JPS63316687A - 誘導電動機のベクトル制御演算装置 - 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、誘導電動機を可変速の制御をおこなうベク
トル制御演算装置に関し、特に速度制御系の応答特性を
向上させることができる誘導電動詮のベクトル制御演算
装置に関する。

〔従来の技術） 第８図は従来の誘導電動機のベクトル制御演算装置を有
する誘導電動機のインバータ駆動装置を示すフロック図
である。同図において（１）は三相交流商用電源、（２
）は三相交流商用電源（１）を整流するためのダイオー
ド等を用いたコンバータ、（３）はコンバータ（２）に
より整流された電圧を平滑するための平滑コンデンサ、
（４）は直流電圧を電動機に与えるための三相交流電圧
に変換する、トランジスタ等から成るインバータ、（５
）はインバータ出力により駆動される誘導電動機、（６
）は該電動機（５）に取付けられその速度に見合った信
号を出力する速度検出器、（７）は誘導電動機（５）の
速度を指令する速度指令回路、（８）は誘導電動機（５
）の速度指令信号ω′、および速度検出器（６）の速度
検出信号ω、から、ベクトル制御演算を行い電動機に与
える一次電流の振幅１■１１、角速度ω０、位相角Δθ
を出力するベクトル制御演算回路、　（９）はｌｒｕ、
ω。、ΔθからＵ相の一部電流指令ｉ″１８と、■相の
一部電流指令ビｖ６を作る一次電流基準発生回路、（１
０）はｔ”ｕｓ、ビＶｌと電動機に流れる一次電流のフ
ィードバック信号からインバータ（４）のトランジスタ
のＯＮ、ＯＦＦを法定する電流制御回路である。また、
第９図は第８図のベクトル制御演算装置の内部ブロック
図を示している。

（１１）は速度指令信号ω″、と速度検出信号ω、との
差を比例および積分制御演算するＰＩ制御回路、（１２
）はＰＩ制御回路（１１）の出力を一定の飽和値ｉ″ｑ
、ｍａｘで制限するリミッタ回路、（１３）は速度検出
信号ω、から二次磁束φ２を発生する二次磁束パターン
発生回路、（１４）は二次磁束φ２から二次磁束指令φ
“２を出力する一次遅れ要素、（１５）は二次磁束φ″
２から電動機相互リアクタンスＭを発生する相互リアク
タンスパターン発生回路、（１Ｂ）は二次磁束φ２と電
動機相互リアクタンスＭから励磁分電流指令ｉ″０を出
力する励磁分電流演算回路、（１７）は飽和値ｉ″ｐｓ
および励磁分電流指令ｉ″０から一次電流の振幅ｌ１１
１を演算する振幅演算回路、（１８）は飽和値ｉ″□お
よび励磁分電流指令ｉ″ｄ。

から−次電流の位相角Δθを演算する位相角演算回路、
（１９）は飽和値げ□と二次磁束指令φ″２からすべり
角周波数ω８を演算するすべり角周波数演算回路である
。

次に上記従来の誘導電動機のベクトル制御演算装置の動
作について説明する。周知のベクトル制御理論によれば
、誘導電動機の所要発生トルクをＴｗ、極対数をＰｅｌ
に次抵抗をＲ２、二次リアクタンスをＬ２、トルク分電
流をｉ□、励磁分電流をｌｄｇ、微分演算子をＳとすれ
ば、次の関係式が成り立つ。

ＴＭ＝Ｐ−・□・φ２　・　ｉｑ５　・・・・・・（１
）Ｒ２ｉｑｇ ω、＝□・Ｍ・□　　　　　　・・・・・・（３）Ｌ２
　　　　　　φ２ しかして、ベクトル＠御では速度指令信号ω″。

と速度検出信号ω、との誤差なＰＩ制御回路（１１）で
増幅し、リミッタ回路（１２）で一定の制限をもうけて
トルク分電流指令１１９８とする。また、励磁分電流演
算回路（１６）は式（２）より二次磁束パターン発生回
路（１３）から得られる速度検出信号ω１に見合った二
次磁束φ２に、」Ｌを定数とした一次進み演算を行い、
相互リアクタンスパターン発生回路（１５）から得られ
る相互リアクタンスＭを乗じて励磁分電流指令ｉ″Ｑ１
を二次磁束指令φ″２で除してＲ２、ｕなる計数をかけ
ることによって得られる。

