JPH04304186A - 電動機速度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばエレベータの電
動機制御装置に使用される全デジタル速度制御装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】複雑で高度な制御が行えることから、マ
イクロコンピュータ（以下マイコンと称する）の普及に
伴って制御の分野にもマイコンが広く広用され、もはや
欠かすことのできない存在となってきている。このマイ
コンを利用した電動機のディジタル速度制御における従
来技術について、エレベータの電動機制御装置を例に説
明する。

【０００３】図２はエレベータにおける速度制御系を示
すブロック図であり、三相交流電源１１と、この交流電
力を直流に変換するコンバータ１２と、このコンバータ
１２の直流電力を直流平滑コンデンサ１３を介して可変
電圧・可変周波数の交流電力に変換するトランジスタか
らなるインバータ１４と、このインバータ１４の出力を
リアクトル１６を介して供給する誘導電動機１７と、こ
の誘導電動機１７の回転軸により回転駆動される綱車１
９と、この綱車１９に巻き掛けられたロープに吊り下げ
られたエレベータ乗りかご２０と釣合い重り２２とから
なっている。

【０００４】誘導電動機１７の回転角は回転角検出器１
８により検出できるようになっている。またかご２０の
底部には、荷重検出器２１が配設され、これにより荷重
検出信号を検出できるようになっている。さらに、誘導
電動機１７に流れる電流は、電流検出器１５により検出
できるようになっている。

【０００５】このような構成のものにおいて、エレベー
タの速度制御は、インバータ１４に与えられるベース駆
動信号を適切に制御することでおこなわれる。以下これ
について説明する。回転角検出器１８からの回転角が回
転角・速度変換回路２５により速度に変換され、この変
換された速度検出値と、前記速度指令値発生回路２３か
ら出力される速度指令値との偏差が、速度制御回路２４
に入力され、この出力と荷重検出器２１からの荷重検出
信号とを加算回路２６に入力し、ここで得られるトルク
指令信号をベクトル制御演算回路２７に入力される。

【０００６】このベクトル制御演算回路２７には、回転
角検出器１８からの回転角情報も入力される。その結果
、ベクトル制御演算回路２７からは誘導電動機１７に対
する電流指令値が出力され、これと、前記電流検出器１
５からの電流検出信号との偏差が、電流制御回路２８に
入力され、この出力である電圧指令信号とキャリア三角
波発生回路２９から出力されるキャリア三角波とを比較
器３０に入力し、その出力であるベース信号をベース駆
動回路３１に入力してベース駆動信号を得、これをイン
バータ１４に供給することにより、エレベータの速度制
御を行う。

【０００７】以上述べた各構成は、ディスクリート基板
上のディジタルおよびアナログ回路と、汎用のマイコン
と、さらに１チップマイコンで実現される。具体的には
、図２の破線Ｂに示すブロックは、回転角・速度変換回
路２５からなり、ディジタルおよびアナログ回路で構成
される。

【０００８】また、破線Ａで示すブロックは、速度指令
値発生回路２３と、速度制御回路２４と、荷重信号加算
回路２６からなり、これは汎用マイコンと周辺回路によ
りディジタル処理される。この結果得られるトルク指令
データは、データバスを介して１チップマイコンに送ら
れ、１チップマイコンと周辺回路によりベクトル制御演
算がディジタル処理される。この結果、得られる電流指
令データは、Ａ／Ｄ変換器によりアナログに変換される
。

【０００９】さらに、破線Ｃで示すブロックは、電流制
御回路２８と、三角波発生回路２９と、比較器３０から
なり、これはアナログ回路で構成される。

【００１０】しかしながら、このようなアナログ信号に
より電流制御を行う電動機制御装置では、演算増幅器の
オフセットや回路定数などが温度や湿度などの環境によ
り変化したり、アナログ信号が外部からのノイズの影響
を容易に受けたりするという問題点がある。また、電流
制御の追従性を上げようとしてループゲインを増加する
と、電圧波形が乱れるので、電流制御の追従性に限界が
あるという問題点もある。

【００１１】一方、近年においては、ディジタルシグナ
ルプロセッサ（以下ＤＳＰと称する）やカスタムＩＣ（
以下ＡＳＩＣと称する）の出現により、高速なディジタ
ル信号処理が可能となり、電流制御をディジタル回路で
行うことが可能になった。これにより、前述した環境や
ノイズの影響を避け、しかも電流制御の追従性をあげる
ことが可能になった。

