JP4457636B2 - 電動機駆動装置の制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、回転体主軸に連結される誘導電動機を駆動する電動機駆動装置に関し、特に、前記主軸の停止位置決め制御機能を有する電動機駆動装置の制御方法に関する。

図３は、この種の電動機駆動装置の従来例を示す回路構成図であり、この図において、１は誘導電動機（以下、単に電動機とも称する）、２は電動機１の出力軸と回転体主軸（以下、単に主軸とも称する）３との間に設置される減速機、４は主軸３に連結されるパルスエンコーダ、２０は電動機１を駆動するための電動機駆動装置、５０は電動機駆動装置２０と電動機１と減速機２とを介して主軸３を所望の状態に制御するための指令を発生する上位コントローラ（以下、単にコントローラとも称する）である。

この電動機駆動装置２０には整流電源などの直流電源１１、例えば図示の如く、トランジスタとダイオードの逆並列回路を３相ブリッジ接続してなるインバータ主回路１２、コントローラ５０からの位置決め指令に基づき動作する切替スイッチ２１（接点２１ａ，２１ｂ）、コントローラ５０からの主軸３の速度指令値が発せられたときに、所定の加速勾配（単位時間当たりの加速値）または減速勾配（単位時間当たりの減速値）でその値を変化させ、最終的には前記速度指令値に一致させつつ、この速度指令値に対応した電動機１への速度設定値を出力する加減速演算回路２２、前記速度設定値に基づき電動機１への電圧（Ｖ）と周波数（ｆ）との比率を所定の値にしつつ３相の交流信号を生成するＶ／ｆ制御回路２３、前記３相の交流信号それぞれをＰＷＭ（パルス幅変調）制御し、インバータ主回路１２を形成する前記トランジスタそれぞれへの駆動信号を生成するＰＷＭ制御回路２４、パルスエンコーダ４からのインクリメンタル信号を主軸３の位置信号に変換する位置検出回路２５、前記位置決め指令が発せられて前記接点２１ａが閉路，接点２１ｂが開路すると、コントローラ５０からの停止位置と前記位置信号との偏差に基づく主軸３への位置制御用の速度指令値を生成すると共に、前記偏差が所定の値以下になったときにスイッチ２７の接点を開路から閉路にする動作信号を送出する位置制御用速度演算回路２６などを備えている。なお、上述の制御要素それぞれは周知の技術により形成されている。

図３に示した電動機駆動装置２０の制御動作を、図４に示す動作波形図を参照しつつ、以下に説明する。

電動機駆動装置２０において、通常は切替スイッチ２１の接点２１ａが開路，接点２１ｂが閉路状態にあり、また、スイッチ２７も開路状態にあり、この状態では、コントローラ５０からの主軸３の速度指令値に対応しつつ、加減速演算器２２とＶ／ｆ制御回路２３とＰＷＭ制御回路２４とによる電動機１のＶ／ｆ制御に基づき、電動機１に所望の電圧，周波数の交流電力をインバータ主回路１２から供給することで、電動機１および主軸３が回転している。

図４に示すように、主軸３への速度指令値に対応して電動機１および主軸３が回転中の時刻Ｔ₀ において、コントローラ５０から主軸３への位置決め指令が発せられると、切替スイッチ２１の接点２１ａが閉路，接点２１ｂが開路状態に切り替わり、その結果、後述の如く、位置制御用速度演算回路２６で生成された主軸３の位置制御用の速度指令値が加減速演算回路２２に入力される。

すなわち位置制御用速度演算回路２６では、コントローラ５０からの停止位置と位置検出回路２５からの位置信号との偏差に基づく主軸３への位置制御用の速度指令値が、図４に示した緩速速度に対応する値より大きいときには、この緩速速度に対応する速度指令値を出力し、その結果、加減速演算器２２の出力値は、図４に示すように所定の減速勾配（単位時間当たりの減速値）でその値を減少させ、最終的には前記速度指令値に一致させつつ、この速度指令値に対応した電動機１への速度設定値を出力することにより、図４に示した時刻Ｔ₁ 以降は電動機１と主軸３が前記緩速速度で回転する状態になる。

その後、図４に示した時刻Ｔ₂ で、位置制御用速度演算回路２６での前記停止位置と位置信号との偏差に基づく主軸３への位置制御用の速度指令値が、図４に示した緩速速度に対応する値より小さくなると、位置制御用速度演算回路２６からスイッチ２７の接点を開路から閉路にする動作信号を送出すると共に、以後は、前記偏差の減少に対応した主軸３への位置制御用の速度指令値を出力する。

