JP3957368B2 - 誘導電動機制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電圧形インバータにより誘導電動機を駆動するもので，特に電動機のパラメータの変動による特性変化を抑制する誘導電動機制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
誘導電動機の速度検出器を付けないで誘導電動機のトルクと速度を高精度高速に制御する誘導電動機の制御装置の従来の制御ブロックを図２に示し，以下，図２に従って従来の技術を説明する。
図２において，１はモータ，２はインバータ，３と４は電圧，電流検出器である。５は３相固定子座標系（ｕ，ｖ，ｗ）から２相固定子座標系（α，β）への座標変換器である。６は一次側磁束ベクトル演算器，７は二次側磁束ベクトル演算器，８はトルク演算器，９は誘導電動機の回転速度演算器，１０は速度ＰＩ制御器である。１１は一次側磁束の目標値に対する偏差を判断するための２値のヒステリシスコンパレータ，１２はトルクの目標値に対する偏差を判断するための３値のヒステリシスコンパレータである。１３は磁束ベクトルが存在するベクトル領域を判断するものである。１４は１１，１２，１３の出力により決めるスイッチングテーブルである。
【０００３】
外部から与えられる磁束指令｜φ＊１｜及びトルク指令Ｔ＊に対し制御回路内部で演算された磁束，トルクとの偏差をそれぞれヒステリシスコンパレータに加え，この偏差が所定のヒステリシス偏差内に保たれるようにインバータの出力電圧の瞬時制御を行い，通電信号を発生させる。
【０００４】
座標変換器５の出力の誘導電動機の一次側電圧Ｖ１，電流ｉ１から誘導電動機の一次側磁束φ１は（１）式により演算する。ただし，Ｒ１は誘導電動機の一次側抵抗である。
【０００５】
【数１】
【０００６】
一次側磁束演算器６の出力の一次側磁束φ１と５の座標変換器の出力の一次側電流ｉ１から，誘導電動機の二次側磁束φ２は（２）式により演算する。ただし，Ｌ１，Ｌ２は誘導電動機の一次側，二次側の自己インダクタンスであり，Ｍは一次巻き線と二次巻き線間の相互インダクタンスである。
【０００７】
【数２】
【０００８】
一次側磁束演算器６の出力の一次側磁束φ１と座標変換器５の出力の一次側電流ｉ１から，誘導電動機のトルクＴは（３）式により演算する。
【０００９】
【数３】
【００１０】
二次側磁束演算器７の出力の二次側磁束φ２とトルク演算器８の出力の誘導電動機のトルクＴから，誘導電動機の回転速度ωｍは（４）式により演算する。ただし，φ２α，φ２βは二相座標変換後のα軸分量とβ軸分量である。
【００１１】
【数４】
【００１２】
誘導電動機の回転速度演算器９の出力ωｍから速度指令値との偏差をとって，速度制御器１０からトルクの指令を生成する。更に，一次側磁束指令φ＊１と一次側磁束演算器６の出力の一次側磁束の演算値φ１との偏差，速度制御器１０の出力のトルク指令Ｔ＊とトルク演算器８の出力のトルクの演算値Ｔとの偏差，及び出力の一次側磁束６の演算値φ１をそれぞれ１１，１２，１３に入力する。スイッチングテーブル１４は１１，１２，１３の出力によって一次電圧ベクトルを決定してインバータの制御を行う。このように磁束，速度推定演算などの各ブロックを基本トルク制御システムブロックに追加し速度センサレス速度制御系を構成している。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来技術では，誘導電動機速度の演算に二次抵抗Ｒ２を用いている。このＲ２は電動機の温度によって変動するもので，温度変動によりＲ２が変動し，それにより速度演算の誤差が生じるようになる。
本発明は上述した点に鑑みて創案されたもので、その目的とするところは、これらの欠点を解決する誘導電動機制御装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
つまり、その目的を達成するための手段は、
