JP4345380B2

JP4345380B2 - Electric motor drive control device

Info

Publication number: JP4345380B2
Application number: JP2003190023A
Authority: JP
Inventors: 哲郎堀; 裕司鉄谷
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2003-07-02
Filing date: 2003-07-02
Publication date: 2009-10-14
Anticipated expiration: 2023-07-02
Also published as: JP2005027420A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えばインバータにより電動機を駆動する駆動制御装置に関し、特に、電動機の暴走を検知して瞬時に保護動作を実行可能とした駆動制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、電動機の機械ブレーキの耐久性等の性能試験を行う装置を示すブロック図であり、インバータによって電動機を可変速制御する駆動制御装置１０を適用したものである。
図３において、駆動制御装置１０には外部から速度指令が与えられて加算器１２に入力されている。電動機２０にはパルスジェネレータ２１が取り付けられており、その出力パルスが速度演算回路１１に入力されて電動機２０の回転速度が演算され、この速度は加算器１２に入力される。
【０００３】
加算器１２では、速度指令と演算された速度との偏差が求められ、この偏差は速度調節器としてのＰＩ（比例積分）調節器１３に入力されて電動機２０を所定速度で運転するためのトルク指令τ^＊が演算される。
このトルク指令τ^＊はリミッタ１４を介してベクトル演算回路１５に入力され、ベクトル演算回路１５では、トルク指令τ^＊に従った電動機２０の出力軸トルクに必要な電圧指令Ｖ^＊がベクトルとして演算される。
【０００４】
ベクトル演算回路１５から出力された電圧指令Ｖ^＊はＰＷＭインバータ１６に入力され、内部のＰＷＭ発生回路により電圧指令Ｖ^＊とキャリアとを比較してＰＷＭパルス指令を生成すると共に、このＰＷＭパルス指令に基づくスイッチングパルスによりインバータのスイッチング素子をオンオフして、電圧指令Ｖ^＊に従った交流電圧を電動機２０に供給する。なお、図３では、ＰＷＭインバータ１６の電源を省略してある。
【０００５】
図３に示したような速度制御ループを有する駆動制御装置１０において、機械ブレーキ２２の性能試験を行うに当たり、電動機２０の出力軸を機械ブレーキ２２により拘束した状態で零以外の速度指令が駆動制御装置１０に与えられると、ＰＩ調節器１３の動作により、トルク指令τ^＊はリミッタ１４による制限レベルまで増加する。
つまり、リミッタ１４の制限レベルを外部からトルク制限指令として与えることで、機械ブレーキ２２により拘束された電動機２０の軸トルクを任意に調整できることになり、これによって機械ブレーキ２２の耐久性等の性能試験を行うことができる。
【０００６】
なお、図３のようにＰＷＭインバータにより電動機を駆動制御するものであって、速度制御運転時には最大トルクでの運転を可能とし、トルク制御運転時には高精度のトルク制御運転を可能にした制御装置が、下記の特許文献１に記載されている。この制御装置では、最大トルクを発生させる手段として、電流制限器の制限値を上昇させる機能を備えている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平７−１６３２００号公報（請求項１、請求項２、段落［００１２］，［００１３］、図１等）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図３に示した従来技術において、機械ブレーキ２２の性能試験時に、機械ブレーキ２２の故障や人為的なミス等により機械ブレーキ２２を投入していない状態でインバータ１６の運転を開始すると、外部から与えられた速度指令値まで電動機２０の速度が増速し、その状態で回転し続けるため、非常に危険である。
また、特許文献１に記載された制御装置は機械ブレーキの性能試験への適用を想定したものではないが、速度制御運転時には図３の場合と同様に速度設定値に達するまで電動機が増速し続ける。
【０００９】
そこで本発明は、上述したような機械ブレーキ非投入時における電動機の暴走を直ちに検出して保護動作を行ない、安全性を向上させるようにした電動機の駆動制御装置を提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に記載した発明は、負荷としての電動機の速度制御ループを有する電動機の駆動制御装置において、
前記電動機が速度指令に従って制御されている時に前記電動機の出力軸を機械ブレーキにより拘束した状態で前記出力軸の位置を演算する位置演算手段と、
この位置演算手段による演算位置データと、前記電動機の暴走を検出するための基準位置データとを比較し、前記演算位置データが前記基準位置データを超えた時に電動機の速度指令を零に切り替えるための信号を出力する比較手段と、
この比較手段から出力される前記信号を用いて前記電動機の速度指令を零に切り替える切替手段と、を備えたものである。
【００１１】
請求項２に記載した発明は、外部から設定されたトルク指令に従い、電動機のトルクを直接制御する電動機の駆動制御装置において、
前記電動機がトルク指令に従って制御されている時に前記電動機の出力軸を機械ブレーキにより拘束した状態で前記出力軸の位置を演算する位置演算手段と、
この位置演算手段による演算位置データと、前記電動機の暴走を検出するための基準位置データとを比較し、前記演算位置データが前記基準位置データを超えた時に前記電動機の速度指令を零に切り替えるための信号を出力する比較手段と、
