JPH07118957B2 - ベクトル制御装置 - Google Patents

ベクトル制御装置

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JPH07118957B2
JPH07118957B2 JP62051455A JP5145587A JPH07118957B2 JP H07118957 B2 JPH07118957 B2 JP H07118957B2 JP 62051455 A JP62051455 A JP 62051455A JP 5145587 A JP5145587 A JP 5145587A JP H07118957 B2 JPH07118957 B2 JP H07118957B2
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【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 この発明は誘導電動機の2次時定数を補償するベクトル
制御装置に関する。
B.発明の概要 この発明は電流制御型インバータを用いて誘導電動機
(以下IMと称す)をベクトル制御する装置において、 速度設定値または速度と正確な速度検出が可能な範囲の
一定周波数を送出する二相発振器の出力のうち正弦波信
号の乗算値から2次時定数補償演算出力を得、この補償
演算出力とトルク電流とからすべり周波数演算に用いる
2次時定数を変化させるようにしたことにより、 速度検出の位相及び振幅誤差の影響をなくして二次時定
数の同定精度を向上して理想的なベクトル制御を可能と
したものである。
C.従来の技術 IMのベクトル制御を行うにはIMの2次抵抗(2次時定
数)の値を知ることが重要な要素となる。IMの2次抵抗
は2次導体の温度によって変化するため、外気温,負荷
の状態(2次電流)等により、通常、最初に設定した値
から約1.5倍程度も変化するおそれがある。また、2次
抵抗変化の影響は電流制御型のベクトル制御方式が電圧
制御型ベクトル制御方式よりも大きいことが知られてい
る。いまIMをすべり周波数制御方式によるベクトル制御
によって電流制御型インバータで動作させているとき、
すべり周波数の演算に用いる2次時定数が前述したよう
に外気温や負荷等によって実際の値と異なっていると、
2次磁束は後述の(2)式,(3)式のようになる。
まず、すべり周波数ωssの演算式を示すと(1)式のよ
うになる。
ωss=1/τ※・i1β※/i1α※ …(1) 但し、(1)式は電源と同期した座標を用いて表現した
ものである。
τ2:2次時定数,i1α:励磁電流,i1β:トルク電流,
※は指令値または演算に用いる値を示す。
次に2次磁束の式を示すと(2)式,(3)式のように
なる。2β =Mi1β※(1−K)/1+(KI) …(2)2α =M・i1α・1+KI2/1+(KI2) …(3) 但し、λ2α,λ2β:2次磁束、2α2βは定常
状態を示す。M:相互インダクタンス、K=τ2※、
I=i1β※/i1α※である。
上記(2)式から2次時定数τが実際の値と一致しな
いと(K≠1のとき)、2次磁束λ2α,λ2βのβ軸
成分が零とならない。つまり、ベクトル制御を理想的に
行うことができない問題がある。
なお、上述の場合のIMのトルクTeは次式に示すようにな
る。
Te=KT・(2α・i1β2β・i1α)…(4) 但し、KT:定数(P・M2/L2)、P:極対数、L2:2次インダ
クタンスである。
第3図は従来の技術の項で述べたベクトル制御の問題点
を解決するための2次時定数τの可変装置を示すブロ
ック図で、第3図において、1は速度指令ωsrとIM2の
速度ωとの偏差を検出する偏差検出器で、この偏差検出
器1の偏差出力は比例積分演算(PI)部3に入力され
る。PI部3の出力にはトルク電流it※を得て、この電流
it※を2相/3相変換器4に励磁電流指令io※とともに入
力する。
前記トルク電流it※はすべり周波数演算部5、IMと等価
なモデル6および乗算器7に与えられる。すべり周波数
演算部5はモデル6の出力により2次時定数τを変化
させて出力にすべり周波数ωを得る。演算部5の出力
に得られたωはIM2のωと加算されて2相/3相変換器
4に入力される。2相/3相変換器4はit※,io※および
ωとωとの換算出力を用いて、インバータ8を制御す
る出力を送出する。なお、9はωとモデル6との偏差を
得る検出器、10は積分器である。
上記のように構成された装置において、2次時定数τ
を、IM2のωとモデル6との出力との偏差値からモデル
6を変えて演算する手段をとっていた。
D.発明が解決しようとする問題点 上記第3図に示した手段でベクトル制御の問題を解決し
ようとする場合、慣性モーメント、モータ定数(2次時
定数以外)が不正確だと誤差を生じたり、また演算が複
雑になったりする問題点が発生する。
E.問題点を解決するための手段 この発明は2相/3相変換部の出力に得られる電流指令と
電流制御型インバータの出力電流との偏差に応じて前記
