KR20140106684A - 모터 제어 장치 - Google Patents

Abstract

모터 소비 전력이 소정의 모터 전력 리미트값 이내가 되고 또한 상기 모터 구동에 필요한 전압 진폭이 소정의 전압 리미트 이내가 되는 토크 리미트값을 출력하는 토크 리미트 출력부와, 상기 토크 리미트값에 따라서 목표 위치에 대한 위치 지령을 생성하는 위치 지령 생성부와, 모터 소비 전력 리미트값에 대한 모터 소비 전력의 초과분을 기초로 모터 토크 전류를 보정하는 처리 및 모터 토크분 전압 리미트값에 대한 모터 토크분 전압의 초과분을 기초로 모터 여자 전류를 보정하는 처리를 행하는 전력·전압 제한부를 마련했다. 이것에 의해서, 모터의 소비 전력 및 모터 구동에 필요한 전압을 소정의 범위 내로 억제할 수 있다.

Description

모터 제어 장치{MOTOR CONTROLLER}

본 발명은 인버터를 통해서 모터를 구동 제어하는 모터 제어 장치에 관한 것이다.

모터 제어 장치는 인버터가 구비하는 스위칭 소자를 온·오프 동작시키는 제어 신호를 생성한다. 인버터는 스위칭 소자가 모터 제어 장치로부터의 제어 신호에 따라서 온·오프 동작함으로써, 직류 전원의 출력 전력을 교류 전력으로 변환하여, 모터에 공급한다. 이것에 의해서, 모터는 그 위치나 속도 혹은 토크가 원하는 값이 되도록 제어된다. 이런 종류의 모터에는, 유도(誘導) 모터나 영구자석 동기 모터 등이 이용되고 있다.

그런데, 인버터의 직류 전원의 예로서는, 3상(相) 교류 전원으로부터의 전력을 정류하여 출력하는 다이오드 컨버터나, 배터리나 캐패시터로부터의 전력을 전압 레벨로 변환하여 출력하는 DC/DC 컨버터 등이 있다.

이런 종류의 직류 전원은, 일반적으로 출력 가능한 전력이나 전압에 상한이 존재하여 그 범위 내에서 사용할 필요가 있다. 예를 들면 배터리나 캐패시터는, 그 수명이나 축적 에너지 등에 의해 출력 가능한 전력의 상한이 정해진다. DC/DC 컨버터나 다이오드 컨버터로 말하면, 자신이 취급하는 것이 가능한 전압치나 전류치 등의 사양이 그것에 상당한다. 또한, 다이오드 컨버터에서는, 다른 제약 요인으로서 3상 교류 전원의 전원 설비 용량이 있다. 따라서 인버터가 출력할 수 있는 전력도 제약을 받는다. 그 제약에는, 인버터 자신의 사양에 의한 제약도 있지만, 출력하는 교류 전력을 상기 직류 전원의 출력 전력 이하로 해야 한다고 하는 제약이 있다.

또, 인버터에서는, 직류 전원의 직류 전압을 반도체 스위칭 소자의 온·오프 동작을 통해서 모터에 공급하기 때문에, 직류 전원으로부터의 직류 전압을 넘는 전압을 모터에 공급할 수 없다. 이 때문에, 전술한 전력과 마찬가지로, 인버터가 출력할 수 있는 전압도 제약을 받는다. 이상의 이유로부터 모터 제어 장치에서는, 직류 전원이나 인버터 사양으로 정해지는 전력이나 전압의 제약 범위 내에서 모터를 제어할 필요가 있다.

이 과제에 대해, 예를 들면 특허 문헌 1에서는, 미리 모터의 동작 타이밍과 전원의 공급 전력을 고려하여, 모터의 가속도(토크)나 모터 속도의 제한을 상정한 위치 지령을 생성하는 기술이 개시되어 있다. 이 기술을 이용하면, 모터의 가감속에 필요한 전력을 소정의 범위 내에서 억제하는 것이 가능해진다.

특허 문헌 1: 일본국 특개 2002－272153호 공보

그러나 특허 문헌 1에 개시된 기술에서는, 모터가 소비하는 전력을 고려할 때에 모터의 손실이 고려되어 있지 않다. 이 때문에, 예를 들면 손실이 큰 모터에 적용하는 경우에, 직류 전원이 공급해야 할 전력이 출력 가능한 전력의 상한을 넘을 가능성이 있다.

또, 특허 문헌 1에 개시된 기술에서는, 모터 구동에 필요한 전압이 고려되어 있지 않다. 이 때문에, 예를 들면 모터 고속 운전시에 유기(誘起) 전압이 발생하여, 인버터 공급 가능 전압을 넘어 전압 포화가 발생할 가능성이 있다.

이러한 전력·전압 부족이 생겼을 경우, 토크 부족이 발생하여, 위치 제어 혹은 속도 제어의 정밀도 저하나 불안정화를 초래할 우려가 있다. 또, 전압 포화의 회피책으로서 약한 전류를 흘리는 경우, 약한 전류에 의한 동손(銅損)이 증가하기 때문에, 전술한 전력과 전압의 제약을 동시에 충족할 수 없게 되는 경우가 생긴다.

본 발명은 상기를 감안하여 이루어진 것으로, 모터의 소비 전력 및 모터 구동에 필요한 전압을 소정의 범위 내로 억제할 수 있는 모터 제어 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하여 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 모터의 회전자 위치를 목표 위치로 추종시키기 위한 위치 지령을 출력하는 위치 지령 생성부와, 상기 모터의 회전자 위치와 상기 위치 지령의 양자가 일치하도록 제어를 행하여 모터 회전자 속도 지령을 출력하는 위치 제어부와, 상기 모터의 허용 토크가 되는 토크 리미트값을 출력하는 토크 리미트 출력부를 구비한 모터 제어 장치로서, 상기 토크 리미트 출력부는, 상기 모터의 회전자 속도에 따라서, 상기 모터의 구동에 필요한 소비 전력이 소정의 모터 전력 리미트값 이내가 되고, 또한 상기 모터의 구동에 필요한 전압 진폭이 소정의 전압 리미트 이내가 되는 상기 토크 리미트값을 출력하고, 상기 위치 지령 생성부는 상기 토크 리미트값에 따라서 상기 위치 지령을 생성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 모터의 소비 전력 및 모터 구동에 필요한 전압을 소정의 범위 내로 억제할 수 있다고 하는 효과를 달성한다.

도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 의한 모터 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 토크 리미트 출력부의 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 1에 도시된 토크 리미트 출력부의 다른 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 4는 도 1에 도시된 위치 지령 생성부에 있어서, 가감속 설정부가 모터 모델의 가속·감속을 판단하는 절차를 설명하는 순서도이다.
도 5는 도 3에 도시된 토크 리미트 출력부에서의 토크 테이블의 계산예를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 형태 2에 의한 모터 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 7은 본 발명의 실시 형태 3으로서, 도 3에 도시된 토크 리미트 출력부에서의 토크 테이블의 계산예를 나타내는 도면이다.

이하에, 본 발명에 따른 모터 제어 장치의 실시 형태를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 또한, 이 실시 형태에 의해 이 발명이 한정되는 것은 아니다.

실시 형태 1.

도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 의한 모터 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 본 실시 형태 1에 의한 모터 제어 장치(1a)는, 모터(5)의 소비 전력 및 모터(5)의 구동에 필요한 전압을 각각 소정치 이하로 억제하면서, 모터(5)의 회전자 위치를 목표 위치로 제어하는 위치 제어의 구성을 구비하고 있다.

도 1에 있어서, 인버터(3)는, 본 실시 형태 1에 의한 모터 제어 장치(1a)로부터의 스위칭 지령(9)에 따라서 스위칭 소자(3a)가 온·오프 동작함으로써, 직류 전원(2)의 출력 전력을 교류 전력으로 변환하여, 모터(5)에 공급한다. 모터 제어 장치(1a)에는, 인버터(3)와 모터(5) 사이의 전원 케이블에 장착된 전류 검출기(4)로 검출된 검출 모터 전류(8)가 피드백 신호로서 입력된다. 또, 모터 제어 장치(1a)에는, 모터(5)에 장착된 위치 검출기(6)로 검출된 검출 모터 위치(7)가 피드백 신호로서 입력된다.