前記電動機の速度を零に制御する調節手段と、
前記比較手段から出力される前記信号を用いて前記トルク指令と前記調節手段の出力とを切り替える切替手段と、を備えたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図１は本発明の第１実施形態を示すブロック図であり、図３と同一の構成要素には同一の参照符号を付してある。
【００１４】
図１において、駆動制御装置１０Ａは、図３と同様に速度演算回路１１、加算器１２、ＰＩ調節器１３、リミッタ１４、ベクトル演算回路１５及びＰＷＭインバータ１６を備えているが、この実施形態では更に、パルスジェネレータ２１の出力パルスが入力される位置演算回路１７と、その出力である位置データが入力されるコンパレータ１８と、その出力信号により動作して速度指令を外部から与えられる速度指令から“零”（０［ｒ／ｍｉｎ］）に切り替える切替手段としてのスイッチ１９Ａとが設けられている。
【００１５】
電動機２０、パルスジェネレータ２１、機械ブレーキ２２等の相互の関係、並びに、パルスジェネレータ２１、速度演算回路１１、加算器１２、ＰＩ調節器１３等により速度制御ループが構成されている点は、図３と同一である。
なお、前記コンパレータ１８には、電動機２０の暴走を検出するための基準位置データが、設定値として予め保持されている。
【００１６】
次に、この実施形態の動作を説明する。
機械ブレーキ２２の性能試験時において、平常時はスイッチ１９Ａが図示の状態になっており、機械ブレーキ２２が確実に投入されていて電動機２０の出力軸が拘束されている場合には、位置演算回路１７により演算された位置データがコンパレータ１８に保持された設定値（基準位置データ）を超えることはない。このため、駆動制御装置１０Ａは、外部から与えられる速度指令に従って実質的に図３と同様に動作している。
【００１７】
機械ブレーキ２２の故障や人為的なミス等による非投入時には、電動機２０の出力軸が回転し、パルスジェネレータ２１の出力パルスに基づいて位置演算回路１７により演算される出力軸の位置データがコンパレータ１８の設定値を超えることにより、電動機２０の暴走が検出され、コンパレータ１８の出力信号によってスイッチ１９Ａが速度“零”側に切り替わる。
【００１８】
これにより、ＰＩ調節器１３では電動機２０の速度を“零”にするように調節動作を行い、ベクトル演算回路１５及びＰＷＭインバータ１６を介して電動機２０の回転速度を強制的に零ホールドするような制御が実行される。
従って、電動機２０の回転はやがて停止し、その暴走が回避されて安全が確保されることになる。
【００１９】
次に、図２は本発明の第２実施形態を示すブロック図であり、図１，図３と同一の構成要素には同一の参照符号を付してある。
【００２０】
図２に示す駆動制御装置１０Ｂでは、図１のようなリミッタ１４を設けることなく、電動機２０のトルク指令を切替手段としてのスイッチ１９Ｂを介し外部からベクトル演算回路１５に直接与えている。上記スイッチ１９Ｂは、ＰＩ調節器１３とベクトル演算回路１５との間に設けられており、コンパレータ１８の出力信号によってＰＩ調節器１３の出力と外部からのトルク指令とを切り替え可能である。なお、コンパレータ１８には、図１の実施形態と同様に暴走検出用の設定値（基準位置データ）が保持されている。
また、ＰＩ調節器１３の入力側には、速度“零”（０［ｒ／ｍｉｎ］）と速度演算回路１１の出力との偏差を求める加算器１２が設けられている。
【００２１】
この実施形態の動作を説明すると、機械ブレーキ２２を使用した性能試験時において、平常時はスイッチ１９Ｂが図示の状態になっており、機械ブレーキ２２が確実に投入されていて電動機２０の出力軸が拘束されている時には、位置演算回路１７により演算された位置データがコンパレータ１８の設定値を超えず、電動機２０は外部からのトルク指令に従って制御されている。
【００２２】
この場合、トルク指令の設定により、ＰＩ調節器１３の動作とは無関係に電動機２０の軸トルクを制御できるため、運転開始時等における応答性を高めることができる。
一方、スイッチ１９Ｂが図２の状態では、機械ブレーキ２２の故障や人為的なミス等による非投入時にインバータ１６の運転を開始すると、電動機２０は回転してオーバースピードまで暴走してしまう。
【００２３】
そこで、位置演算回路１７及びコンパレータ１８により、電動機２０の出力軸の位置データがコンパレータ１８の設定値を超えて暴走を検出すると、コンパレータ１８の出力信号によりスイッチ１９Ｂをトルク指令側からＰＩ調節器１３の出力側に切り替え、電動機２０の速度を強制的に零ホールドする制御が実行される。
このため、第１実施形態と同様に電動機２０の回転はやがて停止し、その暴走が回避されて安全が確保されるものである。
【００２４】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、電動機の出力軸の位置情報を用いて暴走を検出し、直ちに電動機の回転速度を零ホールドするものであるから、瞬時の暴走検知及び保護動作が可能であり、安全性に優れた駆動制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２実施形態を示すブロック図である。
【図３】従来技術を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０Ａ，１０Ｂ：駆動制御装置
１１：速度演算回路
１２：加算器
１３：ＰＩ調節器
１４：リミッタ
１５：ベクトル演算回路
１６：ＰＷＭインバータ
１７：位置演算回路
１８：コンパレータ
１９Ａ，１９Ｂ：スイッチ
２０：電動機
２１：パルスジェネレータ
