JPH09140200A - 速度センサレスベクトル制御装置 - Google Patents

速度センサレスベクトル制御装置

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JPH09140200A
JPH09140200A JP7318549A JP31854995A JPH09140200A JP H09140200 A JPH09140200 A JP H09140200A JP 7318549 A JP7318549 A JP 7318549A JP 31854995 A JP31854995 A JP 31854995A JP H09140200 A JPH09140200 A JP H09140200A
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JP
Japan
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speed
torque
vector control
motor
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JP7318549A
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English (en)
Inventor
Toshiaki Okuyama
俊昭 奥山
Kazuaki Tobari
和明 戸張
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 速度推定誤差の原因である電動機定数の変動
の影響を補償し、トルク不足を解消する速度センサレス
ベクトル制御装置を提供することにある。 【解決手段】 インバータにより誘導電動機を制御する
ベクトル制御であって、速度推定値に基づいてインバー
タ出力周波数(電動機周波数)を制御する速度センサレ
スベクトル制御装置において、トルク電流値が所定値以
上となる場合に、累積的に変化する値を出力する第1の
手段11,12と、該出力値とトルク電流値との乗算値
を出力する第2の手段13を設け、該乗算値を加算して
前記速度推定値を修正することを特徴とする。 【効果】 電動機定数が変動しても、トルク不足なしに
誘導電動機の速度制御を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、誘導電動機のベク
トル制御装置に係り、特に、電動機取付けの速度センサ
が不要な速度センサレスベクトル制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】誘導電動機のベクトル制御においては、
電動機の回転速度とすべり周波数指令値の加算値に応じ
てインバータ出力周波数を制御する方法が一般的であ
る。ところで、速度センサレスベクトル制御において
は、実回転速度の代りに推定値を用いて周波数を制御す
る。この場合、速度推定値に誤差が含まれるため、実す
べり周波数は適正基準値から変動する。このため、電動
機磁束はトルク変化に応じて変動するようになり、ま
た、電動機発生トルクはトルク電流に比例しなくなる。
極度の場合は、トルク不足を来し、加速渋滞を引き起こ
すなどの問題が発生する。速度推定の誤差原因として
は、速度推定演算に用いる電動機定数(1次および2次
抵抗)の真値との不一致、並びに、これを1次原因とし
て2次的に発生する電動機磁束の変動が挙げられる。従
来はこれらの変動を補償する方法がなく、このため、特
に低速回転においてトルク不足の問題が生じていた。な
お、関係の文献としては、奥山、他 「速度、電圧セン
サレスベクトル制御における制御定数設定誤差の影響と
その補償」電学論D、110、447(平2−5)があ
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、速度
推定誤差の原因である電動機定数の変動の影響を補償
し、トルク不足を解消するに好適な速度センサレスベク
トル制御装置を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記課題は、トルク電流
値が所定値以上となる場合に、累積的に変化する値を出
力する第1の手段と、該出力値とトルク電流値との乗算
値を出力する第2の手段を設け、該乗算値を加算して速