インバータを制御してIMをベクトル制御する装置におい
て、 前記2相/3相変換部にトルク指令を出力するトルク電流
演算部と、 一定周波数の正弦波及び余弦波信号を発振する二相発振
器と、 この二相発振器の出力のうち余弦波信号と励磁電流指令
とを加算し、その加算出力を前記2相/3相変換部に供給
する加算器と、 前記二相発振器の出力のうち正弦波信号と速度または速
度と速度指令との偏差として得られる速度設定値(速度
制御の場合)との乗算値が入力され、この乗算値を演算
し出力に2次時定数補償値を送出する2次時定数補償演
算部と、 この2次時定数補償演算部の出力および前記トルク電流
と励磁電流指令とが供給され、各出力とからすべり周波
数演算に用いる2次時定数を変化させるすべり周波数演
算部と、 このすべり周波数演算部の演算出力とIMの速度とを加算
し、その加算出力から2相/3相変換部に供給する三角関
数を得る三角関数発生部とを備え、前記2相−3相変換
部は入力されるトルク電流指令、励磁電流指令と信号発
生器との加算出力および三角関数から出力に電流指令を
送出するようにしたことを特徴とするものである。
F.作用 比例積分演算部の出力に得られたトルク電流指令、励磁
電流指令、二相発振器の正弦波、余弦波信号及び2次時
定数補償演算部の演算出力からすべり周波数演算に用い
る2次時定数を変化させて実際の2次時定数を得る。こ
のように得られたすべり周波数とIMの検出速度から、角
周波数を得る。この角周波数から三角関数を発生させ、
この三角関数、トルク電流指令および励磁電流指令と二
相発振器との加算出力から電流指令を2相/3相変換部の
出力に得る。この電流指令によりインバータを制御して
IMをベクトル制御する。
G.実施例 以下図面を参照してこの発明の一実施例を説明するに第
3図と同一部分には同一符号を付して示す。
第1図において、偏差検出器1の出力に得られた速度設
定値enはPI部3により演算されてその出力にトルク電流
1β※を得る。トルク電流i1β※は2相/3相変換器
4に供給される。11は正確な速度検出が可能な周波数範
囲の一定周波数の正弦波信号及び余弦波信号を発振する
二相発振器で、この二相発振器11から送出された信号の
うち正弦波信号inSinωftは2次時定数補償演算部12に
供給される。この2次時定数補償演算部12は乗算器12a,
一次遅れ部(τa/s+τ)12b,ゲイン(Ka)設定部12c
及び2次時定数補償係数部(1/τ※)から構成され
る。前記正弦波信号は乗算器12aの第1入力に供給さ
れ、その第2入力に供給される速度設定値enと乗算され
て、その出力が一次遅れ部12bに供給される。一次遅れ
部12bの出力にはゲイン(Ka)設定部12cのKaが乗算され
てゲイン設定部12cの出力に相関係数exが得られる。こ
の相関係数exは2次時定数補償係数部(1/τ※)12d
に供給される。2次時定数補償演算部12は上記のような
各構成により2次時定数τ※を演算してその出力をす
べり周波数演算部5に供給する。すべり周波数演算部5
は2次時定数1/τ※係数部5aと1/i1α※除算器5bか
ら構成される。除算器5bには励磁電流指令i1αが供給
され、2次時定数1/τ※係数部5aにはトルク電流i
1β※が供給される。この係数部5aには2次時定数補償
演算部12から2次時定数補償係数出力が供給される。こ
の係数により演算部5で2次磁束(2β=0)が零と
なるように演算される。すべり周波数演算部5の出力は
IM2の速度ωと加算器13で加算される。この加算出力が
角周波数ωとなって三角関数発生部14に供給される。
三角関数発生部14からはsinωotとcosωotが出力されて
2相/3相変換器4に供給される。2相/3相変換器4には
二相発振器11の信号のうち余弦波信号incosωftと励磁
電流指令i1α※との加算出力ioo※が加算器15から供
給される。
2相/3相変換器4はトルク電流i1β※,三角関数出力
sinωotとcosωot及び加算出力ioo※とから、出力に3
相電流指令ia※,ib※,ic※を送出する。この電流指令は
インバータ8の出力電流との偏差を偏差検出器16a,16b,
16cにより得て、その出力がPI部17a,17b,17cを介してPW
M発生部18に供給される。PWM発生部18の出力はゲート回
路部19を介してインバータ8に供給され、インバータ8
が制御される。20は三角波発振器、21a,21b,21cは変流
器、23はIM2の速度ωを得るレゾルバである。
上記のように構成された実施例の動作を述べる。
IM2がインバータ8により運転されているとき、前記
(2)式から2次時定数τが実際の値と一致しないと
(K≠1のとき)、2次磁束のβ成分が零とならなくな
り、ベクトル制御が理想的に行われなくなる。そこで、
まず、同定の原理を述べる。二相発振器11から一定周波
数の余弦波信号incosωftを励磁電流指令i1α※と加
算させて2相/3相変換器4に供給する。
このときの、余弦波信号incosωftと速度(回転数)ω
の間の相関係数exを調べることにより2次磁束2β