【００１２】図３は図２を全ディジタル処理ができるよ
うにＡＳＩＣを使用した全ディジタル電動機速度制御装
置の一例を示すブロック図であり、１は汎用マイコンで
図２のブロックＡの処理を行う。２はマイコンと速度制
御用ＡＳＩＣ、さらに１チップマイコンとその他の周辺
回路を結ぶデーバス、３はアドレスバス、４は図２の回
転角検出器１８からの回転角検出信号、５はこの回転角
検出信号を速度検出データに変換し、データバス２を介
し、汎用マイコン１に出力し、さらに電動機電流の位相
基準データをベクトル制御用ＡＳＩＣであり、図２のブ
ロックＢの回路をディジタル化し、ＡＳＩＣに置き換え
たものである。

【００１３】３２は１チップマイコンであり、３３は従
来の１チップマイコンの周辺回路をＡＳＩＣに置き換え
たものであり、１チップマイコン３２とベクトル制御用
ＡＳＩＣ３３によりベクトル制御が行われる。

【００１４】９は前記電流検出器１５で検出された電流
検出信号であり、１０はその電流検出信号９を電流検出
データに変換するＡ／Ｄ変換器、７は電流制御演算を行
うＤＳＰであり、３４は図２の三角波発生回路２９と比
較器３０をディジタル化し、ＡＳＩＣに置き換えたＰＷ
Ｍ制御用ＡＳＩＣである。

【００１５】図３の例では、ＤＳＰ７と２つのＡＳＩＣ
３３，３４、さらにＡ／Ｄ変換器１０とのデータインタ
ーフェースが複雑であり、このため電流制御の性能が限
られる不具合があった。また、ＰＷＭ制御におけるキャ
リア周波数やデッドタイムや電流制御のゲイン等の諸デ
ータを上位のマイコン１よりアクセスすることが難しく
、上位のマイコン１によるデータの管理が行なえないた
め、速度制御装置の保守性や調整性能に問題点があった
。

【００１６】図４は以上の問題点を解決することができ
るようにした従来の第２の例であり、図３における３つ
のＡＳＩＣ５，３３，３４を１つのＡＳＩＣ３５にまと
めた点以外は、図３と同一である。このような構成の速
度制御装置では、従来の１チップマイコンで処理されて
いたベクトル演算制御は、上位のマイコン１とＡＳＩＣ
３５の両方に分担して実行される。さらに、ＤＳＰ７は
、ＡＳＩＣ３５を介して上位のマイコン１やＡ／Ｄ変換
器１０とのデータアクセスを行なうため、データインタ
ーフェースが容易となり、制御性能を十分に向上させる
ことができる。また、部品点数も４点となり、システム
構成が簡単となり、小形化され、信頼性が向上する。 さらに、上位のマイコン１はＡＳＩＣ３５を介してキャ
リア周波数やデッドタイム、あるいは、電流制御のゲイ
ン等の諸データをアクセスすることができ、上位のマイ
コン１によりこれらのデータの管理をおこなうことがで
き、保守性や調整性能が向上できる。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】図４の速度制御装置で
は、次のような問題点がある。すなわち、図３の例では
、インバータのスイッチング時間やデッドタイム等の設
定変更に対し、ＰＷＭ制御用ＡＳＩＣ３４の基本クロッ
クの周波数を変えることにより容易に対応できるが、図
４の例では、ＡＳＩＣ３５の基本クロックの周波数を変
えると、ベクトル制御演算や速度検出処理のタイミング
まで変わるため、基本クロックを変えることはできず、
新しいスイッチング時間やデッドタイムに対応したＡＳ
ＩＣに交換しなければならない。

【００１８】また、図３においては回転角検出器の特性
に合わせ、速度検出や回転角検出の精度を上げるため、
速度検出用ＡＳＩＣ５の基本クロック周波数を変えるこ
とができるが、図４においてはベクトル制御演算やＰＷ
Ｍ制御演算のタイミングまでも変化してしまうため、基
本クロックの周波数を変えることはできない。

【００１９】以上述べたように、図３の速度制御装置で
はＤＳＰのデータインターフェースが複雑であり、制御
性能に限界が生じる不具合があり、図４に示した速度制
御装置では、回転角検出器の特性に対応したり、インバ
ータのスイッチング時間やデッドタイムの変更に対し、
容易に対応できないという問題点がある。

