JP4251267B2 - 交流電動機の定位置停止制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、交流電動機によって駆動される回転体主軸の多点停止位置決め制御機能を持つインバータによる定位置停止制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、この種の定位置停止制御装置の従来例を示すブロック図で、交流電動機１０、変速機１１、回転体主軸１２、位置検出器１３、位置検出回路１４、速度検出回路１５、位置制御演算回路１６、速度パターン選択回路１７、加減速度演算回路１８およびインバータ２０等から構成される。
このような構成において、交流電動機１０から変速機１１などを介して駆動される回転体主軸１２には、パルスエンコーダ等の位置検出器１３が取り付けられているので、この位置検出器１３の位置情報から位置検出回路１４により演算される回転位置θと、同じく位置情報から速度検出回路１５により演算される速度検出実際値Ｎとを、速度パターン選択回路１７に入力する。
【０００３】
一方、位置制御演算回路１６で演算される位置制御直線減速パターン演算結果と、パラメータ設定される位置制御直線減速パターンに移る速度を示す緩速速度の設定値とのいずれかを、速度パターン選択回路１７からの出力によって切り換え、得られた結果を加減速度演算回路１８の入力とし、この加減速度演算回路１８からの出力を速度指令として、インバータ２０内の図示されない速度制御ブロックに出力することにより、定位置停止制御を行なうものである。上記の一連の動作を、時間軸とともに示すと例えば図６のようになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
位置決め開始指令が入力されて、通常の減速時間に従った減速傾斜から位置制御直線減速パターンに移る速度である緩速速度の設定値は、大きくすると停止までの時間を短縮できるが、電動機やインバータの能力を超え減速トルクが必要となるまで大きくしすぎると目標停止位置に止まりきれず、オーバランしてしまう。反対に小さくしすぎると停止までの時間が長くなるので、オーバランしない程度の最適値にするべきであるが、設定は人為的に行なわれるので、停止位置決め動作を繰り返しながら、回転体主軸の動作を見て設定値を変化させ、システムの負荷条件に応じた最適値を人為的に決定すると言う煩雑で時間のかかる作業を必要とする問題がある。
したがって、この発明の課題は、停止位置決め制御のための緩速速度を最適化できるようにし、煩雑で時間のかかる作業を不要にすることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するため、請求項１の発明では、インバータ装置により制御され、位置検出器が取り付けられる回転体主軸を駆動する交流電動機を、目標位置に停止させる交流電動機の定位置停止制御装置において、
前記交流電動機の最高速度および減速時間と、交流電動機と前記回転主軸との変速比とから、交流電動機が最短時間で停止可能となる直線減速パターンに移行するための緩速速度最大値を演算する演算手段を設けたことを特徴とする。
【０００６】
上記請求項１の発明では、前記緩速速度をパラメータ設定して制御するときは、このパラメータ設定される緩速速度値が前記演算手段からの演算値を超えないように制限するリミッタを付加することができる（請求項２の発明）。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の第１の実施の形態を示す構成図である。
図１からも明らかなように、図５に示す従来例に対し緩速速度演算回路１９を付加した点が特徴である。緩速速度演算回路１９は、以下のように緩速速度の最適値を演算する。
【０００８】
図２は、電動機速度Ｎａ（ｒ：回転数／ｍｉｎ：分）から減速時間Ｔａ（ｓ：秒）で停止するまでの減速傾斜αの様子を示す。いま、電動機速度がＮａ（ｒ／ｍｉｎ）から最短時間での減速時間がＴａ（ｓ）としてパラメータ設定してあるとすると、減速可能な減速傾斜αは、
α≦Ｎａ／Ｔａ …（１）
で表わされる（但し、電動機特性，負荷トルク特性とも定トルク特性の場合）。
【０００９】
一方、図６のように、通常の減速時間に従った減速傾斜での減速後、緩速速度となりその速度を維持した後、例えば主軸が停止位置の１回転手前から位置制御直線減速を開始して、目標停止位置に停止できる減速傾斜を演算するシステムにおいては、移動角θ，緩速速度Ｎ１および減速時間ｔの間には次式の関係が成立する。
θ（°）＝（Ｎ１／６０）×ｔ×（３６０／２） …（２）
【００１０】
電動機と主軸間の変速比が主軸速度：電動機速度＝１：ｎのとき、主軸が１回転するときの電動機の移動角θ（°）は、θ（°）＝３６０×ｎであるので、上記（２）式から、
Ｎ１＝１２０ｎ／ｔ …（３）