一次電流指令の振幅ｌｌ１１、角周波数ω。、位相角Δ
θは次の式で求められる。

ｌｒ＋ｌ＝　（ｉｇｓ”）２＋　（ｉｄｓ”）２−−　
（４）ω０　＝ω、＋ωＳ　　　　　　　　　　　……
（５）Δθ＝　ｔａｎ−’　（ｉｑｓ”／ｉｄｓ”）　
　　　　　・・・・”　（６）従って、振幅演算回路（
１７）では式（４）の演算を、位相角演算回路（１８）
では式（６）の演算をそれぞれ行っている。

このような制御を行うベクトル制御演算装置では、速度
制御系の応答性はＰＩ制御回路（１１）に設定する速度
ループ比例ゲインＫｐ及び積分ゲインＫｉの値で決まる
。通常は、このＫｐ、にｉを速度制御系が不安定となら
ない範囲でなるべく大きな値に設定し応答性の向上を０
指している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来の誘導電動機のベクトル制御演算装置は以上の
ように構成されていたので、例えば誘導電動機を工作機
械主軸駆動用として使用する場合の切削開始時のように
電動機に負荷がインパクト的に加わる為に速度制御系の
応答周波数及び負荷量によって決まる速度の一時的な低
下現象が発生し切削面の精度が悪化する等が生じ、円滑
な速度制御ができないという問題点を有していた。

さらに、工作機械主軸では、高い切削精度及び切削能力
が要求されるため制御装置のＰ１制御回路の速度ループ
ゲインをなるべく大きくして応答を上げて速度低下を抑
えようと試みるのであるが振動の発生を抑えるためにゲ
インを余り大きくできない主軸（例えば機械的な固有振
動数の低い主軸）においては、切削開始時の速度低下が
大きくなり問題となる。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、切削開始等の負荷時にトルク分電流の速度ル
ープ比例ゲインと積分ゲインとを大きくしてインパクト
負荷時の速度低下及び該速度低下からの復帰時間を短縮
させることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る誘導電動機のベクトル制御演算装置は、
誘導電動機に与える一時電流をトルク分電流と励磁分電
流とに分離して制御し、負荷時に誘導電動機の速度検出
値と速度指令値との偏差に応じてトルク分電流の速度ル
ープ比例ゲインと積分ゲインとの少なくともいずれかを
変化させ、上記トルク分電流を増巾する構成である。

〔作　用〕

この発明においては、トルク分電流の速度ループ比例ゲ
インと積分ゲインの少なくとも一方を速度偏差に応じた
値に変化させて用いることにより、切削開始時の速度低
下及び該速度低下からの復帰時間を短縮する。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例に係る誘導電動機のベクトル
制御演算装置を第１図ないし第４図に基づいて説明する
。第１図は本実施例装置の内部ブロック図、第２図は本
実施例の動作フローチャート、第３図は速度ループ比例
ゲインＫｐと速度偏差との関係図、第４図はＰＩ制御回
路の構成ブロック図、第５図（ａ）、（ｂ）は負荷・速
度・速度ループ比例ゲインに関する従来装置との比較波
形図を示す。上記各図において本実施例に係る誘導電動
機のベクトル制御演算装置は、第５図、第９図に示す従
来装置の誘導電動機　（１）〜すべり角周波数演算回路
（１９）に関してその構成を同一とし、この説明を省略
する。

上記本実施例装置は、ＰＩ制御回路（１）内部演算で使
用する速度ループ比例ゲインＫｐを速度偏差に応じて変
化させる速度ループ比例ゲイン可変回路（２０）を追加
する構成である。

次に上記構成に基づく本実施例装置の動作について説明
する。ベクトル制御演算装置の他の部分については従来
技術と同様であるが、第１図の速度ループ比例ゲイン可
変回路（２０）にて、速度検出信号ω、と速度指令信号
ω”、との偏差である速度偏差△ω、に対応した比例ゲ
インの値を演算し、ＰＩ制御回路（１１）で用いる速度
ループ比例ゲインにｐの値として与える。