【００２０】本発明は、電流制御性能を十分に向上させ
ることができ、上位のマイクロプロセッサによる保守性
と調整性能が向上し、外部仕様の変更に対応できる電動
機速度制御装置を提供することを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するため、直流電力を交流電力に変換するインバータを
、パルス幅変調制御を行うことにより交流電動機の速度
制御を行うものにおいて、前記電動機の運転シーケンス
処理と速度制御演算を行ってトルク指令データを出力す
る上位のマイクロプロセッサと、前記電動機に流れる電
動機電流の検出信号を電流検出データに変換して出力す
るＡ／Ｄ変換器と、前記電動機の回転角検出信号を入力
して速度検出データに変換し、これを前記上位のマイク
ロプロセッサに出力すると共に、前記電動機電流の位相
基準データを出力する速度制御用回路と、前記上位のマ
イクロプロセッサからのトルク指令データと、前記速度
制御用回路からの位相基準データと、前記Ａ／Ｄ変換器
からの電流検出データを入力して電流制御演算を行い、
その結果得られる電圧指令データを出力するディジタル
プロセッサと、このディジタルプロセッサからの電圧指
令データをキャリア波と比較して得られるインバータ制
御信号を前記インバータに出力する下位のパルス幅変調
制御用回路とを具備し、前記パルス幅変調制御用回路は
前記マイクロプロセッサからのトルク指令データと、前
記速度検出用回路からの位相基準データと、前記Ａ／Ｄ
変換器からの電流検出データを前記ディジタルプロセッ
サに送るインターフェースの機能を有したものである。

【００２２】

【作用】本発明によれば、ディジタルプロセッサ、Ａ／
Ｄ変換器、上位のマイクロプロセッサ、速度制御用回路
のデータアクセスは、全てパルス幅変調制御用回路によ
り最適なタイミングで行われるので、容易にアクセスが
行われ、このためディジタルプロセッサの処理負荷が増
大することがなく、電流制御性能が十分向上する。

【００２３】また、ディジタルプロセッサ、変換器は、
パルス幅変調制御用回路を介して上位のマイクロプロセ
ッサに出力することができるので、上位のマイクロプロ
セッサにより様々なデータを管理することができ、保守
性や調整性能が向上する。

【００２４】さらに、速度制御用回路とパルス幅変調制
御用回路により、回転角検出信号とインバータ制御信号
の変更に対しても対応できる。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は本発明の第１実施例の概略構成を示
すブロック図であり、これは以下のように構成されてい
る。すなわち、図２の誘導電動機１７の運転シーケンス
処理と速度制御演算を行い、その結果得られるトルク指
令データを後述するデータバス２を介し、下位のＰＷＭ
制御用（ベクトル制御用）ＡＳＩＣ６へ出力する上位の
マイクロプロセッサ例えば上位の汎用マイコン１と、こ
の汎用マイコン１と後述する速度検出用ＡＳＩＣ５とＰ
ＷＭ制御用ＡＳＩＣ６とその他の周辺回路を結ぶデータ
バス２およびアドレスバス３と、図２の回転角検出器１
８からの回転角検出信号４を入力し、これをｎビットの
速度検出データに変換し、データバス２を介して汎用マ
イコン１へ出力し、さらに回転角データと汎用マイコン
１から送られるデータに演算を行い、その結果得られる
誘導電動機１７の電流の位相基準データを後述するＰＷ
Ｍ制御用ＡＳＩＣ６へ出力する速度検出用ＡＳＩＣ５と
、図２の電流検出器１５からの電流検出信号を電流検出
データに変換し、後述するＰＷＭ制御用ＡＳＩＣ６へ出
力するＡ／Ｄ変換器１０と、前記汎用マイコン１により
得られたトルク指令データと、前記速度検出用ＡＳＩＣ
５により得られた位相基準データと、前記Ａ／Ｄ変換器
１０により得られた電流検出データを、後述するＰＷＭ
制御用ＡＳＩＣ６を介して入力し、電流制御演算を行い
、その結果得られる電圧指令データをＰＷＭ制御用ＡＳ
ＩＣ６に出力するＤＳＰ７と、汎用マイコン１からのト
ルク指令データと、速度検出用ＡＳＩＣ５からの位相基
準データと、Ａ／Ｄ変換器１０からの電流検出データを
ＤＳＰ７に送るインターフェースの機能を有し、さらに
ベクトル制御演算機能を有し、ＤＳＰ７からの電圧指令
データをキャリア波と比較処理し、その結果得られるイ
ンバータベース信号を出力するＰＷＭ制御用ＡＳＩＣ６
からなっている。

【００２６】以上のように構成された実施例によれば、
ＤＳＰ７と、Ａ／Ｄ変換器１０と、汎用マイコン１と、
速度検出用ＡＳＩＣ５とのデータアクセスは、全てＰＷ
Ｍ制御用ＡＳＩＣ６により最適なタイミングで行われる
ため、容易にデータアクセスが行われ、このため、ＤＳ
Ｐの処理すべき負荷が増大することなく、電流制御性能
を十分向上させることが可能となる。

【００２７】また、ＤＳＰ７とＡ／Ｄ変換器１０は、Ｐ
ＷＭ制御用ＡＳＩＣ６を介して上位の汎用マイコン１へ
データを出力することができるため、汎用マイコン１に
より様々なデータを管理することができ、保守性や調整
性能が向上する。

【００２８】さらに、図２のインバータ１４の特性、容
量により決まるスイッチング時間やデッドタイムを変更
する場合においても、ＰＷＭ制御用ＡＳＩＣ６の基本ク
ロック周波数を変えることにより対応できる。なお、こ
のときＰＷＭ制御用ＡＳＩＣ６におけるＰＷＭ制御以外
の機能、つまりＤＳＰ７へのデータアクセス等の機能は
、基本クロック周波数を変えても影響を受けない。

【００２９】また、速度検出用ＡＳＩＣの基本クロック
周波数を変化しても、ＰＷＭ制御用ＡＳＩＣ６に対して
影響を与えることがないため、検出精度を上げるために
図２の回転角検出器１８の特性に応じて基本クロック周
波数を変えることができる。

【００３０】以上述べた実施例では、エレベータの電動
機速度制御装置に適用した例を上げたが、これ以外の電
動機速度制御装置としても用いることができる。また、
インバータとしてトランジスタインバータをあげたが、
これに限らずサイリスタインバータでも使用できる。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、電流制御性能を十分に
向上させることができ、上位のマイクロプロセッサによ
る保守性と調整性能が向上し、外部仕様の変更に対応で
きる電動機速度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】本発明による電動機速度制御装置の第１実施例
の概略構成を示すブロック図。

【図２】エレベータ速度制御装置の概略構成を示す図。

【図３】従来の電動機速度制御装置の第１の例を示すブ
ロック図。

【図４】従来の電動機速度制御装置の第２の例を示すブ
ロック図。

【符号の説明】

１…上位のマイクロコンピュータ、２…データバス、３
…アドレスバス、４…回転角検出信号、６…ＰＷＭ制御
用ＡＳＩＣ、７…ディジタルシグナルプロセッサ、８…
ベース信号、９…電流検出信号号、１０…Ａ／Ｄ変換器
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　直流電力を交流電力に変換するインバ
   ータを、パルス幅変調制御を行うことにより交流電動機
   の速度制御を行うものにおいて、前記電動機の運転シー
   ケンス処理と速度制御演算を行ってトルク指令データを
   出力する上位のマイクロプロセッサと、前記電動機に流
   れる電動機電流の検出信号を電流検出データに変換して
   出力するＡ／Ｄ変換器と、前記電動機の回転角検出信号
   を入力して速度検出データに変換し、これを前記上位の
   マイクロプロセッサに出力すると共に、前記電動機電流
   の位相基準データを出力する速度制御用回路と、前記上
   位のマイクロプロセッサからのトルク指令データと、前
   記速度制御用回路からの位相基準データと、前記Ａ／Ｄ
   変換器からの電流検出データを入力して電流制御演算を
   行い、その結果得られる電圧指令データを出力するディ
   ジタルプロセッサと、このディジタルプロセッサからの
   電圧指令データをキャリア波と比較して得られるインバ
   ータ制御信号を前記インバータに出力する下位のパルス
   幅変調制御用回路とを具備し、前記パルス幅変調制御用
   回路は前記マイクロプロセッサからのトルク指令データ
   と、前記速度検出用回路からの位相基準データと、前記
   Ａ／Ｄ変換器からの電流検出データを前記ディジタルプ
   ロセッサに送るインターフェースの機能を有した電動機
   速度制御装置。