零か否かが判る。このため、余弦波信号を加える前にラ
ンダムノイズ信号i1n(広範囲の周波数を持つ信号)を
加えたときの相関係数exを求めると、exは次式で与えら
れる。
ω:回転数,i1n:ランダムノイズ信号 ここで回転数ωの直流分とランダムノイズ信号i1nは相
関がないため、回転数ωのリップル分Δωのみを考慮す
れば良くなる。このときの相関は次式のようになる。
次に励磁電流指令i1α※に余弦波信号incosωftを加
算させると、これにより生ずるトルクのリップルΔTは
次式で表される。
ΔT=2β・incosωft …(7) なお、2βは(2)式で示すものである。
前記(7)式のΔTによる回転数リップルΔωは次式の
ようになる。
Δω=1/J∫ΔTdt=K・sinωft …(8) 但し、J:慣性モーメント,K=2β/Jω・in(8)式
よりΔωはsinωftで変動することになる。このため、i
nsinωftの正弦波信号で相関をとると、相関が最も強く
なる。
以上よりこの実施例の相関係数exを求めると次式のよう
になる。
(9)式から2次時定数補償係数部12dの1/τ※とIM
の実際値とが一致すると、2次磁束2βは零となり、
exは零となる。このことから、(9)式が零となるよう
に、2次時定数補償係数部12dの1/τ※を増減するこ
とにより、2次時定数が同定できる。
なお、(9)式における積分は2次時定数補償演算部12
の一次遅れ部12bとゲイン設定部12cにより得られる。ま
た、励磁電流指令i1α※に加算させる信号はincosωf
tの一定周波数とし、Δωと相関をとる信号はinsinωft
とする。
上記のように2βが零になったときのすべり周波数演
算部5のすべり出力と速度ωの加算出力で角周波数ω
を得て三角関数を発生させる。このようにして2相/3相
変換器4の出力に得られる電流指令ia※,ib※,ic※によ
りIM2をベクトル制御すれば理想的なベクトル制御を行
うことができる。第2図Aは2次時定数の特性図で、横
軸に時間,縦軸にτ※/τの比をとったものであ
る。また第2図Bは2次磁束λ2βの特性図で、横軸に
時間,縦軸にλ2βをとったものである。
上述した2次時定数補償はマイクロコンピュータを用い
て行うことができる。
H.発明の効果 以上述べたようにこの発明によれば、速度設定値と二相
発振器の出力のうち正弦波出力とから2次時定数補償値
を得、この補償値とトルク電流によりすべり周波数演算
に用いる2次時定数の変化を補償するようにしたので、
2次時定数が負荷等に左右されないでそれの同定精度の
向上を図ることができるようになるため理想的なベクト
ル制御ができる。また、この発明ではモデルを用いない
ので、慣性モーメントの影響を受けない。さらにこの発
明では2次時定数の変化を補償するので、ノイズによる
トルクの変動を防止できる。この他に従来装置に比較し
て演算が簡単になるため、制御装置として用いるマイク
ロコンピュータのプログラムが簡単になりかつ演算時間
が短くなる等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例を示すブロック図、第2図
A,Bは特性図、第3図は従来例を示すブロック図であ
る。 1……偏差検出器、2……IM、3……比例積分演算部、
4……2相/3相変換部、5……すべり周波数演算部、11
……二相発振部、12……2次時定数補償演算部、14……
三角関数発生部。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】2相/3相変換部の出力に得られる電流指令
    と電流制御型インバータの出力電流との偏差に応じて前
    記インバータを制御してIMをベクトル制御する装置にお
    いて、 前記2相/3相変換部にトルク指令を出力するトルク電流
    演算部と、 一定周波数の正弦波及び余弦波信号を発振する二相発振
    器と、 この二相発振器の出力のうち余弦波信号と励磁電流指令
    とを加算し、その加算出力を前記2相/3相変換部に供給
    する加算器と、 前記二相発振器の出力のうち正弦波信号と速度、または
    速度と速度指令との偏差として得られる速度設定値との
    乗算値が入力され、この乗算値を演算し出力に2次時定
    数補償値を送出する2次時定数補償演算部と、 この2次時定数補償演算部の出力および前記トルク電流
    と励磁電流指令とが供給され、各出力とからすべり周波
    数演算に用いる2次時定数を変化させるすべり周波数演
    算部と、 このすべり周波数演算部の演算出力とIMの速度とを加算
    し、その加算出力から2相/3相変換部に供給する三角関
    数を得る三角関数発生部とを備え、前記2相−3相変換
    部は入力されるトルク電流指令、励磁電流指令と信号発
    振器との加算出力および三角関数から出力に電流指令を
    送出するようにしたことを特徴とするベクトル制御装
    置。
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