このとき、スイッチ２７の接点が開路から閉路に切り替わったことにより、加減速演算回路２２は先述の演算動作を中止し、位置制御用速度演算回路２６からの位置制御用の速度指令値が、電動機１への速度設定値として直にＶ／ｆ制御回路２３へ入力され、主軸３の目標位置までの位置決め制御動作を行うようにしている。

図５は、図３に示したの電動機駆動装置２０とは異なった制御方法の従来例を示す回路構成図であり、この図において、図３と同一機能を有するものには同一符号を付して、ここではその説明を省略する。

すなわち、図５に示した電動機駆動装置３０では、図３に示した電動機駆動装置２０で行われている電動機１のＶ／ｆ制御に代えて、電動機１のベクトル制御を行っており、従って、Ｖ／ｆ制御回路２３に代わりにベクトル制御回路３１が備えられ、このベクトル制御のために、インバータ主回路１２から電動機１への電流を検出するための電流検出器１３と、パルスエンコーダ４からのインクリメンタル信号を電動機１の速度信号に変換する速度検出器３２とが付加されている。

このベクトル制御回路３１では、先述の加減速演算回路２２からの速度設定値と速度検出器３２から電動機１の速度信号との偏差に基づく速度調節を行い、この調節演算結果と位置検出回路２５からの位置信号と電流検出器１３からの検出値とに基づくベクトル制御演算を行い、このベクトル制御演算結果としての３相の交流信号をＰＷＭ制御回路２４へ送出している。

なお、上述のベクトル制御回路３１，速度検出回路３２は周知の技術により形成され、従って、図５に示した電動機駆動装置３０は、図４に示す如く、電動機駆動装置２０とほぼ同様の制御動作を行うことができる。
特開平１１−２１５８７７号公報 （第２頁，図１など）

図３に示した電動機駆動装置２０では、Ｖ／ｆ制御を用いて電動機１を駆動しているため、低速領域での電動機１が発生し得るトルクの低下が問題となり、その結果、主軸３が滑らかに停止位置に到達することができない、また、停止中の保持力も小さいために外力により停止位置がずれるなどの問題があり、これらの改善策として、例えば上記特許文献１に開示されているように、電動機１のＶ／ｆ制御における低速域でのトルクブースト値をその都度調整できる制御方法にする必要があった。

また、図５に示した電動機駆動装置３０では、ベクトル制御を用いて電動機１を駆動しているため、上述の電動機駆動装置２０における問題点は解消できるが、その制御演算に供されるマイクロコンピュータの演算周期に起因して、高速回転域での電流制御系が不安定動作をする、また、減速機２がプーリ，ベルトなどで形成されている場合には、高速回転域で前記ベルトの滑りが発生し易く、この滑りに起因して、ベクトル制御系全体が不安定動作をする恐れがあった。

この発明の目的は、上記問題点を解消した回転体主軸に連結される誘導電動機を駆動する電動機駆動装置の制御方法を提供することにある。

この発明は、回転体主軸に連結される誘導電動機を駆動する電動機駆動装置において、通常は、指令される前記主軸の速度指令値に対応しつつ、前記電動機のＶ／ｆ制御に基づき該電動機に所望の交流電力を前記電動機駆動装置から供給することで、前記電動機を駆動し、前記主軸の速度指令値に対応して前記電動機が回転中に、該主軸の位置決め指令が発せられたときには、先ず、前記電動機のＶ／ｆ制御に基づき該電動機を所定の減速勾配で零速まで減速し、その後、前記電動機のベクトル制御に切替え、停止位置と前記主軸の位置を示す位置信号との偏差に基づく位置指令用速度信号を生成し、この位置指令用速度信号によるベクトル制御を行って前記主軸の位置決め制御をすることを特徴とする制御方法を行う。

この発明によれば、誘導電動機が高速領域で運転されることが多い通常時は、前記電動機のＶ／ｆ制御に基づき該電動機を駆動することで、高速領域の前記電動機のベクトル制御での問題点を回避することができ、また、低速領域で行われる回転体主軸の停止位置制御を前記電動機のベクトル制御にて行わせることにより、低速領域の前記電動機のＶ／ｆ制御での問題点を回避することができ、従って、これらの制御演算に供されるマイクロコンピュータの演算周期を特に短くする必要がないことから、低速のマイクロコンピュータを採用することができ、その結果、低価格の電動機駆動装置が提供できる。

図１は、この発明の実施の形態を示す電動機駆動装置の回路構成図であり、この図において、図３または図５に示した従来例構成図と同一機能を有するものには同一符号を付して、ここではその説明を省略する。