２２：機械ブレーキ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a drive control device that drives an electric motor by, for example, an inverter, and more particularly to a drive control device that can detect a runaway of the electric motor and execute a protective operation instantaneously.
[0002]
[Prior art]
FIG. 3 is a block diagram showing an apparatus for performing a performance test such as the durability of the mechanical brake of the electric motor, to which a drive control apparatus 10 that controls the electric motor at a variable speed by an inverter is applied.
In FIG. 3, a speed command is given from the outside to the drive control device 10 and input to the adder 12. A pulse generator 21 is attached to the electric motor 20, and its output pulse is input to the speed calculation circuit 11 to calculate the rotational speed of the electric motor 20, and this speed is input to the adder 12.
[0003]
The adder 12 obtains a deviation between the speed command and the calculated speed, and this deviation is input to a PI (proportional integration) regulator 13 as a speed regulator, and torque for operating the motor 20 at a predetermined speed. Command τ ^* is calculated.
This torque command τ ^* is input to the vector calculation circuit 15 via the limiter 14, and the vector calculation circuit 15 calculates the voltage command V ^* required for the output shaft torque of the electric motor 20 according to the torque command τ ^* as a vector. The
[0004]
The voltage command V ^* output from the vector calculation circuit 15 is input to the PWM inverter 16, and the internal PWM generation circuit compares the voltage command V ^* with the carrier to generate a PWM pulse command. The switching element of the inverter is turned on / off by the switching pulse based on it, and an AC voltage according to the voltage command V ^* is supplied to the electric motor 20. In FIG. 3, the power source of the PWM inverter 16 is omitted.
[0005]
In the drive control device 10 having the speed control loop as shown in FIG. 3, when performing the performance test of the mechanical brake 22, a speed command other than zero is driven and controlled while the output shaft of the electric motor 20 is restrained by the mechanical brake 22. When given to the device 10, the torque command τ ^* is increased to the limit level by the limiter 14 by the operation of the PI controller 13.
In other words, by giving the limit level of the limiter 14 as a torque limit command from the outside, the shaft torque of the electric motor 20 constrained by the mechanical brake 22 can be arbitrarily adjusted, thereby performing a performance test such as durability of the mechanical brake 22. It can be performed.