度推定値を修正することによって、解決される。ここ
で、累積的に変化する値は、トルク電流値の超過量の積
分値相当ないしはある設定値の積分値相当であることを
特徴とする。本発明は、ベクトル制御において、すべり
周波数が適正に制御されるならば、電動機トルクはトル
ク電流指令値に比例するが、すべり周波数が不適正な場
合はトルクは指令値に比例しない。仮りにすべり周波数
が適正値より小の場合、トルク不足となるため、速度制
御器の作用によりトルク不足を補うようにトルク電流指
令値が増加する。この結果として、指令値が所定値を超
えると、その超過量が積分され、さらに、この積分値と
トルク電流指令値の積が速度推定値に加算され、速度推
定誤差が補償される。ここで、この積分値は後述するよ
うに1次抵抗および2次抵抗の変動分の和に相当する。
また、この積分値とトルク電流指令値の積は、速度推定
誤差の補償量に相当する。
【0005】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態について図面を
用いて説明する。図1は、本発明の一実施形態である速
度センサレスベクトル制御装置の構成例を示す。1は誘
導電動機、2は電圧指令値V*に比例した出力電圧Vを
出力するインバータ、3はインバータ出力電流を座標変
換してd軸電流idおよびq軸電流iqを演算する座標
変換器、4はq軸電圧指令値Vq**およびiqに基づい
て速度推定値ωr^を演算する速度推定器、5は速度指令
値ωr*とωr^の偏差に応じてトルク電流指令値iq*を出
力する速度制御器、6はiq*とiqの偏差に応じてΔVq
を出力するq軸電流制御器、7はiq*に基づいてすべり
周波数基準値ωs*を演算するすべり周波数演算器、8は
ωr^とωs*を加算して得た周波数指令値ω1*を積分して
位相基準値θを求める位相基準発生器、9はid*,iq*
およびω1*に基づいてd軸およびq軸電圧基準値Vd*、
Vq*を演算する電圧演算器、10はVd*およびVq*とq
軸電流制御器6の出力ΔVqの和であるVq**を座標変
換してインバータ出力電圧指令値V*(3相)を出力す
る座標変換器である。
【0006】以上は従来と変わらない部分であるが、以
下が本発明に特徴的な部分である。11はiq*が所定値
iqM以上となる場合において超過値相当を出力する関数
器、12はiq*−iqMが正の場合は超過値を積分し、i
q*−iqMが負の場合は積分値を保持する積分器、13は
積分器12の出力値X0とiq*の積を求める乗算器であ
り、この出力値Xは速度推定値ωr^に加算される。この
ようにして補正された速度推定値ωr^'は速度制御器5
の入力にフイードバックされると同時に、ωs*と加算し
て得られた周波数指令値ω1*が位相基準発生器8の入力
に与えられる。
【0007】次に、動作について述べる。構成要素の1
〜4、5〜10については周知の速度センサレスベクト
ル制御システムと同様のため、概要についてのみ述べ
る。先ず、電圧演算器9において、電圧基準値Vd*,V
q*が「数1」に従い演算される。
【数1】 ここに、r1*:1次抵抗(基準値) Lσ*:1次および2次漏れインダクタンスの和(基準
値) M*,L2*:励磁および2次インダクタンス(基準値) φ2d*:2次磁束(基準値) インバータ出力電圧(電動機電圧)は、このVd*ならび
にVq*と電流制御器出力ΔVqの和であるVq**に従い制
御される。速度推定器4においては、「数2」に従い速
度推定値ωr^を演算する。
【数2】 ここに、T0:オブザーバ時定数 速度推定原理を図2に示す。4は速度推定器の演算内容
を表す。14は電動機モデルであり、端子電圧Vq**と
速度起電力eおよび電流iqの関係を表す。推定原理
は、eを逆モデルにより推定し、基準磁束量φ*で割算
することにより、速度推定値ωr^を演算するものであ
る。ωr^は、速度制御器5へのフイードバック信号に用
いると共に、周波数指令値ω1*を「数3」に従い演算す
る際に用いられる。
【数3】 ここに、T2*:2次時定数(基準値) 以上に加え、速度制御器5において、速度偏差ωr*−ω
r^に基づきトルク電流指令iq*が演算され、さらに電流
制御器6において電流偏差iq*−iqに応じてΔVqを演
算し、これによりiqはiq*に一致する様に制御され
る。上述に従い、速度偏差ωr*−ωr^に応じてiq(ト