すなわち図１に示す電動機駆動装置４０には直流電源１１、インバータ主回路１２、電流検出器１３、加減速演算回路２２、Ｖ／ｆ制御回路２３、ＰＷＭ制御回路２４、位置検出回路２５、ベクトル制御回路３１、速度検出回路３２の他に、切替スイッチ４１（接点４１ａ，４１ｂ）、制御切替判別回路４２、位置制御用速度演算回路４３、切替スイッチ４４（接点４４ａ，４４ｂ）、スイッチ４５、切替スイッチ４６（接点４６ａ，４６ｂ）を備えている。

図１に示した電動機駆動装置４０の制御動作を、図２に示す動作波形図を参照しつつ、以下に説明する。

電動機駆動装置４０において、通常は切替スイッチ４１の接点４１ａが開路，接点４１ｂが閉路状態にあり、また、切替スイッチ４４の接点４４ａが開路，接点４４ｂが閉路状態、スイッチ４５が開路状態、切替スイッチ４６の接点４６ａが開路，接点４６ｂが閉路状態にあり、この状態では、コントローラ５０からの主軸３の速度指令値に対応しつつ、加減速演算器２２とＶ／ｆ制御回路２３とＰＷＭ制御回路２４とによる電動機１のＶ／ｆ制御に基づき、電動機１に所望の電圧，周波数の交流電力をインバータ主回路１２から供給することで、電動機１および主軸３が回転している。

図２に示すように、主軸３への速度指令値に対応して電動機１および主軸３が回転中の時刻Ｔ₀ において、コントローラ５０から主軸３への位置決め指令が発せられると、切替スイッチ４１の接点４１ａが閉路，接点４１ｂが開路状態に切り替わり、その結果、加減速演算回路２２への入力値が「０」となり、従って、加減速演算器２２の出力値は、図２に示すように所定の減速勾配（単位時間当たりの減速値）でその値を減少させ、最終的には電動機１と主軸３が停止した状態になる。

次に、前記位置決め指令が発せられて上述の如く電動機１と主軸３とが停止した状態の時刻Ｔ₃ に、制御切替判別回路４２により前記状態が確認されると、制御切替判別回路４２から切替スイッチ４４の接点４４ａを閉路，４４ｂを開路し、スイッチ４５の接点を閉路し、切替スイッチ４６の接点４６ａを閉路，４６ｂを開路しにする動作信号を送出する。

このとき、スイッチ４５の接点が開路から閉路に切り替わったことにより、加減速演算回路２２は先述の演算動作を中止すると共に、図２に示す如く、コントローラ５０からの停止位置と位置検出回路２５からの位置信号との偏差に基づく主軸３への位置制御用の速度指令値が位置制御用速度演算回路４３で生成され、この速度指令値が電動機１への速度設定値としてベクトル制御回路３１へ入力され、主軸３の目標位置までの位置決め制御動作を行うようにしている。

この発明の実施の形態を示す電動機駆動装置の回路構成図 図１の動作を説明する波形図 従来例を示す電動機駆動装置の回路構成図 図３の動作を説明する波形図 図３とは別の従来例を示す電動機駆動装置の回路構成図

１…誘導電動機、２…減速機、３…回転体主軸、１１…直流電源、１２…インバータ主
回路、１３…電流検出器、２０…電動機駆動装置、２１…切替スイッチ、２２…加減速演
算回路、２３…Ｖ／ｆ制御回路、２４…ＰＷＭ制御回路、２５…位置検出回路、２６位置
制御用速度演算回路、２７…スイッチ、３０…電動機駆動装置、３１…ベクトル制御回路
、３２…速度検出回路、４０…電動機駆動装置、４１…切替スイッチ、４２…制御切替判
別回路、４３…位置制御用速度演算回路、４４…切替スイッチ、４５…スイッチ、４６…
切替スイッチ、５０…上位コントローラ。

Claims (1)

1. 回転体主軸に連結される誘導電動機を駆動する電動機駆動装置において、
   通常は、指令される前記主軸の速度指令値に対応しつつ、前記電動機のＶ／ｆ制御に基づき該電動機に所望の交流電力を前記電動機駆動装置から供給することで、前記電動機を駆動し、
   前記主軸の速度指令値に対応して前記電動機が回転中に、該主軸の位置決め指令が発せられたときには、
   先ず、前記電動機のＶ／ｆ制御に基づき該電動機を所定の減速勾配で零速まで減速し、その後、前記電動機のベクトル制御に切替え、停止位置と前記主軸の位置を示す位置信号との偏差に基づく位置指令用速度信号を生成し、この位置指令用速度信号によるベクトル制御を行って前記主軸の位置決め制御をすることを特徴とする電動機駆動装置の制御方法。

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