[0006]
As shown in FIG. 3, the motor is driven and controlled by a PWM inverter, and a control device that enables operation at the maximum torque during speed control operation and enables high-accuracy torque control operation during torque control operation. Is described in Patent Document 1 below. This control device has a function of increasing the limit value of the current limiter as means for generating the maximum torque.
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-7-163200 (Claim 1, Claim 2, Paragraphs [0012], [0013], FIG. 1, etc.)
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In the prior art shown in FIG. 3, when the operation of the inverter 16 is started when the mechanical brake 22 is not turned on due to a failure of the mechanical brake 22 or a human error during the performance test of the mechanical brake 22, it is given from the outside. Since the speed of the electric motor 20 increases to the specified speed command value and continues to rotate in this state, it is very dangerous.
In addition, the control device described in Patent Document 1 is not intended to be applied to a mechanical brake performance test. However, during speed control operation, the motor increases until the speed set value is reached, as in FIG. to continue.
[0009]
Accordingly, the present invention is intended to provide a drive control device for an electric motor that improves the safety by immediately detecting the runaway of the electric motor when the mechanical brake is not applied as described above and performing a protection operation.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in claim 1 is an electric motor drive control device having a speed control loop of an electric motor as a load.
And position calculating means for calculating a position of the output shaft in a state in which the electric motor is restricted by the mechanical brake to the output shaft of the electric motor when being controlled according to the speed command,
Comparing the calculated position data by the position calculating means with the reference position data for detecting the runaway of the motor, and for switching the motor speed command to zero when the calculated position data exceeds the reference position data. A comparison means for outputting a signal ;
And switching means for switching the zero speed command for the electric motor using the signal output from the comparing means, those provided with.
[0011]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a drive control device for an electric motor that directly controls the torque of the electric motor in accordance with a torque command set from outside.
And position calculating means for calculating a position of the output shaft in a state in which the electric motor is restricted by the mechanical brake to the output shaft of the electric motor when being controlled according to the torque command,
In order to switch the speed command of the motor to zero when the calculated position data exceeds the reference position data by comparing the calculated position data by the position calculating means with the reference position data for detecting the runaway of the motor. A comparison means for outputting a signal of
And adjusting means for controlling the speed of the motor to zero,
And switching means for switching between the torque command and the output of the adjusting means using the signal output from the comparing means.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention. The same reference numerals are given to the same components as those in FIG.
[0014]
In FIG. 1, the drive control apparatus 10A includes a speed calculation circuit 11, an adder 12, a PI adjuster 13, a limiter 14, a vector calculation circuit 15 and a PWM inverter 16 as in FIG. Further, the position calculation circuit 17 to which the output pulse of the pulse generator 21 is inputted, the comparator 18 to which the position data as its output is inputted, and the speed command which operates by the output signal are given from the speed command given from the outside. A switch 19A is provided as switching means for switching to “zero” (0 [r / min]).
[0015]
The mutual relationship between the electric motor 20, the pulse generator 21, the mechanical brake 22, and the like, and the point that the speed control loop is configured by the pulse generator 21, the speed calculation circuit 11, the adder 12, the PI controller 13, and the like are as shown in FIG. Is the same.
In the comparator 18, reference position data for detecting runaway of the electric motor 20 is held in advance as a set value.
[0016]
Next, the operation of this embodiment will be described.
When the performance test of the mechanical brake 22 is performed, the switch 19A is normally in the state shown in the figure, and when the mechanical brake 22 is securely applied and the output shaft of the electric motor 20 is restrained, the position calculation circuit The position data calculated by 17 does not exceed the set value (reference position data) held in the comparator 18. Therefore, the drive control apparatus 10A operates substantially in the same manner as in FIG. 3 in accordance with a speed command given from the outside.
[0017]
When the mechanical brake 22 is not turned on due to a failure or human error, the output shaft of the motor 20 rotates, and the position data of the output shaft calculated by the position calculation circuit 17 based on the output pulse of the pulse generator 21 is the comparator 18. When the set value is exceeded, the runaway of the electric motor 20 is detected, and the switch 19A is switched to the speed “zero” side by the output signal of the comparator 18.