ルク相当)が制御され、さらに、ωr^がωr*に一致する
ように速度制御される。
【0008】ところで、速度推定器4の出力ωr^そのも
のには速度推定誤差が含まれる。このため、前述のよう
な問題が発生するが、推定誤差の発生理由を次に説明す
る。電動機の電圧方程式(q軸関係)は「数4」で示さ
れる。
【数4】 「数4」より、回転速度ωrは「数5」で与えられる。
【数5】 ここで、電動機磁束に関するベクトル制御条件、φ2q'
=0、φ2d'=φ*が成立し、また、電動機電圧Vqが電
圧指令値Vq**に、出力周波数ω1が周波数指令値ω1*に
一致すると仮定すれば、速度推定値ωr^は「数6」にて
与えられる。
【数6】 速度推定器4はこの「数6」に基づいてωr^を演算す
る。ところで、Rσは電動機の温度上昇により、またL
σは電動機の鉄心飽和の影響により変動するため、これ
らは基準値Rσ*、Lσ*から変動する。この結果、ωr^
はωrに一致しなくなる。速度推定誤差Δωrは「数7」
で示される。
【数7】 ここで、Vq=Vq**, ω1=ω1*, φ2d’≒φ*,
φ2q’≒0を仮定すれば、Δωrは「数7’」で示
される。
【数7’】 ところで、電動機周波数ω1は「数8」に従い制御され
るため、実すべり周波数ωsは、「数9」が示すよう
に、その基準値ωs*からΔωrだけ変動する。
【数8】
【数9】 ωsの変動により、ベクトル制御が不完全となり、電動
機磁束が変動(減少)し、さらに電動機トルク/iq*の
値が変動(低下)するようになる。これが従来における
トルク不足の原因である。上述のように、トルク不足
は、実すべり周波数が速度推定誤差によって変動するこ
とが原因である。
【0009】そこで、本発明においては、速度推定誤差
を11〜13の構成要素を用いて修正する。すなわち、
電動運転(ωs>0)において、ΔωrがRσ<Rσ^な
どにより負(ωr^ーωr<0)である場合、前述のよう
にすべり周波数ωsは過小となり、トルク不足が起き
る。この時、速度制御器5の動作に従い、iq*はトルク
不足を補うように増加する。iq*がiqMを超えると、関
数器11より超過値相当が出力され、積分器12におい
てこれが積分される。したがって、iq*がiqMを超える
間、積分器出力X0は増加する。乗算器13において、
積分器出力X0とiq*が乗算され、乗算器出力Xがωr^
に加算される。このとき、ωr^は増加方向に修正され、
修正後の速度推定値ωr^'を用いて周波数指令値ω1*が
演算される結果、Δωrに基づくωsの過小が補正され
る。この結果、トルク不足が解消される。また、速度制
御器5において、速度指令ωr*と修正後の速度推定値ω
r^'の偏差ωr*−ωr^'に応じてiq*が演算される。トル
ク増加により回転速度が上昇すれば、iq*はiqMより下
がるため、関数器11の出力は零となり、積分器出力X
0は以前値が保持される。このとき、X0は1次および2
次抵抗の変動分RσーRσ*に相当した値に、乗算器出
力X(=X0 iq*)はΔωrに相当した値となり、常
時、速度推定誤差が補正されて、所定の電流値以下にお
いて所要のトルクが得られる様になり、トルク不足が解
消される。
【0010】図3は、本発明の他の実施形態を示す。速
度推定値ωr^をq軸電流制御器6’の出力より得ている
点が前記実施形態と異なるが、このものにも本発明を適
用して同様の効果が得られる。図において、1〜3、
5、7、8、10、11〜13は図1のものと同一物で
ある。6’はiq*とiqの偏差に応じて速度推定値ωr^
を出力するq軸電流制御器、9’はid*,iq*,および
ω1*に基づいて電圧基準値Vd'*,Vq'*を演算する電圧
演算器、15はωr^'とωs*の加算値である周波数指令
値ω1*に基づいて起電力基準値eq*を演算する起電力演
算器であり、Vd'*およびVq'*とeq*の和であるVq**
が座標変換器10に加えられる。
【0011】次に、動作について述べる。電圧演算器
9’において、電圧基準値Vd'*,Vq'*が「数10」に
従い演算される。
【数10】 インバータ出力電圧(電動機電圧)は、Vd'*,並びに
Vq'*とeq*の和であるVq**に従い制御される。Vq**
と電動機電圧Vqは一致することから「数11」が成立
する。
【数11】 ここで、r1・iq=r1*・iq* ω1Lσ・id
=ω1*Lσ*・id*を仮定すれば、「数12」が成立す
る。
【数12】 さらに、ωs (M/L22d=ωs* φ* (M/L2)
φ2d=φ* を仮定すれば、「数13」が成立する。
【数13】 すなわち、電流制御器6’の出力はωrに一致したもの
となる。しかしながら、電動機定数の変動によって前述
の仮定が必ずしも成立しないため、前記実施形態と同様
に、これには速度推定誤差が含まれる。このため、前記
実施形態の場合と同様にトルク不足の問題があるが、構
成要素11〜13により前述と同様にして速度推定誤差
を補正でき、本発明によりトルク不足を解消できる。
【0012】なお、本発明の実施形態においては、関数
器11は、iq*が所定値以上となる場合、超過値相当を
出力するものであったが、一定値(設定値)を出力する
ようなものであってもよい。要は、iq*が所定値以上と
なる場合において、積分器12の出力値X0が累積的な
変化をするならば、同様の動作を行うことができる。ま
た、関数器11と積分器12は、iq*が所定値以上の場
合は出力値が累積的変化を行い、所定値未満の場合は出
力値を保持する動作を行う他の手段(例えば、ソフトウ
エアによる手段)に置き換えが可能である。さらに、関
数器11の入力信号はiq*の代りに電動機電流検出値i
qであってもよい。
【0013】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電動機定数の変動により生じるトルク不足を解消するこ
とができ、精度の高い速度センサレスによる誘導電動機
のベクトル制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示す速度センサレスベク
トル制御装置の構成図
【図2】図1の装置における速度推定原理の説明図
【図3】本発明の他の実施形態を示す速度センサレスベ
クトル制御装置の構成図
【符号の説明】
1 誘導電動機 2 インバータ 3 座標変換器 4 速度推定器 5 速度制御器 6 電流制御器 7 すべり周波数演算器 8 位相基準発生器 9 電圧演算器 10 座標変換器 11 関数器 12 積分器 13 乗算器 15 起電力演算器

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 インバータにより誘導電動機を制御する
    ベクトル制御であって、速度推定値に基づいてインバー
    タ出力周波数(電動機周波数)を制御する速度センサレ
    スベクトル制御装置において、トルク電流値が所定値以
    上となる場合に、累積的に変化する値を出力する第1の
    手段と、該出力値とトルク電流値との乗算値を出力する
    第2の手段を設け、該乗算値を加算して前記速度推定値
    を修正することを特徴とする速度センサレスベクトル制
    御装置。
  2. 【請求項2】 請求項1において、累積的に変化する値
    は、トルク電流値の超過量の積分値相当であることを特
    徴とする速度センサレスベクトル制御装置。
  3. 【請求項3】 請求項1において、累積的に変化する値
    は、ある設定値の積分値相当であることを特徴とする速
    度センサレスベクトル制御装置。
  4. 【請求項4】 請求項1において、トルク電流値が所定
    値未満の場合は、前記第1の手段の出力値を保持するよ
    うにしたことを特徴とする速度センサレスベクトル制御
    装置。
JP7318549A 1995-11-13 1995-11-13 速度センサレスベクトル制御装置 Pending JPH09140200A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008001445A1 (fr) * 2006-06-29 2008-01-03 Mitsubishi Electric Corporation Dispositif de commande de machine rotation à courant alternatif
JP2012500370A (ja) * 2008-08-20 2012-01-05 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング 流体力学的負荷に圧力を供給するための圧力供給装置、および、圧力供給方法

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