前述の速度推定方式１（演算（４）式）と下述のＲ２に依存しない速度推定方式２を用いる。速度推定方式２はＲ２を含めていないので，Ｒ２の変動に対してロバスト性を持っている。ただし，速度推定方式２を利用するために，条件がある。即ち，速度推定方式２に関する速度演算数式の分母がゼロにならないとき，速度推定方式２を利用できる。本発明の方法は，二次側電流の演算器の出力の二次側電流ベクトルｉ２と二次側磁束の演算器の出力の二次側磁束ベクトルφ２と内積を演算する内積演算手段と，この内積演算手段の出力の結果がゼロになるかを判断する手段と，この判断の結果から，上述の内積演算手段の出力がゼロであれば，速度推定方式１により電動機の回転速度を推定し，上述の内積演算手段の出力がゼロでなければ，速度推定方式１と速度推定方式２からＲ２を推定した上で速度推定方式１及び新たに推定したＲ２により電動機の回転速度を演算する手段を備えることを特徴とする。
【００１５】
以下は，前記解決するための手段が前記問題点を解決できる理由を述べる。
固定子座標における電動機の電圧・電流基本式から二次側の電圧が次のように現れる。
【００１６】
【数５】
【００１７】
二次側の電流が次のように現れる。
【００１８】
【数６】
【００１９】
二次側に入力する無効電力Ｑは下式になる。
【００２０】
【数７】
【００２１】
この式から，誘導電動機の回転速度の推定値は（８）式により演算する。
【００２２】
【数８】
【００２３】
（８）式を利用して誘導電動機の回転速度を推定すれば，推定した誘導電動機の回転速度がＲ２に依存しない。このとき，（４）式と（８）式によりそれぞれ演算した速度が同一値であるので，この二つの数式から二次側の抵抗Ｒ２を（９）式により演算する。
【００２４】
【数９】
【００２５】
（８）式において，分母がゼロになるケースがある。これを判断して，（８）式の分母がゼロにならないとき，（９）式により新たなＲ２を演算し，これと（４）式により電動機の回転速度を演算する。（８）式の分母がゼロになるとき，Ｒ２が急に変化しないと考えられることから，（４）式と前回推定したＲ２を利用して電動機の回転速度を演算する。このようにして，前記問題点を解決できる。
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳述する。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の一実施例を示す。従来技術の図２と同一部分の説明は省略する。
図１において，８は二次側電流演算器であり，５の座標変換器の出力の電流と６の一次側磁束演算器の出力の一次側磁束から（８）式により演算する。
【００２７】
１１は７の出力の二次側磁束ベクトルと８の出力の二次側電流からこの二つ量の内積及び誘導電動機の回転速度を演算し，更に，１２はこの内積がゼロになるかを判断する。１４は（９）式によりＲ２を演算する。１３は（８）式により誘導電動機の回転速度を演算する。１５は（４）式により誘導電動機の回転速度を演算する。１２の判断結果によって，前述の内積がゼロでなければ（条件成立），１３を通じて誘導電動機の回転速度を演算し，前述の内積がゼロであれば（条件成立しない），１４を通じて二次側抵抗Ｒ２を演算し，これを用いて１５により誘導電動機の回転速度を演算する。
【００２８】
１９は二次側の磁束指令から励磁電流指令を生成する。１８は二次側の磁束指令とトルク指令からトルク電流指令を生成する。１７はすべり周波数の演算器である。１６は回転座標系の回転角度演算器である。２０は２相座標系から回転座標系への座標変換器２である。２１は電圧指令の演算器である。変換した電流値をそれぞれ１９の出力の励磁電流と１８の出力のトルク電流と比較して，その偏差からＰＩ演算を通じて電圧指令を生成する。この電圧指令を用いてインバータを制御する。
なお，１６〜２１は周知の機能ブロックであるので，詳しい説明は省略する。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、電動機の温度変動によって実際の二次側の抵抗Ｒ２が変動しても，実際のＲ２を演算し，この演算したＲ２を用いて誘導電動機の回転速度を演算する。よって，温度変動によるＲ２の変動が生じても速度やトルクの制御誤差が発生せず，またシステムの安定性も確保される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の機能ブロック図である。
【図２】従来技術の機能ブロック図である。
【符号の説明】
１ モータ
２ インバータ
３ 電圧検出器
４ 電流検出器
５ 座標変換器
６ 一次側磁束ベクトル演算器
７ 二次側磁束ベクトル演算器
８ トルク演算器
９ 回転速度演算器
１０ 速度ＰＩ制御器
１１ ヒステリシスコンパレータ
１２ ヒステリシスコンパレータ
１３ ベクトル領域判断
１４ スイッチングテーブル
１５ 回転速度演算器
１６ 回転角度演算器
１７ すべり周波数の演算器
１８ トルク電流指令器
１９ 励磁電流指令器
２０ 座標変換器
２１ 電圧指令の演算器
【発明の属する技術分野】
本発明は電圧形インバータにより誘導電動機を駆動するもので，特に電動機のパラメータの変動による特性変化を抑制する誘導電動機制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
誘導電動機の速度検出器を付けないで誘導電動機のトルクと速度を高精度高速に制御する誘導電動機の制御装置の従来の制御ブロックを図２に示し，以下，図２に従って従来の技術を説明する。
図２において，１はモータ，２はインバータ，３と４は電圧，電流検出器である。５は３相固定子座標系（ｕ，ｖ，ｗ）から２相固定子座標系（α，β）への座標変換器である。６は一次側磁束ベクトル演算器，７は二次側磁束ベクトル演算器，８はトルク演算器，９は誘導電動機の回転速度演算器，１０は速度ＰＩ制御器である。１１は一次側磁束の目標値に対する偏差を判断するための２値のヒステリシスコンパレータ，１２はトルクの目標値に対する偏差を判断するための３値のヒステリシスコンパレータである。１３は磁束ベクトルが存在するベクトル領域を判断するものである。１４は１１，１２，１３の出力により決めるスイッチングテーブルである。
【０００３】
外部から与えられる磁束指令｜φ＊１｜及びトルク指令Ｔ＊に対し制御回路内部で演算された磁束，トルクとの偏差をそれぞれヒステリシスコンパレータに加え，この偏差が所定のヒステリシス偏差内に保たれるようにインバータの出力電圧の瞬時制御を行い，通電信号を発生させる。
【０００４】
座標変換器５の出力の誘導電動機の一次側電圧Ｖ１，電流ｉ１から誘導電動機の一次側磁束φ１は（１）式により演算する。ただし，Ｒ１は誘導電動機の一次側抵抗である。
【０００５】
【数１】
一次側磁束演算器６の出力の一次側磁束φ１と５の座標変換器の出力の一次側電流ｉ１から，誘導電動機の二次側磁束φ２は（２）式により演算する。ただし，Ｌ１，Ｌ２は誘導電動機の一次側，二次側の自己インダクタンスであり，Ｍは一次巻き線と二次巻き線間の相互インダクタンスである。
【０００７】
【数２】
一次側磁束演算器６の出力の一次側磁束φ１と座標変換器５の出力の一次側電流ｉ１から，誘導電動機のトルクＴは（３）式により演算する。
【０００９】
【数３】
二次側磁束演算器７の出力の二次側磁束φ２とトルク演算器８の出力の誘導電動機のトルクＴから，誘導電動機の回転速度ωｍは（４）式により演算する。ただし，φ２α，φ２βは二相座標変換後のα軸分量とβ軸分量である。
【００１１】
【数４】
誘導電動機の回転速度演算器９の出力ωｍから速度指令値との偏差をとって，速度制御器１０からトルクの指令を生成する。更に，一次側磁束指令φ＊１と一次側磁束演算器６の出力の一次側磁束の演算値φ１との偏差，速度制御器１０の出力のトルク指令Ｔ＊とトルク演算器８の出力のトルクの演算値Ｔとの偏差，及び出力の一次側磁束６の演算値φ１をそれぞれ１１，１２，１３に入力する。スイッチングテーブル１４は１１，１２，１３の出力によって一次電圧ベクトルを決定してインバータの制御を行う。このように磁束，速度推定演算などの各ブロックを基本トルク制御システムブロックに追加し速度センサレス速度制御系を構成している。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来技術では，誘導電動機速度の演算に二次抵抗Ｒ２を用いている。このＲ２は電動機の温度によって変動するもので，温度変動によりＲ２が変動し，それにより速度演算の誤差が生じるようになる。
本発明は上述した点に鑑みて創案されたもので、その目的とするところは、これらの欠点を解決する誘導電動機制御装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
つまり、その目的を達成するための手段は、
前述の速度推定方式１（演算（４）式）と下述のＲ２に依存しない速度推定方式２を用いる。速度推定方式２はＲ２を含めていないので，Ｒ２の変動に対してロバスト性を持っている。ただし，速度推定方式２を利用するために，条件がある。即ち，速度推定方式２に関する速度演算数式の分母がゼロにならないとき，速度推定方式２を利用できる。本発明の方法は，二次側電流の演算器の出力の二次側電流ベクトルｉ２と二次側磁束の演算器の出力の二次側磁束ベクトルφ２と内積を演算する内積演算手段と，この内積演算手段の出力の結果がゼロになるかを判断する手段と，この判断の結果から，上述の内積演算手段の出力がゼロであれば，速度推定方式１により電動機の回転速度を推定し，上述の内積演算手段の出力がゼロでなければ，速度推定方式１と速度推定方式２からＲ２を推定した上で速度推定方式１及び新たに推定したＲ２により電動機の回転速度を演算する手段を備えることを特徴とする。
【００１５】
以下は，前記解決するための手段が前記問題点を解決できる理由を述べる。
固定子座標における電動機の電圧・電流基本式から二次側の電圧が次のように現れる。
【００１６】
【数５】
二次側の電流が次のように現れる。
【００１８】
【数６】
二次側に入力する無効電力Ｑは下式になる。
【００２０】
【数７】
この式から，誘導電動機の回転速度の推定値は（８）式により演算する。
【００２２】
【数８】
（８）式を利用して誘導電動機の回転速度を推定すれば，推定した誘導電動機の回転速度がＲ２に依存しない。このとき，（４）式と（８）式によりそれぞれ演算した速度が同一値であるので，この二つの数式から二次側の抵抗Ｒ２を（９）式により演算する。
【００２４】
【数９】
（８）式において，分母がゼロになるケースがある。これを判断して，（８）式の分母がゼロにならないとき，（９）式により新たなＲ２を演算し，これと（４）式により電動機の回転速度を演算する。（８）式の分母がゼロになるとき，Ｒ２が急に変化しないと考えられることから，（４）式と前回推定したＲ２を利用して電動機の回転速度を演算する。このようにして，前記問題点を解決できる。
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳述する。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の一実施例を示す。従来技術の図２と同一部分の説明は省略する。
図１において，８は二次側電流演算器であり，５の座標変換器の出力の電流と６の一次側磁束演算器の出力の一次側磁束から（８）式により演算する。
【００２７】
１１は７の出力の二次側磁束ベクトルと８の出力の二次側電流からこの二つ量の内積及び誘導電動機の回転速度を演算し，更に，１２はこの内積がゼロになるかを判断する。１４は（９）式によりＲ２を演算する。１３は（８）式により誘導電動機の回転速度を演算する。１５は（４）式により誘導電動機の回転速度を演算する。１２の判断結果によって，前述の内積がゼロでなければ（条件成立），１３を通じて誘導電動機の回転速度を演算し，前述の内積がゼロであれば（条件成立しない），１４を通じて二次側抵抗Ｒ２を演算し，これを用いて１５により誘導電動機の回転速度を演算する。
【００２８】
１９は二次側の磁束指令から励磁電流指令を生成する。１８は二次側の磁束指令とトルク指令からトルク電流指令を生成する。１７はすべり周波数の演算器である。１６は回転座標系の回転角度演算器である。２０は２相座標系から回転座標系への座標変換器２である。２１は電圧指令の演算器である。変換した電流値をそれぞれ１９の出力の励磁電流と１８の出力のトルク電流と比較して，その偏差からＰＩ演算を通じて電圧指令を生成する。この電圧指令を用いてインバータを制御する。
なお，１６〜２１は周知の機能ブロックであるので，詳しい説明は省略する。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、電動機の温度変動によって実際の二次側の抵抗Ｒ２が変動しても，実際のＲ２を演算し，この演算したＲ２を用いて誘導電動機の回転速度を演算する。よって，温度変動によるＲ２の変動が生じても速度やトルクの制御誤差が発生せず，またシステムの安定性も確保される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の機能ブロック図である。
【図２】従来技術の機能ブロック図である。
【符号の説明】
１ モータ
２ インバータ
３ 電圧検出器
４ 電流検出器
５ 座標変換器
６ 一次側磁束ベクトル演算器
７ 二次側磁束ベクトル演算器
８ トルク演算器
９ 回転速度演算器
１０ 速度ＰＩ制御器
１１ ヒステリシスコンパレータ
１２ ヒステリシスコンパレータ
１３ ベクトル領域判断
１４ スイッチングテーブル
１５ 回転速度演算器
１６ 回転角度演算器
１７ すべり周波数の演算器
１８ トルク電流指令器
１９ 励磁電流指令器
２０ 座標変換器
２１ 電圧指令の演算器
Claims (2)
- 交流電源により駆動される誘導電動機において，誘導電動機への供給電圧を検出する電圧検出手段と，
誘導電動機の入力電流を検出する電流検出手段と，
前記電圧検出手段の出力の電圧ベクトルと前記電流検出手段の出力の電流ベクトルにより一次側磁束ベクトルを計算する電圧系一次側磁束ベクトル演算手段と，
前記電流検出手段の出力の電流ベクトルと前記一次側磁束ベクトル演算手段の出力の一次磁束ベクトルから誘導電動機の二次側磁束ベクトルを計算する二次側磁束ベクトル演算手段と， 前記電流検出手段の出力の電流ベクトルと前記一次側磁束ベクトル演算手段の出力の一次磁束ベクトルから誘導電動機の二次側電流ベクトルを計算する二次側電流ベクトル演算手段と， 前記電流検出手段の出力の電流ベクトルと前記一次側磁束ベクトル演算手段の出力の一次磁束ベクトルから電動機の発生トルクを計算するトルク演算手段と，
前記二次側磁束ベクトル演算手段の出力の二次磁束ベクトルと前記トルク演算手段の出力のトルク及び誘導電動機の２次側抵抗Ｒ２から誘導電動機の回転速度を計算する速度演算手段１からなる誘導電動機制御装置において，
前記二次側磁束ベクトル演算手段の出力の二次磁束ベクトルと前記二次側電流ベクトル演算手段の出力の二次電流ベクトルから電動機の回転速度を計算する電動機の２次側抵抗Ｒ２に依存しない速度演算手段２と，
前記電動機の２次側抵抗Ｒ２に依存する電動機の回転速度演算手段１と前記電動機の２次側抵抗Ｒ２に依存しない電動機の回転速度演算手段２から電動機２次側抵抗Ｒ２を推定するパラメータ推定手段から構成されることを特徴とする誘導電動機制御装置。 - 電動機の２次側抵抗推定手段の出力の２次側抵抗Ｒ２と前記電動機の回転速度演算手段１を利用して電動機の回転速度を計算する請求項１記載の誘導電動機制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20538697A JP3957368B2 (ja) | 1997-07-15 | 1997-07-15 | 誘導電動機制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20538697A JP3957368B2 (ja) | 1997-07-15 | 1997-07-15 | 誘導電動機制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1141996A JPH1141996A (ja) | 1999-02-12 |
| JP3957368B2 true JP3957368B2 (ja) | 2007-08-15 |
Family
ID=16505969
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20538697A Expired - Fee Related JP3957368B2 (ja) | 1997-07-15 | 1997-07-15 | 誘導電動機制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3957368B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008065978A1 (fr) * | 2006-11-28 | 2008-06-05 | Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki | Dispositif de commande de moteur à induction et son procédé de commande |
-
1997
- 1997-07-15 JP JP20538697A patent/JP3957368B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1141996A (ja) | 1999-02-12 |
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