制御系を開ループ制御系として構
成機能させるとともに、前記比例・積分調節器における
積分器を零ホールドするものとし、更に、前記第2の速
度設定値を前記速度偏差が正極性の場合に用いる加速用
速度設定値と同じく負極性の場合に用いる減速用速度設
定値との2種類のものとなし、更に、前記速度偏差の正
負極性を判別する極性判別器と,前記第1の切替スイッ
チにおける前記第2の速度設定値入力経路上に直列に挿
入され且つ前記極性判別器の出力に応じて動作しその入
力をなす前記加速用及び減速用両速度設定値中の何れか
一つを選択する第2の切替スイッチとを設け、前記の如
き電動機開ループ速度制御時における前記第2の速度設
定値として前記速度偏差の正負極性に応じて選択された
前記の加速用或いは減速用速度設定値の何れかを用いる
ものとし、更にまた、前記加速用速度設定値を前記イン
バータに規定されている最大出力周波数に対応する前記
電動機の最大速度指令値となし、また前記減速用速度設
定値を前記電動機の速度零指令値となすものとする。
【0005】
【作用】一般に閉ループの負帰還制御系においてはその
即応性と安定性とは相反する特性であり該両特性を同時
に満足させることは通常困難である。しかしながら良好
な制御性を得るためには前記の即応性と安定性とは所要
制御域の全域において常時同時に必要とされるものでは
なく、制御目標値とその実際値との制御偏差が大なる領
域では制御の安定性を考慮することなく所要制御方向に
従った即応制御を行い、また前記制御偏差の小なる領域
では制御の即応性よりもその安定性を主とした制御を行
えば即応的且つ安定した制御が可能となる。
【0006】上記に従い本発明のインバータによる誘導
電動機の速度制御方法は、該電動機の速度設定値と実速
度との速度偏差に従って制御系の構成変更を行うもので
あり、前記の速度偏差の絶対値がその上限設定値以下で
あれば前記制御系をその制御の安定性を主眼として選定
された制御諸定数を有する閉ループの負帰還制御系とな
し、インバータによる前記電動機の通常運転における速
度設定値を制御目標値とする速度制御を行わせ、また前
記速度偏差が前記上限設定値を超えると前記制御系をそ
の前向き要素としてのインバータ演算制御部のみとした
開ループ制御系となし且つ該演算制御部に直接印加する
速度設定値を急激に増大または減少させ前記制御系の見
掛上の時定数を減少させる突上げ制御を行って所定の速
度目標値への急速な追従を行わせるものである。なお前
記の急変させる速度設定値の目標値は、急増時には前記
インバータの出力する最大周波数対応値とし、同じく急
減時は零速度指令値とする。更に、前記制御系を閉ルー
プ系或いは開ループ系となす切替操作は前記速度偏差の
絶対値検出器と、該検出器の出力とその上限設定値との
大小判定を行う比較器と、該比較器の出力により駆動さ
れ前記制御系上の入力信号経路を切替える第1の切替ス
イッチとにより行うものであり、また前記の開ループ制
御系に対する速度設定値の急変操作は、前記速度偏差の
正負極性判別用比較器と、該比較器の出力により駆動さ
れ前記第1の切替器の開ループ時の速度設定信号印加経
路上に直列に接続された入力信号切替用の第2の切替ス
イッチとにより、何れも、自動的に行われるものであ
る。
【0007】
【実施例】以下本発明の実施例を図面に従って説明す
る。図1は本発明の実施例を示す速度制御系のブロック
回路図、図2は図1と前記図3とに対応する制御対象電
動機速度のその設定指令値に対する過渡応答図である。
なお図1においては図3に示す従来技術の実施例の場合
と同一機能の構成要素に対しては同一の表示符号を附し
ている。先ず図1において、1はPI調節器(比例・積
分調節器)であり、誘導電動機4に対する速度設定値N
sと速度検出器5により検出された前記電動機4の速度
実際値Nrとの速度偏差Δn(Δn=Ns−Nr)を入
力とし適当な時間関係にて変換演算された速度信号Nc
を出力する。該出力Ncは加算器において前記設定値N
sと加算され総合速度指令Nt(Nt=Nc+Ns)と
なりアナログ信号用の切替スイッチSW1 の端子b−c
間を経由してインバータ3の演算制御部へ印加される。
なお前記スイッチSW1 は端子cを共通とし端子a−c
間と端子b−c間の2経路間の切替動作を切替用電圧信
号の印加により行うものであり、該切替信号の印加時と
無印加時とに対応して前記端子a−c間とb−c間とが
それぞれ導通状態となる。また前記インバータ3は、関
数発生器31とV/f変換器(電圧/周波数変換器)3
2とPWM演算部33とをその演算制御部とし、逆並列
ダイオードを有するパワートランジスタ等のスイッチン
グ素子から成るスイッチング部34とから構成され、前
記電動機4に対しその速度設定値Nsに対応する周波数
の交流電圧を給電する。従って前記の如き速度制御系
は、PI調節器1とインバータ3の演算制御部とを前向
き要素となし速度検出器5を帰還系要素とする閉ループ
の負帰還制御系を構成する。
【0008】次に、2の絶対値検出器は正負両極性とな
り得る前記速度偏差Δnの絶対値Δa(Δa=|Δn
|)を検出出力し比較器CP2 に印加するものであり、
該CP2 は前記絶対値Δaとその上限設定値Δsとの大
小比較を行い該Δsに比し前記Δaが大なる場合にその
電圧出力を発するものであり、該電圧出力は前記切替用
電圧信号となって前記スイッチSW1 の通電経路を端子
b−c間より端子a−c間へと切替え,同時に、該電圧
出力は前記PI調節器1における積分器を零ホールドし
てその積分動作の中止と蓄積電荷放電とを行い、速度偏
差Δnが上限設定値Δsよりも小さくなってPI調節器
1を動作させるときに、PI調節器1における積分器の
速度偏差の蓄積量が過大となるのを防止する。なお前記
上限設定値Δsは可変電圧信号源SSaより適値に選択
出力される。次に、比較器CP1 は前記速度偏差Δnと
基準零電位との比較を行って該偏差の正負極性の判別を
行うものであり、該偏差Δnが負極性の場合にその電圧
出力を発し、該電圧出力により前記スイッチSW1 と同
様の切替スイッチSW2 の通電経路を端子b−c間より
端子a−c間へと切替える。また前記スイッチSW2の
端子bには前記インバータ3の最大出力周波数に対応す
る前記電動機4の最大速度設定値Nsmが可変電圧信号
源SSnより印加されており、同様に端子aには前記電
動機4の速度零設定値Nsoが印加されている。従って
前記速度偏差Δnの絶対値Δaがその上限設定値Δsよ
り大なる場合には前記電動機4の速度制御系は前記イン
バータ3の演算制御部のみから成る開ループ制御系をな
し、前記速度偏差Δnの正負両極性に応じそれぞれ前記
設定値Nsm或いはNsoをその目標値として急速な速
度変更制御を行うことになる。
【0009】次に図2は、前記の如き速度制御系に対す
る速度設定値Nsを時刻t=0において階段状に変化さ
せた場合の前記電動機速度Nrの時間的変化模様すなわ
ち過渡応答を示すものである。先ず図示Nr2は、前記制
御系を前記電動機速度Nrの全制御域において閉ループ
の負帰還制御系となした場合の前記Nrの変化を示し、
従来技術に従う図3に対応するものであり、また図示N
r1は、前記速度偏差Δnの絶対値の大小に従って使い分
ける開ループ制御系構成と閉ループ制御系構成とを併用
したものであり、本発明に従う図1に対応するものであ
る。図示の如く、前記の速度Nr1は速度Nr2に比しその
制御行き過ぎ量(オーバーシュートとアンダーシュー
ト)及び制御目標値Nsへの整定時間の何れもが小とな
り、即応的にして安定な速度制御がなされている。
【0010】
【発明の効果】本発明によれば、インバータにより駆動
される誘導電動機の速度制御に関し、該電動機の速度設
定値と速度実際値との速度偏差の絶対値の大小に応じて
速度制御系をそれぞれ開ループ制御系と閉ループ負帰還
制御系とに切替え、前記開ループ時には制御の即応性を
主眼に入力設定値の大幅変動による突上げ制御を行い、
また前記閉ループ時には制御の安定性を主とした制御系
の構成を行うことにより、前記電動機の全速度制御域に
おいてオーバーシュート或いはアンダーシュート等の制
御の行き過ぎ量の低減と目標速度への整定時間の短縮と
を図ることができ、制御の即応性と安定性とを両立させ
た良好な速度制御を簡易且つ安価に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す速度制御系のブロック回
路図
【図2】電動機速度のその設定指令値に対する過渡応答
【図3】従来技術の実施例を示す速度制御系のブロック
回路図
【符号の説明】
1 PI調節器(比例・積分調節器) 2 絶対値検出器 3 インバータ 4 誘導電動機 5 速度検出器 31 関数発生器 32 V/f変換器(電圧/周波数変換器) 33 PWM演算部 34 スイッチング部 CP1 比較器 CP2 比較器 SW1 切替スイッチ SW2 切替スイッチ SSa 可変電圧信号源 SSn 可変電圧信号源

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】インバータにより駆動される誘導電動機に
    対する第1の速度設定値と該電動機の速度実際値との速
    度偏差を入力とする比例・積分調節器と、該比例・積分
    調節器の出力或いは該出力と前記第1の速度設定値との
    和を総合速度指令として受ける前記インバータの演算制
    御部とを前向き制御要素となし前記速度実際値の検出帰
    還系要素と共に構成された前記電動機の閉ループ負帰還
    制御系において、前記速度偏差の絶対値とその上限設定
    値との大小を判別する該速度偏差の絶対値検出器と、前
    記インバータの演算制御部の速度指令信号入力経路上に
    直列に挿入され且つ前記絶対値検出器の出力に応じて動
    作しその入力をなす前記総合速度指令と前記電動機に対
    する第2の速度設定値との両入力中の何れか一つを選択
    して前記インバータの演算制御部へ与える第1の切替ス
    イッチとを設け、該演算制御部に対し、前記速度偏差の
    絶対値がその上限設定値以下の場合には前記総合速度指
    令を選択して前記電動機の速度制御系を閉ループ負帰還
    制御系として構成機能させ、また前記速度偏差の絶対値
    がその上限設定値を超える場合には前記第2の速度設定
    値を選択して前記電動機の速度制御系を開ループ制御系
    として構成機能させるとともに、前記比例・積分調節器
    における積分器を零ホールドすることを特徴とするイン
    バータによる誘導電動機速度制御方法。
  2. 【請求項2】請求項1記載のインバータによる誘導電動
    機速度制御方法において、前記第2の速度設定値を前記
    速度偏差が正極性の場合に用いる加速用速度設定値と同
    じく負極性の場合に用いる減速用速度設定値との2種類
    のものとなし、更に、前記速度偏差の正負極性を判別す
    る極性判別器と,前記第1の切替スイッチにおける前記
    第2の速度設定値入力経路上に直列に挿入され且つ前記
    極性判別器の出力に応じて動作しその入力をなす前記加
    速用及び減速用両速度設定値中の何れか一つを選択する
    第2の切替スイッチとを設け、前記の如き電動機開ルー
    プ速度制御時における前記第2の速度設定値として前記
    速度偏差の正負極性に応じて選択された前記の加速用或
    いは減速用速度設定値の何れかを用いることを特徴とす
    るインバータによる誘導電動機速度制御方法。
  3. 【請求項3】請求項2記載のインバータによる誘導電動
    機速度制御方法において、前記加速用速度設定値を前記
    インバータに規定されている最大出力周波数に対応する
    前記電動機の最大速度指令値となし、また前記減速用速
    度設定値を前記電動機の速度零指令値となすことを特徴
    とするインバータによる誘導電動機速度制御方法。
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