[0018]
As a result, the PI controller 13 performs an adjustment operation so that the speed of the electric motor 20 becomes “zero”, and the rotational speed of the electric motor 20 is forcibly held to zero via the vector arithmetic circuit 15 and the PWM inverter 16. Control is executed.
Accordingly, the rotation of the electric motor 20 stops before long, so that the runaway is avoided and safety is ensured.
[0019]
Next, FIG. 2 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention, and the same reference numerals are given to the same components as those in FIGS.
[0020]
In the drive control device 10B shown in FIG. 2, without providing the limiter 14 as shown in FIG. 1, the torque command of the electric motor 20 is directly given to the vector arithmetic circuit 15 from the outside via the switch 19B as a switching means. The switch 19B is provided between the PI controller 13 and the vector calculation circuit 15, and can switch between an output of the PI controller 13 and an external torque command by an output signal of the comparator 18. The comparator 18 holds a set value (reference position data) for detecting runaway as in the embodiment of FIG.
Further, an adder 12 is provided on the input side of the PI adjuster 13 to obtain a deviation between the speed “zero” (0 [r / min]) and the output of the speed calculation circuit 11.
[0021]
The operation of this embodiment will be described. During a performance test using the mechanical brake 22, the switch 19B is normally in the state shown in the figure, the mechanical brake 22 is securely turned on, and the output shaft of the electric motor 20 is When restrained, the position data calculated by the position calculation circuit 17 does not exceed the set value of the comparator 18, and the motor 20 is controlled in accordance with an external torque command.
[0022]
In this case, since the shaft torque of the electric motor 20 can be controlled by setting the torque command regardless of the operation of the PI adjuster 13, the responsiveness at the start of operation can be improved.
On the other hand, when the switch 19B is in the state shown in FIG. 2, when the operation of the inverter 16 is started when the mechanical brake 22 is not turned on due to a failure of the mechanical brake 22 or a human error, the motor 20 rotates and runs away to an overspeed.
[0023]
Therefore, when the position calculation circuit 17 and the comparator 18 detect the runaway when the position data of the output shaft of the electric motor 20 exceeds the set value of the comparator 18, the switch 19B is connected to the PI controller 13 from the torque command side by the output signal of the comparator 18. Is switched to the output side, and control for forcibly holding the speed of the electric motor 20 to zero is executed.
For this reason, similarly to the first embodiment, the rotation of the electric motor 20 is eventually stopped, the runaway is avoided, and safety is ensured.
[0024]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the runaway is detected using the position information of the output shaft of the motor and the rotation speed of the motor is immediately held to zero, instantaneous runaway detection and protection operation are possible. In addition, it is possible to provide a drive control device with excellent safety.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram showing a conventional technique.
[Explanation of symbols]
10A, 10B: Drive control device 11: Speed calculation circuit 12: Adder 13: PI controller 14: Limiter 15: Vector calculation circuit 16: PWM inverter 17: Position calculation circuit 18: Comparator 19A, 19B: Switch 20: Electric motor 21 : Pulse generator 22: Mechanical brake

Claims

In the drive control device of the motor having the speed control loop of the motor as a load,
And position calculating means for calculating a position of the output shaft in a state in which the electric motor is restricted by the mechanical brake to the output shaft of the electric motor when being controlled according to the speed command,
Comparing the calculated position data by the position calculating means with the reference position data for detecting the runaway of the motor, and for switching the motor speed command to zero when the calculated position data exceeds the reference position data. A comparison means for outputting a signal ;
And switching means for switching the zero speed command for the electric motor using the signal output from the comparison means,
An electric motor drive control device comprising:

In the motor drive control device that directly controls the torque of the motor according to the torque command set from the outside,
And position calculating means for calculating a position of the output shaft in a state in which the electric motor is restricted by the mechanical brake to the output shaft of the electric motor when being controlled according to the torque command,
In order to switch the speed command of the motor to zero when the calculated position data exceeds the reference position data by comparing the calculated position data by the position calculating means with the reference position data for detecting the runaway of the motor. A comparison means for outputting a signal of
And adjusting means for controlling the speed of the motor to zero,
Switching means for switching between the torque command and the output of the adjusting means using the signal output from the comparing means;
An electric motor drive control device comprising: