JPS6318980A - 誘導電動機のベクトル制御装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、サイクロコンバータを介して誘導電動機を
ベクトル制御する制御装置に関する。

〔従来の技術〕

第２図は誘導電動機における電流ベクトルを示すベクト
ル図である。

す々わち、前導電動機の１次電流（固定子ｔｆＮ、　）
ｌ、は、回転子を中心に回転する空間ベクトルとしてと
らえることができる。これと同様に、１次電流１１によ
って生じる回転子鎖交磁束も、回転子軸を中心にして回
転する空間ベクトルとしてとらえることができる。この
１次電流ベクトル１１のうち、磁束ベクトルΦと同一方
向の成分は磁化（励磁）電流１と呼ばれており、直流機
の界磁電流に相当するものでおる。また、これと直角な
方向の成分はトルク電流ＩＴと呼ばれ、直流機の電機子
電流に相当する。誘導電動機におけるこれらの成分を互
いに分離して制御することができる々らば、直流機より
も安価で、しかも堅牢な誘導電動機において直流機と同
等の可変速制御性能を発揮させることができる。か−る
原理にもとづいて前導電動機を制御するのが、いわゆる
誘導電動機のベクトル制御と云われるものである。なお
、矢印（→）を付してベクトル量を表わすが、特に必要
のある場合を除いてはその区別をしないとと又する。そ
して、このような誘導電動機のベクトル制御を可能くす
るためには、回転する磁束ベクトルの軸（磁束軸；Ｍ軸
）を基準として、互いに直交する２つの成分の形で指令
値が与えられる電流ベクトルを、回転しない固定軸（α
軸）を基準とするベクトル量に変換する必要があること
から、磁束軸（Ｍ軸）の位置ψを検出しなければならな
いことがわかる。なお、この固定子軸（α軸）は、固定
子の成る１つの巻機軸にとるのが一般的である。

第３図はこのような原理にもとづく制御装置の従来例を
示す構成図で、出願人が先に出願したものである。同図
において、１１は磁束調節器、１２は速度調節器、１３
は割算器、１４はベクトル回転器、１５は座標変換器、
１６（Ｌ６ａ〜１６ｃ）は電流調節器、１７はサイクロ
コンバータ、１８（１８ａ〜１８ｃ）は電流検出器、１
９は誘導電動機、２０は磁束ベクトル演算器、２１は回
転子位置検出器、２２は速度検出器、２３は回転子位置
演算器である。

このような構成において、磁束の大きさの実際値Φをそ
の目標値Φ　に一致させる働きをする磁束調節器１１に
より、励磁電流の目標値ｉＭ′が与えられる。また、速
度検出器２２からの速度実際値ｎをその目標値ｎ”に一
致させる働きをする速度調節器１２の出力として得られ
るトルク目標値を、割算器１３にて磁束実際値Φで割算
することにより、トルク電流の目標値、Ｔ＋が求められ
る。

こうして得られる磁束軸基準の電流ベクトル成分ＡＭ′
、！Ｔ４には、磁束ベクトルΦの単位ベクトル（ＣＯＳ
ψｒ　５Ｌｌｌψ）とへもにベクトル回転器１４に導か
れ、こ〜で固定子軸αを基準とするベクトル成分ｉ、♂
、１１β１変換される。このときの演算式は、次式で与
えられる。

１１ｃｌ　撃Ｉ　ＭＣＱＳψ−Ｉ　Ｔ０ｎ　ｑ’１１１
＝ｉＭ′ｓｉψ＋ｉＴ”ｃｏｓｇ＋この目標値’１ａｐ
　ｉ、βは、座標変換器１５により次式の如き３相の目
標値：　ａ”　’　ｊ　ｂ”　Ｈｉ　ｃ　”に変換され
る。

ｉ　″−’１（Ｚ′″ 養　　　　　　１　　・　　　　脣　　　ｖＴ　　　　
　　簀Ｉｂ″′−丁１１α＋Ｔ＋　１β や　　１　　、　　＊　　ｙ’Ｔ、　　＋ＩＣ−７１１
α−了１１β ６相の各目標値１　ａ４ｋ　、　Ｈｂ４）　、　Ｈｃ４
には、電流調節器１６ａｔ　１６ｂｅ　１６ｃにそれぞ
れ導かれる。

各電流調節器１６ａ、１６ｂ＋　１６ｃは、電流検出器
１８　ａ　＋　１８　ｂ　、１８　ｃにてそれぞれ検出
されるサイクロコンバーター７の各相電流実際［；ａｔ
＋５．Ｉｏをその目標値に一致させるべく、サイクロコ
ンバータ１フ０点弧制御を行う。

以上、ベクトル制御の概要について説明したが、必要な
らば、例えば特開昭５６−８６０８９号公報。

特開昭５７−８５１８４号公報等を参照されたい。

ところで、この種の制御装置をマイクロコンピュータの
如き演算処理装置（プロセッサ）を用いてディジタル処
理する場合、全ての処理を１台のマイクロコンピュータ
で行なわせてアナログ制御方式と同等の制御性能を得よ
うとするＫは、マイクロコンピュータの処理速度、処理
能力の点から現時点では困難とされている。そこで、所
望する制御性能を得るために、複数台のマイクロコンピ
ュータを用いて処理機能を分散する方式が考えられる。

その−例を第４図、第５図に示す。

第４図はハードウェア構成例を示す概要図で、４台のマ
イクロコンピュータ１ａ〜１ｄから構成されている。各
マイクロコンピュータは中央処理部（ＣＰＵ）２．外部
との信号授受のための入出力回路（１０）３．　　メモ
’、ｌ　（Ｍ）４および各マイクロコンピュータ間でデ
ータの授受を行なうためのシステム入出力回路（ＳＩＯ
）５がら構成されている。

第５図は各マイクロコンピュータの処理内容を２０１．
２０２，２０５．電流指令値の座標変換１４．１５の各
処理を行なう。なお、この例では単位磁束ベクトルの位
置信号ｃｏＳψ＋　５ｉｌｌψの演算をディスクリート
回路（２０４，２０５）で実現している。このディスク
リート回路との信号授受および速度信号ｎの取り込みは
、マイクロコンピュータの入出力回路（ＳＩＯ）５を経
由して行なわれる。この入出力回路（ＳＩＯ）５として
は、公知のアナログ／ディジタル変換器やディジタル／
アナログ変換器が使用される。

マイクロコンピュータ１ａで演算された各相毎の電流指
令値！”、ｉ　“、ｌ　”はディジタル量とｂｃ してシステム入出力回路（ＳＩＯ）５を通してマイクロ
コンピュータ１ｂ＊　１ｃＨ１ｄへ送られ、各マイクロ
コンピュータ１ｂ、１ｃ、１ｄは夫々の入出力回路を通
して電流実際値’ａ”ｂ”ｃを取り込み、電流調節（１
６ａ、１６ｂ、１６ｃ）並びにサイリスタの点弧パルス
発生を行なう。このとき、マイクロコ／ピユータ１ｂ、
Ｉｃ、１ｄ　による処理は、いずれもサイリスタ点弧パ
ルスの出力に同期して行なわれる。しかも、サイクロコ
ンバータの性質上、各マイクロコンピュータ１ｂ、１Ｃ
２１ｄ間の動作には同期性はなく、また同一コンビ二一
夕においてもサイリスタ点弧パルスの出力間隔は常に変
化している。このように、互いに動作に時間的な同期性
のない複数台のマイクロコンピュータに交流信号として
のデータを送出するには、データ受信側でデータを交流
として再現できるよう、できるだけ早い周期で演算出力
する必要がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、第４図、第５図において、マイクロコンピュ
ータ１ａはＣＰＵの処理能力、処理時間の点からｉａ”
、ｉｂ”、！どの出力周期には限界があり、その結果所
望する制御特性が得られないという欠点がある。

例えば、第６図に示すような正弦波信号を受信側で５％
以内の精度で再現しようとするならば、送信側での演算
・出力間隔は、 ５ｉｘ−’　（Ｑ、０５　）　−２，８６’となり、と
へて正弦波の周波数を２０１１ＬＺにすると、１　　　
　ｚ８６゜ となり、約４００μｓ毎のデータ更新が要求されること
に唸る。一方、座標変換処理（第５図の１４゜１５）の
みを早い周期で実現する方法も考えられるが、この場合
は他の機能、例えば速度調節、磁束調節の処理間隔が長
くなり、やはり所望する制御特性が得られないという問
題がある。

したがって、この発明は早い演算処理周期を要すること
なく電流指令値を伝達可能にすることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

電流目標値の演算処理を行なう第１のプロセッサと、こ
の電流目標値にもとづき交流電流調節演算を行う第２の
プロセッサとを設ける。

〔作用〕

この発明は、固定子電流の目標ベクトルをその大きさと
磁束ベクトルとの成す角度で表現すると、定常状態では
両者は一定量（＠流量）となり、早いくり返し演算処理
を要しないことに着目したもので、電流指令値を送出す
る第１のプロセッサで電流指令値ベクトルを極座標形式
に変換して送出し、受信側の第２プロセッサで必要な時
に交流全である各相電流指令値の瞬時直に変換するよう
にしたものである。

〔発明の実施例〕

第１図はこの発明実施例を示す制御ブロック図である。

なお、マイクロコンピュータのノ・−ドウエア構成は第
４図と同じである。こ＼では、第５図の制御ブロック図
との相違点のみを説明する。

立 マイクロコンピュータ−１の処理において、６はベクト
ル変換機能であり、二軸量（磁束ベクトル方向成分ＩＭ
＋とそれに直行する成分１７”）で表現されている電流
指令値ベクトル１１′を、そのベクトルの大きさ工げと
磁束ベクトルからの角度θｉ−で表現される極座標形式
に変換するものでおり、下式の如き演算処理を行なう。

ベクトルの大きさ工げ ？　’＝’　　（ｉ　”）”＋（ｉ　号−−−−−−（
１）ｉ　　　　　　　　　　Ｍ　　　　　　　　Ｔ磁束
ベクトルとの角度θ、４１ ２４は積分器で、こ〜で λ＝ｆω　ｄｔ　　　　　　　　　・・・・・・（６）
ｔ の演算を行なう。

マイクロコンピュータ１ｂ＋１ｃ＋１ｄの処理において
、７ａ＋　７ｂ、７ｃは電流指令値演算機能で、極座擦
表示された電流指令値ベクトルを、固定子ａ相巻綜軸と
磁束ベクトルとの成す角度ψの情報を取り込み各固定子
巻線電流の指令値ｔａ”、ｉｂ”。

ｉｃ′に変換するもので、以下の演算処理を行なう。

ｒ　、−Ｉ　、　＊　ｃＯｓ　（θ１１”＋ψ）　　　
　　　（７ａの処理）＋５”−Ｉげ愼（θｉげ＋ψ−Ｔ
π）　（７ｂの処理）ｌ♂ｍ１１４″（２）（θｔ＋”
　”　ψ５　”　）　　（７ｃ　Ｏ処理）マイクロコン
ピュータ１ｂ＋　Ｉｃ、ｉｄのｔ　ｉ　ＩＪ節部８は第
５図の１６ａ〜１６ｃと同様なので、電流指令値演算機
能７ａ、７ｂ、７ｃの追加によって負担は増すが、角度
の余弦にテーブル参照等の処理を行なうことで、処理は
サイリスタ点弧パルス発生に同期して数回の加減算と１
回の乗算処理が増えるのみで、特性を著しく悪化させる
ようなことはない。さらに、この実施例によれば、−定
負荷で誘導電動機を運転すると１１４．θ１１″は共に
運転条件に応じた一定量（直流量）となるため、工げ、
θｉ、″″の演算、出力のくり返し周期は制御装置の過
渡特性をいかにするかで決まるくり返し周期でよく、つ
まりは速度調節機能、磁束調節機能と同一の演算周期で
よいことになり、交流信号を演算、出力する方式に比べ
てＣＰＵの負担は軽くなり、その結果良好な制御特性を
得ることができる。

〔発明の効果〕

この発明によれば、電流指令値を極座標形式のベクトル
データとして送出し、受信側では必要な時点で交流信号
の瞬時値に変換するように構成したことにより、電流指
令値の伝送周期を速度調節機能と同一周期にすることが
でき、その結果ＣＰＵの負担が軽くなり、上記くり返し
周期を早くすることが可能で、制御特性の悪化を防止す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す構成図、第２図は誘導
電動機の電流ベクトルを示すベクトル図、第３図は誘導
電動機用ベクトル制御装置の従来例を示す構成図、第４
図は第２図に示す制御装置をマイクロコンピュータの如
き演算処理装置で構成した場合のハードウェア構成例を
示す概略図、第５図は第４図と同じくその詳細図、第６
図はマイクロコンピュータの如き演算処理装置における
交流信号処理動作を説明するための波形図である。 符号説明 １ａ＋　１ｂ、　１ｃ＋　１ｄ・・・・・・演算処理装
置（マイクロコンピュータ）、２・・・・・・中央処理
ｍ（ＣＰＵ）、３・・・・・・入出力回路（１０）、４
・・・・・・メモリ（Ｍ）、５・・・・・・システム入
出力回路（ＳＩＯ）、６・・川・ベクトル変換部、７ａ
、７ｂ、７ｃ・・・・・・指令値演算部、８ａ、８ｂ、
８ｃ・・・・・・電流調節部、１１・・・・・・磁束調
節器、１２・・・・・・速度調節器、１３・・・・・・
割算器、１４・・・・・・ベクトル回転器、１５・・・
・・・座標変換器、１６（１６ａ〜１６ｃ）・・・・・
・電流調節器、１７・・・・・・サイクロコンバータ、
１８（１８ａ〜１８ｃ）・・・・・・電流検出器、１９
・・・・・・誘導電動機、２ｏ・・・・・・代理人　弁
理士　並　木　昭　夫 代理人　弁理士　松　崎　　　　済 第２図 第６図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 サイクロコンバータを介して誘導電動機をベクトル制御
   するマルチプロセッサ構成の制御装置であつて、 電流目標値ベクトルの演算を行う第１のプロセッサと、 該第１プロセッサからの電流目標値にもとづき交流調節
   演算を行う第２のプロセッサと、 を備え、前記第１プロセッサから出力される電流目標値
   ベクトルのデータを極座標形式のデータとすることを特
   徴とする誘導電動機のベクトル制御装置。