となる。この関係を減速傾斜αとして表わすと、
α＝Ｎ１／ｔ＝Ｎ１／（１２０ｎ／Ｎ１）＝Ｎ１²／１２０ｎ
となり、この傾斜αが（１）式を満足しなければならないことから、
Ｎ１²／１２０ｎ≦Ｎａ／Ｔａ
∴Ｎ１≦√（１２０×ｎ×Ｎａ／Ｔａ） …（４）
となり、等式の関係が成り立つＮ１が緩速速度として設定できる最大値となる。
【００１１】
一般的に、Ｎａ／Ｔａは位置決め以外の通常停止時の減速傾斜として予めインバータに設定されているし、変速比ｎは機械構成から一義的に決まるので、これらの値から図１の緩速速度演算回路１９により、オーバランせず最短時間で位置決めできる緩速速度Ｎ１を求めることが可能となる。
【００１２】
図３はこの発明の第２の実施の形態を示す構成図である。
図１と殆ど同じであるが、パラメータ設定される緩速速度の設定値を、緩速速度演算回路１９からの出力値によって制限するリミッタ２１を付加した点が特徴である。これにより、緩速速度のパラメータ設定値に最適値以上の設定がなされても、最適値でリミットされるので、回転体主軸の多点停止位置決めにおいてオーバランすることなく、目標停止位置に減速停止可能となる。また、緩やかに目標停止位置に減速停止したい場合などに、任意の減速傾斜に設定することも可能である。
【００１３】
図４はこの発明の第３の実施の形態を示す構成図である。
これは、図１に示すものに対し、緩速速度演算回路１９に入力する値として、回転位置θの外にトルク指令τと、速度検出回路１５により演算される速度実際値（検出値）Ｎとを用いる点にある。
すなわち、トルク指令τ，速度Ｎ，負荷の慣性（イナーシャ）ＧＤ²，減速時間ｔの間には、次式、
ｔ＝ＧＤ²×Ｎ／（３７５×τ）
すなわち、
３７５×τ／ＧＤ²＝Ｎ／ｔ
なる関係がある。
【００１４】
したがって、速度検出回路を有するベクトル制御式インバータの場合、例えば通常加減速時などにトルク指令に対する速度の時間当たりの変化率を求め、これから負荷イナーシャＧＤ²を予め推定しておくことにより、緩速速度演算回路１９では、最大トルク指令で減速できる減速傾斜（Ｎ／ｔ）を自動的に演算することが可能となる。
【００１５】
【発明の効果】
請求項１の発明のように、電動機最高速度Ｎａと減速時間Ｔａと変速比ｎを与えて、緩速速度最適値を自動的に決定することで、緩速速度パラメータ設定の必要がなくなるだけでなく、最短速度パターンでの動作が可能になると言う利点が得られる。
請求項２の発明のように、電動機最高速度Ｎａと減速時間Ｔａと変速比ｎを与えて緩速速度最適値を自動的に決定し、かつ、緩速速度のパラメータ設定値を最適値で制限（リミット）するようにすれば、最適値以上の設定がなされた場合でも、回転体主軸の多点停止位置決めにおいてオーバランすることなく、目標停止位置に減速停止可能となる。なお、緩速速度パラメータ設定の必要があるにしても、設定値を最適値よりも大きくしておけば、調整する調整員によるバラツキもなくなり、さらには、緩やかに目標停止位置に減速停止したい場合に、任意の減速傾斜に設定することも可能である。
請求項３の発明のように、インバータ装置からのトルク指令によって、緩速速度最適値を自動的に決定することで、緩速速度パラメータ設定の必要がなくなるだけでなく、最短速度パターンでの動作が可能になると言う利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態を示す構成図である。
【図２】緩速速度の演算原理説明図である。
【図３】この発明の第２の実施の形態を示す構成図である。
【図４】この発明の第３の実施の形態を示す構成図である。
【図５】従来例を示す構成図である。
【図６】図５の動作説明図である。
【符号の説明】
１０…交流電動機、１１…変速機、１２…回転体主軸、１３…位置検出器、１４…位置検出回路、１５…速度検出回路、１６…位置制御演算回路、１７…速度パターン選択回路、１８…加減速演算回路、１９…緩速速度演算回路、２０…インバータ装置、２１…リミッタ。

Claims (2)

1. インバータ装置により制御され、位置検出器が取り付けられる回転体主軸を駆動する交流電動機を、目標位置に停止させる交流電動機の定位置停止制御装置において、
   前記交流電動機の最高速度および減速時間と、交流電動機と前記回転主軸との変速比とから、交流電動機が最短時間で停止可能となる直線減速パターンに移行するための緩速速度最大値を演算する演算手段を設けたことを特徴とする交流電動機の定位置停止制御装置。
2. 前記緩速速度をパラメータ設定して制御するときは、このパラメータ設定される緩速速度値が前記演算手段からの演算値を超えないように制限するリミッタを付加することを特徴とする請求項１に記載の交流電動機の定位置停止制御装置。

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