以下、動作順序について第２図のフローチャートに基い
て説明する。ステップ（２１）でＫｐ基準値をロードし
ておいて、ステップ（２２）で加減速状態かどうかを判
断し、もし加減速時でなければその時点の速度偏差△ω
、により決まる第３図のような可変倍率をｋにロードす
るが、もし加減速時であればｋはｌとする。次に、ステ
ップ（２１）でロードした値に可変倍率ｋを乗じ、以後
の演算で用いる速度ループ比例ゲインＫｐの可変値を得
る。

第３図において、速度ループ比例ゲインＫｐの倍率をあ
る偏差△ω、以上では固定する理由は、倍率を大キ＜シ
すぎると、速度ループ比例ゲインにｐの基準値が十分小
さい値だとしても必要以上にゲインが大きくなり、誘導
電動機（１）と主軸とを結合する駆動軸が振動すること
になる場合があるからである。

さらに具体的には、同様な切削を行なった場合の速度低
下は従来においては第４図（ａ）、本発明においては第
４図（ｂ）に示す通りとなる。

なお、上記実施例においては、ＰＩ制御回路（１１）に
おける−次電流のトルク分電流指令を速度ループ比例ゲ
インＫｐの変化に基づいて制御する構成としたが、トル
ク分電流指令を速度ループ積分ゲインにｉの変化に基づ
いて制御する構成とすることもできる。この場合の負荷
・速度・速度ループ積分ゲインの関係を第６図に示す。

また、上記実施例の他に、トルク分電流指令を速度ルー
プ比例ゲインにｐ及び積分ゲインにｉの双方について変
化させて制御する構成とすることもできる。この場合の
負荷・速度・速度ループ比例ゲイン・速度ループ積分ゲ
インの関係を第７図に示す。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、誘導電動機に
与える一次電流をトルク分電流と励磁分電流とに分離し
て制御し、負荷時に誘導電動機の速度検出値と速度指令
値との偏差に応じてトルク分電流の速度ループ比例ゲイ
ンと積分ゲインとの少なくともいずれかを変化させ、上
記トルク分電流を増巾する構成を取ったことから、イン
パクト的に負荷がかかる時のみゲインを大キ＜シて速度
低下を制御し、しかも定常的な負荷に到達した後は初期
設定ゲインに戻る速度復帰までの復帰時間を短縮できる
効果を奏する。しかもゲインが大きすぎて振動になる欠
点もなく安定で精度の良い速度制御が実現できる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】 第１図はこの発明の一実施例に用いられるベクトル制御
演算装置のブロック図、第２図はこの発明の一実施例の
動作フローチャート、第３図は速度ループ比例ゲインに
ｐの可変倍率を示すグラフ、第４図はＰＩ制御回路の構
成ブロック図、第５図は第１図実施例における負荷・速
度・速度ループ比例ゲインに関する従来との波形比較図
、第６図及び第７図は第５図に相当する他の実施例の波
形比較図、第８図はこの発明を適用するインバータ駆動
装置のブロック図、第９図は従来のベクトル制御演算装
置のブロック図である。 図において、　（１）は三相交流商用電源、（２）はコ
ンバータ、　（３）は平滑コンデンサ、（４）はインバ
ータ、　（５）は誘導電動機、　（６）は速度検出器、
（７）は速度指令回路、　（８）はベクトル制御演算回
路、　（９）は−次電流基準発生回路、（！０）は電流
制御回路、（１１）はＰＩ制御回路、（２０）は速度ル
ープ比例ゲイン可変回路である。 なお、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）誘導電動機に与える一次電流をトルク分電流と励
   磁分電流とに分離して制御する誘導電動機のベクトル制
   御演算装置において、負荷時に誘導電動機の速度検出値
   と速度指令値との偏差に応じてトルク分電流の速度ルー
   プ比例ゲインと積分ゲインとの少なくともいずれかを変
   化させ、上記トルク分電流を変化させる構成としたこと
   を特徴とする誘導電動機のベクトル制御演算装置。
2. （２）上記トルク分電流の変化は速度ループ比例ゲイン
   を増巾させる構成としたことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載の誘導電動機のベクトル制御演算装置。
3. （３）上記トルク分電流の変化は速度ループ積分ゲイン
   を増巾させる構成としたことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載の誘導電動機のベクトル制御演算装置。
4. （４）上記トルク分電流の変化は速度ループ比例ゲイン
   及び積分ゲインを増巾させる構成としたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載の誘導電動機のベクトル
   制御演算装置。