모터(5)는, 본 실시 형태 1에서는, 매립 자석형 동기 모터(IPM)이다. IPM의 구동 제어는, IPM 회전자의 영구자석에 의한 자속 벡터의 방향과 일치하고 있는 d축과, 그것에 직교하는 q축으로 이루어진 2축 직교 회전 좌표상에 있어서, 그 모터 전류를, d축상의 전류 성분(여자(勵磁) 전류 성분)과 q축상의 전류 성분(토크 전류 성분)으로 나누어 취급하는 방식에 의해서 행해진다.

IPM의 구동 제어에서 이용하는 dq축 좌표상의 회로 방정식은, 식 (1)로 표현된다. 또한, 식 (1)에 있어서, Vd는 d축 전압, Vq는 q축 전압, R은 코일 저항, Ld는 d축 인덕턴스 성분, Lq는 q축 인덕턴스 성분, φ는 유기 전압 상수, ωre는 전기각(電氣角) 주파수(모터 회전 속도의 극쌍(pole pair)수 배), p는 극쌍수, Id는 여자(약) 전류, Iq는 토크 전류이다.

[수 1]

또, 도 1에서는, 상위 제어 장치(10)가 도시되어 있다. 본 실시 형태 1에 의한 모터 제어 장치(1a)는, 상위 제어 장치(10)와의 인터페이스로서 통신·파라미터 기억부(11)를 구비하고 있다. 상위 제어 장치(10)와 통신·파라미터 기억부(11)의 사이에서, 모터(5)나 직류 전원(2), 인버터(3), 전력 리미트값(28), 전압 리미트값(27) 및 그 외의 정보를 송수신한다. 또한, 전력 리미트값(28)은 모터(5)의 소비 전력의 상한치이다. 전압 리미트값(27)은 모터(5)의 구동에 필요한 전압의 상한치이다. 상위 제어 장치(10)는 직류 전원(2)의 전원 용량이나 출력 전압에 기초하여 전력 리미트값(28) 및 전압 리미트값(27)을 결정하여, 모터 제어 장치(1a)에 송신한다. 즉, 모터 제어 장치(1a)에 상위 제어 장치(10)의 지령에 따라서 모터 소비 전력이나 모터 구동에 필요한 전압의 상한을 설정할 수 있다. 또, 주위 환경이나 운전 조건에 따라서 모터 소비 전력이나 모터 구동에 필요한 전압의 상한을 설정할 수 있다.

우선, 상위 제어 장치(10) 및 통신·파라미터 기억부(11)에 대해 설명한다. 상위 제어 장치(10)는, 간단하게 직류 전원(2)의 전원 용량이나 출력 전압뿐만이 아니라, 모터(5), 인버터(3), 모터 제어 장치(1a)까지도 포함한 시스템 전체의 전력이나 운전 시간 등 모터(5)의 주위 환경을 고려한 구동 조건을 설정한다. 따라서 모터 제어 장치(1a)는, 상위 제어 장치(10)의 설정에 따라서 모터(5)를 구동할 필요가 있다. 그 때문에, 모터 제어 장치(1a)에 통신·파라미터 기억부(11)를 마련하여, 그것을 달성할 수 있도록 하고 있다.

도 1에서는, 직류 전원(2)에, 1대의 모터(5) 및 인버터(3)가 접속되는 형태이지만, 그 외에, 직류 전원(2)에 복수 대의 모터 및 인버터가 접속되어, 상위 제어 장치(10)에서 총괄하여 제어하는 시스템이 알려져 있다. 이 시스템에서는, 상위 제어 장치(10)에서 복수 대의 모터 및 인버터 각각의 동작의 우선도나 제휴 동작(타이밍)을 고려해, 각각에 공급하는 전력과 전압을 계산하여 동작시키게 된다. 이 직류 전원에 복수 대의 모터 및 인버터가 접속되는 시스템에서는, 모터 제어 장치(1a)에 있어서 통신·파라미터 기억부(11)는 필수 요소가 된다.

여기서, 직류 전원에 복수 대의 모터 및 인버터가 접속되는 종래의 시스템에 있어서는, 모터나 인버터 각각의 사양으로서 정해진 최대 사용 전력을 단순하게 가산한 값으로 선정되는 경우가 많았다. 그러나 실제의 운전에서는, 그러한 최대 사용 전력에서의 동작은 적기 때문에, 직류 전원의 용량은 실제의 운전 조건에 대해, 필요 이상의 선정이 되어 비용 증가를 초래하고 있었다. 이 문제에 대해, 본 실시 형태 1에 의하면, 후술하는 것처럼, 직류 전원(2)의 선정을 적절하게 실시할 수 있기 때문에 비용 삭감을 할 수 있다.

또, 직류 전원에 복수 대의 모터 및 인버터가 접속되는 시스템의 구체적인 예로서 공작기계에 이용하는 모터 제어 시스템을 들 수 있다. 이 모터 제어 시스템의 경우, 가공 대상물(워크)을 이송용 서보 모터 2대로 이동시켜, 주축 모터로 워크 절삭(切削)을 행한다고 하는 것처럼 복수 대의 모터 및 인버터를 이용한다.

그 경우에, 일반적으로 주축 모터의 소비 전력이 상대적으로 커지게 되는 경우가 많기 때문에, 종래에서는, 이송용 서보 모터가 위치 결정 동작을 하고 있는 동안에 주축 모터가 동작을 하면, 직류 전원의 출력 전압이 크게 변동하여, 이송용 서보 모터에서는 전압 부족에 의해 토크를 출력하지 못하고 동작이 흐트러지는 경우가 있다.

이 문제에 대해, 본 실시 형태 1에 의하면, 후술하는 것처럼, 상위 제어 장치(10)에서 미리 직류 전원(2)의 출력 전압 변동을 예측하여 이송용 서보 모터의 모터 제어 장치에 전압 리미트값을 송신해 둘 수 있으므로, 전압 부족을 회피하여 이송용 서보 모터를 동작시킬 수 있다. 반대로, 이송용 서보 모터가 위치 결정 제어를 실시 중에 주축 모터가 동작 개시하는 경우 등에서는, 이송용 서보 모터의 전력을 확보할 수 있도록, 주축 모터의 전력 리미트값이나 전압 리미트값에 제한을 걸 수 있다.

다음으로, 통신·파라미터 기억부(11)에 대해 설명한다. 이 통신·파라미터 기억부(11)는 상위 제어 장치(10)와의 정보의 송수신이나 파라미터의 유지 등의 동작을 행한다. 통신·파라미터 기억부(11)는 전력·전압 제한부(29)나 토크 리미트 출력부(30)의 동작에 필요한 전력 리미트값(28)과 전압 리미트값(27)이 상위 제어 장치(10)로부터 보내져 오면, 모터 제어 장치(1a)의 제어 파라미터로서 기억하고, 전력·전압 제한부(29)나 토크 리미트 출력부(30)의 필요에 따라서 출력한다. 또, 통신·파라미터 기억부(11)는 위치 지령 생성부(13)나 도달시간 추정 시퀀스 제어부(33)의 동작에 필요한 목표 위치(12)가 상위 제어 장치(10)로부터 보내져 오면, 모터 제어 장치(1a)의 제어 파라미터로서 기억하고, 위치 지령 생성부(13)나 도달시간 추정 시퀀스 제어부(33)의 필요에 따라서 출력한다. 또, 통신·파라미터 기억부(11)는 위치 지령 생성부(13)의 동작에 필요한 위치 제어시 최고 속도(35)가 상위 제어 장치(10)로부터 보내져 오면, 모터 제어 장치(1a)의 제어 파라미터로서 기억하고, 위치 지령 생성부(13)의 필요에 따라서 출력한다.

통신·파라미터 기억부(11)에 있어서 모터 제어 장치(1a)의 제어 파라미터의 기억 타이밍은, 모터 제어 장치(1a)의 출하전이나, 모터 제어 장치(1a)의 기동시, 또 상위 제어 장치(10)로부터 값의 갱신 통지를 받았을 경우 등이다. 통신·파라미터 기억부(11)에 있어서 제어 파라미터로서 전력 리미트값(28)이나 전압 리미트값(27)의 변경·유지를 할 수 있으므로, 매 순간의 운전 조건에 따라서 적절한 전력·전압 조건으로 모터 구동을 달성할 수 있다. 예를 들면, 직류 전원(2)이 설치되는 건물의 3상 교류 전원 설비 용량이나 당해 장치에 할당된 전원 용량·전압 레벨에 따른 전력 리미트값(28)이나 전압 리미트값(27)의 설정을 할 수 있으므로, 전원 설비 용량의 증강을 행하는 일 없이 용이하게 당해 장치의 도입을 실현할 수 있다.

또한, 통신·파라미터 기억부(11)에서는, 전력·전압 제한부(29) 내의 모터 소비 전력 계산부(29a)로 산출된 모터(5)의 소비 전력(29b)이나, 전압 진폭 계산부(36)로 산출된 모터 구동에 필요한 전압(37), 및 도달시간 추정 시퀀스 제어부(33)가 출력하는 추정 도달 시간(34)을 상위 제어 장치(10)에 송신한다.

전압 진폭 계산부(36)는 모터 구동에 필요한 전압(37)을 전류 지령 보정부(20)가 출력하는 dq축 전압 지령(24)을 식 (2)에 적용하여 구한다. 또한, 식 (2)에 있어서, Vn은 모터 구동에 필요한 전압(37), Vd*는 d축 전압 지령, Vq*는 q축 전압 지령이다.

[수 2]

상위 제어 장치(10)에서는, 이들 정보를 기초로 학습을 행하여, 보다 적절한 운전 조건을 주는 전력 리미트값(28)이나 전압 리미트값(27)을 설정하는 것이 가능해진다. 또, 모터(5)를 제로 속도에서부터 가속하는 경우, 모터 저속도 부근에서는 모터(5)의 소비 전력이나 구동에 필요한 전압은, 전력 리미트값(28)이나 전압 리미트(27)에 대해서 여유가 있다. 소비 전력(29b)이나 구동에 필요한 전압을 상위 제어 장치(10)가 파악함으로써, 이 여유를 이용하여 직류 전원(2)에 접속된 다른 인버터 및 모터를 동작시킬 수 있다.

다음으로, 위치 지령 생성부(13)에 의해 후술하는 것처럼 생성되는 위치 지령(14)에 의해, 인버터(3)의 스위칭 소자(3a)를 온·오프 제어하는 인버터 구동 시스템 「위치·속도 제어부(15)~전류 지령 환산부(17)~전류 지령 보정부(20)~전류 제어부(22)~PWM 처리부(26)」에 대해 설명한다.

위치·속도 제어부(15)는 위치 지령 생성부(13)로부터의 위치 지령(14)과 위치 검출기(6)로부터의 검출 모터 위치(7)에 기초하여, 위치 제어, 속도 제어를 이 순서로 실시해 토크 지령(16)을 생성하여 전류 지령 환산부(17)에 출력한다. 일반적으로, 위치 제어는 P 제어에 의해, 속도 제어는 PI 제어에 의해, 각각 제어 편차가 제로가 되도록 실시되지만, 추가로 모터 위치의 이상적인 동작 모델을 이용한 피드 포워드(feed forward) 제어(FF 제어)도 병용(倂用)되는 것이 많다.

전류 지령 환산부(17)는 토크 지령(16)을 dq축 전류 지령(18)으로 환산하여, 전류 지령 보정부(20)에 출력한다. 이 전류 지령 환산부(17)의 구성은, 모터(5)의 종류나 응용처에 따라 여러가지 구성 방법이 검토되고 있다. 예를 들면, q축 전류 지령은 토크 지령(16)을 토크 상수로 제산(除算)하여 구하고, d축 전류 지령은 단순하게 제로로 한다. 또, 자속 제어부를 상위에 마련하여 그 제어 출력을 분담하는 경우도 있다. 혹은, 미리 작성된 운전 조건을 참조하는 맵에 의해 d축 전류 지령과 q축 전류 지령을 세트로 구하는 경우도 있다.

전류 지령 보정부(20)는 dq축 전류 지령(18)을 전력·전압 제한부(29) 내의 적분부(29d)가 출력하는 dq축 전류 보정 신호(19)에 기초하여 보정하고, 그것을 dq축 전류 지령(21)으로서 전류 제어부(22)에 출력한다. 이 전류 지령 보정부(20)에 대한 자세한 것은 후술한다.

전류 제어부(22)는 전류 지령 보정부(20)에서 보정된 dq축 전류 지령(21)과, 전류 검출기(4)로부터의 검출 모터 전류(8)와, 위치 검출기(6)로부터의 검출 모터 위치(7)에 기초하여 전압 지령(23)을 생성한다. 여기서, 전류 제어부(22)에서는, dq축 좌표상에 있어서, PI 제어와 dq축 사이의 전자(電磁) 간섭을 보상하는 비간섭 제어를 실시하여, dq축 전류 각각의 제어 편차가 제로가 되도록 제어가 이루어진다. 그 제어 처리 과정에서 얻어진 dq축 전압 지령(24)을 정지 좌표상의 전압 지령(23)으로 변환한다. 좌표 변환 처리에 이용하는 전기각은 검출 모터 위치(7)로부터 환산된다. dq축 전압 지령(24)은 전력·전압 제한부(29) 내의 모터 소비 전력 계산부(29a), q축 전압 리미트 계산부(29e) 및 q축 전압 취출부(29g)와, 전압 진폭 계산부(36)에 출력된다. 또, 전류 제어부(22)에서는, 검출 모터 전류(8)를 좌표 변환하여 dq축 전류(25)를 구한다. dq축 전류(25)는, 전력·전압 제한부(29) 내의 모터 소비 전력 계산부(29a)에 출력된다.

전류 제어부(22)에 의해 생성된 전압 지령(23)은, PWM 처리부(26)에 있어서 캐리어 비교에 의해 스위칭 지령(9)으로 변환된다. 이것에 의해서, 인버터(3)의 스위칭 소자가 온·오프 제어되어, 모터(5)로 교류 전력이 공급된다. 이상의 처리를 반복함으로써 모터(5)의 위치가 제어된다.

이상 설명한 위치 지령 생성부(13)에서 생성되는 위치 지령(14)에 의해 인버터(3)의 스위칭 소자(3a)를 온·오프 제어하는 인버터 구동 시스템의 구성에 있어서, 전류 지령의 보정을 행하는 전류 지령 보정부(20)를 제외한 구성은, 일반적인 것이다.

다음으로 전력·전압 제한부(29)의 구성과 동작에 대해 상세하게 설명한다. 이 전력·전압 제한부(29)의 기능은, 모터(5)의 구동에 있어서, 그 모터 소비 전력을 전력 리미트값 이하로 제한하고, 또한 구동에 필요한 전압을 전압 리미트값 이하로 제한하는 것이다. 이 기능은, 모터 소비 전력 억제 처리와 모터 구동 전압 억제 제어에 의해서 dq축 전류 지령(18)의 보정에 이용하는 dq축 전류 보정 신호(19)를 생성함으로써 실현한다.

우선, 모터(5)의 소비 전력을 전력 리미트값 이하로 억제하는 모터 소비 전력 억제 처리에 대해 설명한다. 모터 소비 전력 계산부(29a)는, dq축 전류(25)와 dq축 전압 지령(24)을 이용해 식 (3)의 계산을 행하여, 모터 소비 전력(29b)을 도출한다. 또한, 식 (3)에 있어서, Pow는 모터 소비 전력, Vd*는 d축 전압 지령, Vq*는 q축 전압 지령, Id는 d축 전류, Iq는 q축 전류이다. 또, 식 (3)에서 구하는 소비 전력 Pow는, 모터 기계 출력, 기계 마찰 등의 기계 손실, 모터 동손, 모터 철손(鐵損) 등을 포함한다. 인버터(3)의 손실이 큰 경우나, 직류 전원(2)으로부터 인버터(3)로의 배선이나 인버터(3)로부터 모터(5)로의 배선이 길어 그 손실을 무시할 수 없는 경우, 그것을 식 (3) 식의 계산 결과에 가산함으로써, 직류 전원(2)으로부터 출력하는 전력의 전력 리미트값으로의 억제를 고정밀화할 수 있다. 단, 식 (3)의 계산을 행하지 않아도, 직류 전원(2)으로부터 인버터(3)로의 배선에 있어서, 직류 전류와 직류 전압을 검출하여, 그 적산치를 이용해도 좋다.

[수 3]

감산기(29j)에서는, 모터 소비 전력 계산부(29a)로 구해진 모터 소비 전력(29b)과, 통신·파라미터 기억부(11)로부터 출력되는 전력 리미트값(28)의 차분(29c)을 구하여 적산부(29d)에 출력한다.

적분부(29d)에서는, 차분(29c)에 대해 적분 게인 곱셈(integration gain multiplication)과 적분 처리를 행하여, 전류 지령 보정부(20)로 송신하는 dq축 전류 지령 보정 신호(19)에 있어서의 q축 전류 지령 보정 신호를 연산한다. 전류 지령 보정부(20)에서는, 모터(5)의 토크의 절대치가 작아지도록, 원래의 q축 전류 지령으로부터 q축 전류 보정 신호가 감산된다.

식 (3)에 의해 구해지는 모터(5)의 소비 전력은, 모터 기계 출력과 모터 손실의 가산치이다. 모터 기계 출력은 모터 속도와 모터 토크의 곱이므로, 모터 토크를 억제함으로써 모터 소비 전력도 억제된다. 모터 소비 전력이 전력 리미트값(28)을 넘었을 경우에 q축 전류 보정 신호는 양의 값이 된다. 그 경우에, 전류 지령 보정부(20)에서는, 모터 역행시는 q축 전류 지령에 대해서 단순하게 감산 처리되지만, 모터 회생시는 q축 전류 지령의 절대치가 작아지도록 q축 전류 보정 신호의 극성을 반전하여 감산 처리가 이루어진다. 또한, 본 실시 형태 1에서는, 전류 지령 보정부(20)는 q축 전류 지령의 보정을 행하는 구성으로 했지만, q축 전류의 증감과 동극성(同極性)에 의해 모터 토크도 증감하기 때문에, 토크 지령(16)을 보정하는 구성으로 해도 마찬가지의 효과가 얻어진다.

다음으로, 모터 구동에 필요한 전압을 전압 리미트값(27) 이하로 억제하는 모터 구동 전압 억제 처리에 대해 설명한다. q축 전압 리미트 계산부(29e)에서는, 전류 제어부(22)로부터 출력되는 dq축 전압 지령(24)과, 통신·파라미터 기억부(11)로부터 출력되는 전압 리미트값(27)을 식 (4)에 적용하여 q축 전압 리미트(29f)를 산출한다. 또한, 식 (4)에 있어서, VqLim이 q축 전압 리미트값(29f)에 상당한다. VnLim은 전압 리미트값(27)이다. Vd*는 dq축 전압 지령(24)으로부터 얻어지는 d축 전압 지령이다.

[수 4]

q축 전압 취출부(29g)는 전류 제어부(22)로부터 출력되는 dq축 전압 지령(24)으로부터 q축 전압분만을 선택하여, 그것을 q축 전압 지령(29h)으로서 출력한다.

감산기(29k)에서는, q축 전압 취출부(29g)로 구해진 q축 전압 지령(29h)과, q축 전압 리미트 계산부(29e)로 구해진 전압 리미트값(27)의 차분(29i)을 구해 적산부(29d)에 출력한다.

적분부(29d)에서는, 차분(29i)에 대해 적분 게인 곱셈과 적분 처리를 행하여, 전류 지령 보정부(20)로 송신되는 dq축 전류 지령 보정 신호(19)에 있어서의 d축 전류 지령 보정 신호를 연산한다. 전류 지령 보정부(20)에서는, d축 전류 지령으로부터 d축 전류 지령 보정 신호를 감산하는 보정이 행해진다.

전압 지령의 진폭에는, d축(여자) 전류와, 모터(5)의 회전자의 영구자석에 의한 자속이 회전함으로써 발생하는 유기 전압이 포함된다. 이 유기 전압 성분은, 주로 q축측에 나타난다. 따라서 전류 지령 보정부(20)에서는, q축 전압을 기초로 d축 전류 지령을 보정함으로써 q축 전압을 억제할 수 있으므로, 모터 구동에 필요한 전압의 억제를 실현할 수 있다. 또한, 이상에서 설명한 유기 전압의 성질상, d축 전류와 모터(5)의 영구자석에 의한 자속, 혹은 자속 제어부가 존재하는 경우는 자속 지령을 보정하는 구성으로 해도 좋다.

적분부(29d)는 상기와 같이 적분 처리를 행하지만, dq축 전류 지령의 보정이 불필요할 때는 동작을 정지한다. 즉, 내장된 적분기에 하한치를 마련하고 그 하한치를 제로로 한다. 이 때문에 dq축 전류 보정 신호(19)는 음의 값은 되지 않는다. 또한, 적분기에 의해 적분 처리를 실시하는 것은, d축과 q축의 각 전류 지령 보정 신호를 유지함과 아울러, d축과 q축의 각 전류 지령 보정 동작의 온·오프의 채터링을 방지하여 스무스한 전력·전압 억제 제어 처리를 행할 수 있도록 하기 위함이다.

전류 지령 보정부(20)에서는, 상기한 것처럼, dq축 전류 지령(18)으로부터 dq축 전류 지령 보정 신호가 감산된다. 전류 지령 보정부(20)는, 그 후, 감산 후의 dq축 전류 지령으로부터 전류 지령의 진폭을 식 (5)을 이용하여 산출한다. 또한, 식 (5)에 있어서, Id*는 감산 처리 후의 d축 전류 지령이고, Iq*가 q축 전류 지령이며, In*는 구하는 전류 지령 진폭이다.

[수 5]

식 (5)에서 얻어지는 전류 지령 진폭이 모터(5)나 인버터(3)의 사양으로 정해지는 최대 전류 진폭을 넘는 경우에는, d축 전류 지령과 q축 전류 지령의 비율을 유지한 채로, 양자를 억제하여 전류 지령 진폭을 허용 범위 내에 두며, 그것을 보정 후의 dq축 전류 지령(21)으로서 출력한다. 구체적으로는, 모터(5)나 인버터(3)의 사양으로 정해지는 최대 전류 진폭을 Inmax라고 하면, 식 (6) 및 식 (7)에 나타내는 치환을 실시한다.

[수 6]

또한, 식 (6) 및 식 (7)에 의한 전류 진폭의 제한을 행하는 경우, 전력·전압 제한부(29) 내의 적분부(29d)에서는, 적분기의 과잉한 적분치의 축적을 피하기 위해, 적분기 출력이 증가하는 방향으로의 적분기 동작은 정지한다.

이상에서 설명한 것처럼, 모터 소비 전력을 전력 리미트값(28) 이하로 억제하는 경우, q축 전류를 보정하지만, 식 (1)의 회로 방정식으로부터도 분명한 것처럼, q축 전류의 변화에 의해 d축 전압이 변화하여 모터 구동에 필요한 전압도 변화한다. 또, 모터 구동에 필요한 전압을 전압 리미트값(27) 이하로 억제하는 경우, d축 전류를 보정하지만 그것에 따라서 모터 코일의 동손도 증감하여 모터 소비 전력도 변화한다. 이와 같이 모터 소비 전력과 모터 구동에 필요한 전압이라고 하는 2개의 물리량 사이에는 간섭이 존재한다. 이 때문에, 상기한 모터 소비 전력 억제 처리와 모터 구동 전압 억제 처리를 동시에 또한 병행하여 동작시킴으로써, 양(兩) 제어 처리의 정밀도를 현격히 높일 수 있다. 이 결과, 인버터(3)나 직류 전원(2)에 대해 보다 소용량의 기종을 적용할 수 있어, 비용을 삭감하는 효과가 있다.

다음으로, 토크 리미트 출력부(30)에 대해서, 구성예를 나타내는 도 2와 도 3을 참조하여 설명한다. 도 2에 있어서, 토크 리미트 출력부(30)는, 예를 들면 도 2에 도시된 바와 같이, 수렴(convergence) 계산부(30a)와 토크 환산부(30q)의 동작에 의해, 전압 리미트값(27), 전력 리미트값(28) 및 모터 회전자 속도 정보(32)에 기초하여 토크 리미트값(31)의 산출을 행한다.

수렴 계산부(30a)는 모터 모델(30d)과 모델 전력·전압 제한부(30b)를 구비하고 있다. 모터 모델(30d)은 모델 전력·전압 제한부(30b)의 출력인 모델 dq축 전류(30c)와, 모터 회전자 속도 정보(32)를 이용하여 모델 dq축 전압(30e)의 계산을 행한다. 모터 모델(30d)은, 구체적으로는 식 (1)의 계산을 실시한다.

모델 전력·전압 제한부(30b)는 모터 소비 전력 계산부(30f)와, q축 전압 리미트 계산부(30l)와, q축 전압 취출부(30j)와, 감산기(30o, 30p)와, 적분·전류 진폭 억제부(30i)를 구비하고 있다. 즉, 모델 전력·전압 제한부(30b)는 전력·전압 조정부(29)와 거의 마찬가지의 구성에 의해, 거의 마찬가지의 동작을 행한다.

모터 소비 전력 계산부(30f)에서는, 모터 모델(30d)로부터 출력되는 모델 dq축 전압(30e)과, 모델 전력·전압 제한부(30b)의 출력인 모델 dq축 전류(30c)에 기초하여, 모터 모델 소비 전력(30g)을 계산한다. 식 (1)에 있어서 고려되는 손실은 모터 동손이다. 모터 철손이나 배선에서의 도통 손실, 모터 기계 손실이 모델링되는 경우는, 이들 값도 포함하여 계산을 행한다.

감산기(30o)는 모터 모델 소비 전력(30g)과, 전력 리미트 리미트값(28)의 차분(30h)을 취하여, 적분·전류 진폭 억제부(30i)에 출력한다. 적분·전류 진폭 억제부(30i)에서는, 차분(30h)에 대해 적분 처리를 실시하여 모델 dq축 전류(30c)에 있어서의 모델 d축 전류를 구한다.

또, 모델 q축 전압 리미트 계산부(30l)에서는, 식 (4)와 마찬가지로 모델 q축 전압 리미트값(30m)을 계산한다. q축 전압 취출부(30j)는 모터 모델(30d)로부터 생성된 모델 dq축 전압(30e)으로부터 q축 전압분만을 선택하여, 그것을 모델 q축 전압(30k)으로서 출력한다.

감산기(30p)는 모델 q축 전압 리미트값(30m)과 모델 q축 전압(30k)의 차분(30n)을 취해 적분·전류 진폭 억제부(30i)에 출력한다. 적분·전류 진폭 억제부(30i)에서는, 차분(30n)에 대해 적분 처리를 실시하여, 모델 dq축 전류(30c)에 있어서의 모델 q축 전류를 구한다. 적분·전류 진폭 억제부(30i)는 모델 d축 전류와 모델 q축 전류를 합쳐서 모델 dq축 전류(30c)로 한다. 토크 환산부(30q)에서는, 모델 dq축 전류(30c)로부터 토크 리미트값(31)을 변환 생성한다.

이와 같이 도 2에 도시된 토크 리미트 출력부(30)에서는, 모터 모델(30d)과 모델 전력·전압 제한부(30b)와 토크 환산부(30q)의 동작에 의해 토크 리미트값(31)의 산출을 행한다. 즉, 모터 모델(30d)의 전압과 소비 전력이, 전력 리미트값(28) 이내 또한 전압 리미트값(27) 이내라고 하는 조전을 충족하고 최대 토크가 되는 dq축 전류를 수렴 계산에 의해서 구하고, 이것으로부터 토크 리미트값(31)을 구하여 출력하는 구성으로 되어 있다. 이 때문에 모델 전력·전압 제한부(30b)의 구성은, 도 1에서 설명한 전력·전압 제한부(29)의 구성과 거의 같아지게 된다. 이 방식을 이용하면 d축 전류에 의한 소비 전력 증가분도 미리 고려하여 토크 리미트값을 결정할 수 있다.

또한, 도 1의 전력·전압 제한부(29)에서의 감산기(29i, 29k)에서의 차분과, 도 2의 모델 전력·전압 제한부(30b)에서의 감산기(30o, 30p)에서의 차분에서 부호가 다른 것은, 전력·전압 제한부(29)에서는, 별도 존재하는 전류 지령(19)에 대한 보정 신호를 생성하는데 반해, 모델 전력·전압 제한부(30b)에서는 dq축 전류 자체를 생성하기 때문이다.

여기서, 추가로 d축 전류가 음의 값만이면, 적분·전류 진폭 억제부(30i)에 있어서 모델 d축 전류를 출력하는 적분기에는 상한치 0의 설정을 마련한다. 한편, 최대 토크가 되는 q축 전류를 얻기 위해, 적분·전류 진폭 억제부(30i)에 있어서 모델 q축 전류를 출력하는 적분기에는 상한치 또는 하한치는 특별히 마련하지 않는다. 이때는, 적분·전류 진폭 억제부(30i)에 있어서의 적분기가 유지하는 값은 수렴 계산에 의한 dq축 전류의 초기치가 된다.

또, 전류 지령 보정부(20)에서 설명한 것처럼, 적분·전류 진폭 억제부(30i)에서는 전류 진폭의 억제와 함께, 내장된 적분기의 값의 과잉한 축적을 피하는 조치를 취한다. 그리고 적분·전류 진폭 억제부(30i)의 적분기에 있어서 q축 전류의 수렴 계산의 초기치에 모터(5)가 허용하는 최대 토크 전류치를 설정한다. d축 전류의 수렴 계산의 초기치는 제로로 한다.

이 수렴 계산은 모터 회전자 속도(32)가 다를 때마다 실시된다. 이 수렴 계산은, 일반적으로, 모터 제어 장치(1a)를 구성하는 컴퓨터상의 소프트웨어나 FPGA 등의 전자 회로에 의해서 실현되며, 주기적 또한 이산적으로 실행된다. 그 회로 동작은 모터(5)의 회전자 속도 변화보다는 충분히 고속이라고 생각되며, 전회(前回)의 수렴 계산 실시시의 모터 회전자 속도에 가까운 값이 되어 수렴 계산에 의해서 얻어지는 dq축 전류도 전회 결과와 가까운 값이 된다. 이 때문에 모터 소비 전력 계산부(30l) 내의 적분기에 있어서의 초기치에 전회의 수렴 계산치로 얻어진 값을 이용하면, 수렴 계산 횟수의 삭감으로 연결된다.

토크 환산부(30a)에서는 수렴 계산 종료 후, 이상의 수렴 계산에 의해 얻어진 모델 dq축 전류(30c)를 식 (8)에 적용하여 토크 Ta를 계산하여, 그것을 토크 리미트값(31)으로서 출력한다.

[수 7]

이상의 dq축 전류를 구하는 계산은 예를 들면 뉴턴법 등을 이용해도 좋다. 이상 설명한 수렴 계산에 의한 토크 리미트값(31)의 계산 방법은, 전력 리미트값(28)이나 전압 리미트값(27) 등 모든 계산 조건에 합치하는 해의 존재를 미리 파악할 필요가 없고, 그러한 해가 없어도 비교적 가까운 조건의 해를 출력할 수 있다고 하는 메리트가 있다.

또, 토크 리미트 출력부(30)는, 이상 설명한 수렴 계산을 행하는 도 2에 도시된 구성을 대신하여, 예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이, 토크 테이블 초기화 제어부(30r)와, 모터 회전 속도에 따른 토크 리미트값을 기억하는 토크 테이블(30s)과, 도시하지 않는 토크 리미트값 출력부를 이용하여 구성할 수 있다.

토크 테이블 초기화부(30r)에서는, 모터(5)의 운전 개시 전에, 또는, 상기 전력 리미트값이 변경된 타이밍 또는 전압 리미트값이 변경된 타이밍에 있어서, 미리 도 2에서 설명한 수렴 계산을 모터 회전자 속도마다 실시하여, 얻어진 토크 리미트값을 토크 테이블(30s)에 설정한다. 도시하지 않는 토크 리미트값 출력부는, 모터 운전 중에, 모터 회전자 속도 정보(32)를 기초로 토크 테이블(30s)을 참조하여 토크 리미트값(31)을 출력한다. 이러한 구성으로 하면, 모터 구동시의 소비 전력과 구동 전압을 소정 범위가 되는 토크를, 미리 계산하므로, 도 2에 도시된 수렴 계산 처리를 모터의 위치·속도·전류 제어 처리와 병렬로 동작시킬 필요가 없어져, 처리 부하가 경감된다.

다음으로, 위치 지령 생성부(13)는 가감속 설정부(13a)와 모터 모델(13c)을 구비하고 있다. 모터 모델(13c)은 식 (9) 및 식 (10)으로 표현되는 가상적인 기계 방정식에 의해 모델 속도(13d)와 모델 위치(13e)를 계산한다. 그리고 모터 모델(13c)은 모델 속도(13d)를 가감속 설정부(13a)에 출력함과 아울러, 토크 리미트 출력부(30)에서 이용하는 모터 회전자 속도 정보(32)에 할당한다. 또, 모터 모델(13c)은 모델 위치(13e)를 도달시간 추정 시퀀스 제어부(33)에 출력함과 아울러, 위치·속도 제어부(15)에 주는 위치 지령(14)에 할당한다. 또한, 식 (9) 및 식 (10)에 있어서, Tb는 가감속 설정부(13a)로부터의 모델 토크(13b)이고, ωrm은 가감속 설정부(13a)로의 모델 속도(13d)이며, θrm은 가감속 설정부(13a)로의 모델 위치(13e)이다.

[수 8]

토크 리미트 출력부(30)에 이용하는 모터 회전자 속도 정보(32)에는, 검출 모터 위치(7)로부터 계산되는 모터 회전자 속도나 속도 지령 등을 할당해도 좋지만, 기계 마찰이나 부하 토크 등 모터의 모델화에 따른 오차나 속도 제어 편차나 검출 모터 위치(7)에 포함되는 노이즈 등의 외란의 영향을 받기 쉽다. 그에 반해, 모델 속도(13d)를 이용하면, 노이즈 등의 외란의 영향을 피해 안정된 위치 지령 생성이 가능해진다.

가감속 설정부(13a)는 토크 리미트 출력부(30)로부터의 토크 리미트값(31)과, 모터 모델(13c)로부터의 모델 속도(13d) 및 모델 위치(13e)와, 통신·파라미터 기억부(11)로부터의 목표 위치(12) 및 위치 제어시 최고 속도(35)를 입력으로 하여, 모터 모델(13c)의 기계 방정식의 계산에 이용하는 모델 토크(13b)를 생성하여 모터 모델(13c)에 대해 출력한다.

도 4는, 도 1에 도시된 위치 지령 생성부에 있어서, 가감속 설정부가 모터 모델의 가속·감속을 판단하는 절차를 설명하는 순서도이다. 도 4에 있어서, 가감속 설정부(13a)는 목표 위치(12)가 입력되면(스텝 S1：Yes), 모델 속도(13b)에 의해 모터 모델(13c)에 통지하고, 가속 모드로 이행하고(스텝 S2), 목표 위치(12)에 대한 모델 위치(13e)의 위치 편차가 감속 거리보다도 큰지 여부를 판정한다(스텝 S3). 모터 모델(13c)은 가속을 개시한다.

가감속 설정부(13a)는, 스텝 S3에 있어서, 목표 위치(12)에 대한 모델 위치(13e)의 위치 편차가 감속 거리보다도 작은 경우(스텝 S3：Yes), 모델 속도(13d)가 ωrmmax(위치 제어시 최고 속도(35))보다도 큰지 여부를 판정한다(스텝 S4). 작은 경우는(스텝 S4：No) 스텝 S2로 진행하고, 큰 경우는(스텝 S4：Yes) 스텝 S5로 진행한다.

즉, 가감속 설정부(13a)는 목표 위치(12)에 대한 모델 위치(13e)의 위치 편차가 감속 거리보다도 작고(스텝 S3：Yes), 또한 모델 속도(13d)가 ωrmmax보다도 작은 상황(스텝 S4：No)이 연속해서 있는 경우는 가속 모드를 유지한다(스텝 S2).

그 후, 목표 위치(12)에 대한 모델 위치(13e)의 위치 편차가 감속 거리보다도 작지만(스텝 S3：Yes), 모델 속도(13d)가 ωrmmax보다도 커지면(스텝 S4：Yes), 가감속 설정부(13a)는 속도 유지 모드로 이행한다(스텝 S5). 가감속 설정부(13a)는 목표 위치(12)에 대한 모델 위치(13e)의 위치 편차가 감속 거리보다도 작은 동안(스텝 S6：Yes), 속도 유지 모드를 유지한다(스텝 S5).

가감속 설정부(13a)는 가속 모드(스텝 S2)를 유지하고 있는 경우에, 목표 위치(12)에 대한 모델 위치(13e)의 위치 편차가 감속 거리보다도 커졌을 때(스텝 S3：No), 또, 속도 유지 모드(스텝 S5)를 유지하고 있는 경우에, 목표 위치(12)에 대한 모델 위치(13e)의 위치 편차가 감속 거리보다도 커졌을 때(스텝 S6：No), 감속 모드로 이행한다(스텝 S7).

그 후, 가감속 설정부(13a)는 모델 속도(13d)가 값 0보다도 크고(스텝 S8：Yes), 또한, 목표 위치(12)에 대한 모델 위치(13e)의 위치 편차가 값 0보다도 큰(스텝 S9：Yes) 상황이 연속해서 있는 동안, 감속 모드를 유지한다(스텝 S7). 그리고, 감속 모드를 유지하고 있는 과정에서, 모델 속도(13d)가 값 0이 되었을 경우(스텝 S8：No), 또는, 목표 위치(12)에 대한 모델 위치(13e)의 위치 편차가 값 0이 되었을 경우(스텝 S9：No)는, 동작을 정지하고(스텝 S10), 본 절차를 종료한다.

또한, 감속 거리는 감속 중에 나아가는 위치의 변화량을 나타내고 있다. 가속 모드 중은, 모델 위치(13e)를 감속 거리에 할당한다. 속도 유지 모드 중은, 가속 모드로부터 속도 유지 모드로 이행한 순간의 모델 위치(13e)를 유지한 값에 할당한다. 이것은 가속에 필요한 거리(위치의 변화량)는 감속에 필요한 거리와 같다고 하는 생각에 기초한다.

이상과 같은 가감속 설정부(13a)와 모터 모델(13c)의 협동에 의해 생성되는 모델 속도(13d)는, 모터 회전자 속도 정보(32)로서 토크 리미트 출력부(30)에 입력된다. 또, 마찬가지의 협동에 의해 생성되는 모델 위치(13e)는, 위치 지령(14)으로서 위치·속도 제어부(15)와 도착 시간 추정 시퀀스 제어부(33)에 입력된다.

여기서, 위치 지령 생성부(13)에서는, 가감속에 이용하는 토크는 일정값이 아니어도 좋다. 즉, 모터 회전자 속도에 대한 토크 리미트값의 형상은 임의의 파형일 수 있다고 하는 특징을 가지고 있다. 한편, 종래의 모터 위치 제어 처리에 있어서는, 가속·감속에 이용하는 토크는 일정하게 하고, 그 속도 패턴은 시간에 대해 사다리꼴 혹은 삼각형이 되도록 위치 지령 생성이 행해지는 것이 일반적이다.

도 5를 참조하여 설명한다. 또한, 도 5는 도 3에 도시된 토크 리미트 출력부에서의 토크 테이블의 계산예를 나타내는 도면이다. 도 5에 있어서, 굵은 실선으로 나타낸 대략 사다리꼴 모양의 토크 패턴(42)은, 도 3에 도시된 토크 리미트 출력부에서의 처리로 얻어지는 토크 리미트값이다. 그리고 토크 리미트값(42) 내에, 쇄선으로 둘러싸서 나타낸 4각형의 토크 패턴(43)은, 일정 토크에 의한 종래의 위치 제어를 행하는 경우의 사용 토크 패턴이다. 위치 제어시에 허용되는 최고 속도(44)는, 유저가 설정한다. 사용 토크 패턴(43)의 상변부(上邊部)에 해칭하여 나타낸 영역(45)은, 일정 토크에 의한 종래의 위치 제어에서는 사용되지 않은 토크이다. 본 실시 형태 1에 의하면, 위치 지령 생성부(13)에서는, 가감속에 이용하는 토크는 일정값이 아니어도 좋기 때문에, 이 영역(45)에서의 토크도 사용할 수 있다. 따라서 모터(5)의 회전자를 목표 위치까지 제어하는데 필요한 시간을 짧게 할 수 있다.

물론 본 실시 형태 1에 있어서도, 도 5에 도시된 바와 같이 토크 리미트값(42)이 결정되면, 위치 제어시에 허용되는 최고 속도(44)에 의해서 가감속 토크의 값이 정해지므로, 일정 토크에 의한 종래의 위치 제어를 행하여도 좋다.

다음으로, 도달시간 추정 시퀀스 제어부(33)는 모터(5)의 동작 개시 전에, 토크 리미트 출력부(30) 및 위치 지령 생성부(13)를 각각 가상적으로 시뮬레이트 동작시켜, 모델 위치(13e)가 목표 위치(12)에 도달할 때까지의 시간을 추정하고, 그것을 추정 도달 시간(34)으로서 통신·파라미터 기억부(11)를 통해서 상위 제어 장치(10)에 송신한다. 상위 제어 장치(10)는, 수신한 추정 도달 시간(34)이, 예를 들면 생각보다도 긴 경우는, 전력 리미트값(28)을 올려 모터 제어 장치(1a)에 송신하는 등 재차의 조정을 실시한다. 이것에 의해서, 상위 제어 장치에서의 적절한 전력·전압 리미트 설정을 실현할 수 있다.

직류 전원(2)에 당해 모터(5) 및 인버터(3) 외에, 복수 대의 모터 및 인버터가 접속되어, 상위 제어 장치(10)에서 총괄하여 제어하는 시스템에서는, 이 추정 도달 시간(34)은, 각 모터의 제휴 동작의 스케줄링에는 필수가 된다. 종래의 일정 토크 가감속에 의한 삼각 속도 패턴 혹은 사다리꼴 속도 패턴에 의한 위치 지령 생성을 행하는 경우에 있어서는, 목표 위치까지의 도달시간은 토크나 모터 관성 등의 조건으로부터 해석적으로 산출 가능하다. 그러나 토크 리미트값(31)을 최대한으로 이용하는 방법에서는, 목표 위치까지의 도달시간은 해석적인 도출이 곤란하여, 추정 도달 시간(34)을 구하는 시뮬레이트 동작을 이용한다.

이상과 같이 본 실시 형태 1에 의하면, 목표 위치에 대한 위치 지령을 생성할 때에, 모터 소비 전력이 소정의 모터 전력 리미트값 이내가 되고, 또한, 모터 구동에 필요한 전압 진폭이 소정의 전압 리미트 이내가 되는 토크 리미트값을 참조하여, 그것에 따라서 위치 지령을 생성하므로, 모터의 소비 전력을 전력 리미트값 이내로 억제하고, 또한 모터의 구동에 필요한 전압을 전압 리미트값 이내로 억제하면서, 모터의 회전자 위치를 목표 위치로 추종시키는 제어를 안정하고 또한 스무스하게 실시할 수 있다.

이것에 의해서, 인버터(3)나 직류 전원(2)에, 보다 소용량의 기종을 적용할 수 있으므로, 비용을 삭감하는 효과가 있다. 반대로 미리 필요한 전력이나 전압을 파악할 수 있으므로, 직류 전원(2)의 선정 작업이 간이화되는 효과도 얻어진다. 이에 더하여, 주간은 전력 사용을 억제하고, 야간에 대전력을 사용하여 위치 결정 시간을 단축하는 등을 행할 수 있으므로, 모터 제어 장치가 설치되어 있는 시설에서의 계획적인 전력 소비에 공헌할 수 있다.

또한, 전력·전압 제한부(29)를 이용하지 않아도, 토크 리미트 출력부(30)가 출력하는 토크 리미트값(31)에 따른 위치 지령(14)의 생성을 행할 수 있으므로, 모터 소비 전력의 억제와 모터 구동 전압의 억제를 동시에 달성할 수 있다. 그러나 전력·전압 제한부(29)를 조합하면, d축 전류의 보정에 의한 유기 전압의 억제에 의해 모터 최고 속도를 보다 높일 수 있으므로, 목표 위치까지의 위치 제어 즉 위치 결정에 필요한 시간의 단축화를 도모할 수 있다고 하는 효과가 있다.

전력·전압 제한부(29)를 조합하면, 토크 리미트 출력부(30)의 모터 모델(30d)과 모터(5)의 모델화 오차에 의해 모터 소비 전력의 증가나 구동 전압의 증가가 있더라도, 전력·전압 제한부(29)가, 그러한 증가를 피드백에 의한 전류 지령 보정에 의해 흡수하여, 모터 소비 전력과 모터 구동에 필요한 전압의 리미트값 이내로의 억제를 고정밀화할 수 있다.

한편, 전력·전압 제한부(29)만으로 했을 경우에도 모터의 소비 전력을 전력 리미트값(28) 이내로 억제하고, 또한 모터의 구동에 필요한 전압을 전압 리미트값(27) 이내로 억제할 수 있다. 그러나 이 경우는, 각각의 리미트값에 이르렀을 경우에, 모터의 출력 토크와, 위치 지령 생성부에서 상정한 토크의 차이가 현저하게 되는 경우가 있다.

위치 제어 시스템에서는 적분기나 필터 등 시간 의존 부분이 많기 때문에, 위치 제어 시스템에서 이 토크 오차에 대한 대책을 행하는 경우, 제어 시스템이 번잡하게 되는 문제가 있다. 이 점 본 실시 형태 1에서는, 미리 토크 리미트 출력부(30)가 출력하는 토크 리미트값에 따른 위치 지령 생성을 행하므로, 토크 오차에 대한 대책을 생략할 수 있고, 또한 스무스한 위치 제어를 달성할 수 있는 효과가 있다.

여기서, 본 실시 형태 1에서는, 토크 리미트 출력부(30)나 위치 지령 생성부(13)는 모터 제어 장치(1a)가 구비하는 구성으로 했지만, 상위 제어 장치(10)에 있어서 전력 리미트값이나 전압 리미트값의 설정을 포함하여 일련의 처리를 실시하여 얻어진 위치 지령을 모터 제어 장치(1a)에 송신하는 구성으로 해도 좋다. 이것에 한정하지 않고 적용하는 하드웨어에 따라 각 처리를 분담시키면 좋은 것은 말할 필요도 없으며, 전력 리미트값 내나 전압 리미트값 내에서 모터를 동작시키는 본 발명의 본질은 변하지 않다.

실시 형태 2.

도 6은 본 발명의 실시 형태 2에 의한 모터 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 본 실시 형태 2에 의한 모터 제어 장치(1b)는, 모터(5)의 소비 전력 및 모터(5)의 구동에 필요한 전압을 각각 소정치 이하로 억제하면서, 모터(5)의 회전자 속도를 목표 속도로 제어하는 속도 제어의 구성을 구비하고 있다. 또한, 도 6에서는, 도 1(실시 형태 1)에 도시된 구성요소와 동일 내지 동등한 구성요소에는 동일한 부호가 부여되어 있다. 여기에서는, 본 실시 형태 2에 관련된 부분을 중심으로 설명한다.

도 6에 있어서, 본 실시 형태 2에 의한 모터 제어 장치(1b)는, 도 1(실시 형태 1)에 도시된 구성에 있어서, 위치 지령 생성부(13)를 대신하여 속도 지령 생성부(39)가 마련되고, 위치·속도 제어부(15)를 대신하여 속도 제어부(41)가 마련되어 있다.

속도 지령 생성부(39)는 가감속 설정부(39a)와 모터 모델(39c)을 구비하고 ,통신·파라미터 기억부(11)로부터 입력되는 상위 제어 장치(10)가 송신한 목표 속도(38)와, 토크 리미트 출력부(30)가 출력하는 토크 리미트값(31)에 기초하여, 속도 제어부(41)에 주는 속도 지령(40)과, 토크 리미트 출력부(30)에 주는 모터 회전자 정보(32)의 생성을 행한다.

속도 지령 생성부(39)의 동작에 대해 설명한다. 가감속 설정부(39a)는 통신·파라미터 기억부(11)로부터 입력되는 목표 속도(38)와, 토크 리미트 출력부(30)가 출력하는 토크 리미트값(31)과, 모터 모델(39c)로부터의 모델 속도(39d)에 기초하여, 가속 또는 속도 유지의 판단을 행하고, 그 판단 결과를 나타내는 모델 토크(39b)를 생성하여 모터 모델(39c)에 출력한다.

모터 모델(39c)은 위치 지령 생성부(13)에서의 모터 모델(13c)과 같이, 식 (9)를 계산하여 모델 속도(39d)를 구하여, 가감속 설정부(39a)에 출력한다. 가감속 설정부(39a)는, 단순하게, 목표 속도(38)와 모델 속도(39d)를 비교하여, 모델 속도(39d)가 목표 속도(38) 미만인 경우에는, 토크 리미트값(31)을 모델 토크(39b)로서 모터 모델(39c)에 출력하고, 모델 속도(39d)가 목표 속도(38) 이상이 되었을 경우에는, 모터 모델(39c)에 출력하는 모델 토크(39b)를 제로로 한다.

이상과 같은 가감속 설정부(39a)와 모터 모델(39c)의 협동에 의해 생성되는 모델 속도(39d)는, 속도 지령(40)으로서 속도 제어부(41)에 입력되고, 또한 모터 회전자 속도 정보(32)로서 토크 리미트 출력부(30)와 도착 시간 추정 시퀀스 제어부(33)에 입력된다.

속도 제어부(41)는 검출 모터 위치(7)로부터 모터(5)의 회전자 속도를 구하고, 구한 회전자 속도와 속도 지령 생성부(39)가 출력하는 속도 지령(40)을 비교하여, 양자가 일치하도록 제어 처리를 행하여, 토크 지령(16)을 출력한다. 모터 회전자 속도 정보(32)는, 실시 형태 1과 마찬가지로, 하여 토크 리미트값(31)의 계산에 이용된다.

도달시간 추정 시퀀스 제어부(33)는, 실시 형태 1과 마찬가지로, 모터 운전 개시 전에 토크 리미트 출력부(30) 및 속도 지령 생성부(39)를 각각 가상적으로 시뮬레이트 동작시켜 모델 속도(39d)가 목표 속도(38)에 도달할 때까지의 시간을 추정하고, 그것을 추정 도달 시간(34)으로서 통신·파라미터 기억부(11)를 통해서 상위 제어 장치(10)에 송신한다.

이상과 같이 본 실시 형태 2에 의하면, 목표 속도에 대한 속도 지령을 생성할 때에, 모터 소비 전력이 소정의 모터 전력 리미트값 이내가 되고, 또한, 모터 구동에 필요한 전압 진폭이 소정의 전압 리미트 이내가 되는 토크 리미트값을 참조하여, 그것에 따라서 속도 지령을 생성하므로, 모터의 소비 전력을 전력 리미트값 이내로 억제하고, 또한 모터의 구동에 필요한 전압을 전압 리미트값 이내로 억제하면서, 모터의 회전자 속도를 목표 속도로 추종시키는 제어를 안정하고 또한 스무스하게 실시할 수 있다.

이것에 의해서, 인버터(3)나 직류 전원(2)에, 보다 소용량의 기종을 적용할 수 있으므로, 비용을 삭감할 수 있는 효과가 있다. 반대로, 미리 필요한 전력이나 전압을 파악할 수 있으므로, 직류 전원(2)의 선정 작업이 간이화되는 효과도 얻어진다. 이에 더하여, 주간은 전력 사용을 억제하고, 야간에 대전력을 사용하여 속도 제어에 필요한 시간을 단축하는 등을 행할 수 있으므로, 모터 제어 장치가 설치되어 있는 시설에서의 계획적인 전력 소비에 공헌할 수 있다.

또한, 전력·전압 제한부(29)를 이용하지 않아도, 토크 리미트 출력부(30)가 출력하는 토크 리미트값(31)에 따른 속도 지령(40)의 생성을 행할 수 있으므로, 모터 소비 전력의 억제와 모터 구동 전압의 억제를 동시에 달성할 수 있다. 그러나 전력·전압 제한부(29)를 조합하면, d축 전류의 보정에 의한 유기 전압의 억제에 의해 모터 최고 속도를 보다 높일 수 있으므로, 보다 높은 목표 속도까지 대응하여 제어하는 것이 가능해진다.

한편, 전력·전압 제한부(29)만으로 했을 경우에도 모터의 소비 전력을 전력 리미트값(28) 이내로 억제하고, 또한 모터의 구동에 필요한 전압을 전압 리미트값(27) 이내로 억제할 수 있다. 이 경우는, 실시 형태 1에서 설명한 것처럼, 속도 지령 생성에 상정한 토크와 모터 토크의 사이에 오차가 생긴다. 그러나 속도 제어 시스템만인 경우, 위치 제어 시스템도 가지는 경우와 비교하여 적분이나 시간에 의존하는 부분이 적어지게 되므로, 속도 지령 생성에 상정한 토크와 모터 토크의 사이에 생기는 오차에 대한 대책이 용이하여 문제는 되지 않고, 토크 리미트값(31)에 따른 속도 지령 생성과 조합함으로써 스무스한 속도 제어를 실현할 수 있다.

실시 형태 3.

도 7은 본 발명의 실시 형태 3으로서, 도 3에 도시된 토크 리미트 출력부에서의 토크 테이블의 보정예를 나타내는 도면이다.

실시 형태 1, 2에서는, 도 1이나 도 6에 도시된 토크 리미트 출력부(30)를 도 3에 도시된 바와 같이 구성해도 좋다고 했다. 도 5에 도시된 토크 리미트값(42)은, 도 3에 도시된 토크 리미트 출력부에서의 처리로 얻어지는 토크 리미트값(즉, 실시 형태 1에서 설명한 수렴 계산에 의해서 얻어진 모터 회전 속도에 대한 토크 리미트값)이지만, 이 토크 리미트값(42)에서는, 제로 속도 근방에 있어서 최대 토크를 나타내고, 최고 속도 근방에 있어서 어느 크기의 토크를 나타내고 있어, 각각에 있어서 큰 전력 소비가 생겨 있다.

여기서, 본 실시 형태 3에서는, 과도적인 모터 전류의 변화에 의한 전력 소비의 증대를 억제하기 위해, 도 5에 도시된 토크 리미트값(42)에 있어서, 토크 증가(build-up)나 토크 감소(bulid-down)의 변화율을 억제하여 설정하는 경우에 대해 설명한다. 또한, 설명의 편의를 위해, 실시 형태 1로의 적용예로서 설명한다.

가속 개시시의 토크 증가나 감속 개시시의 토크 감소의 변화율을 억제하는 구체적인 방법으로서, 도 5에 도시된 토크 리미트값(42)에 있어서, 제로 속도 근방과 최고 속도 근방의 각각에 있어서 토크가 최대 토크가 되지 않도록 억제하는 방법을 생각한다.

이와 같이 제로 속도 근방과 최고 속도 근방의 각각에 있어서 토크가 최대 토크가 되지 않도록 억제한 토크 테이블에 따르면, 모터(5)의 가속 개시시나 가속 종료시 등에서 발생하는 토크의 증가나 감소가 완만하게 실시되므로, 과도적인 소비 전력을 억제하는 것이 가능해진다.

단, 제로 속도 근방이나 모터 최고 속도 근방에 있어서 토크가 제로이면, 위치 지령 생성에 있어서 가상 속도의 시동을 할 수 없게 된다. 이것을 방지하기 위해, 양 속도에 있어서, 약간의 토크를 남겨두고 있다.

도 7을 참조하여 설명한다. 도 7에서는, 도 5에 도시된 토크 리미트값(42)이 장쇄선으로 도시되어 있다. 이 토크 리미트값(42)의 상승 부분 및 감소 부분은, 단쇄선(47a, 47b)으로 도시된 것처럼, 완만한 변화율로 변화하도록 보정되어, 토크 리미트값(48)으로 되어 있다. 이 완만한 변화율로 변화하는 단쇄선(47a, 47b)으로 도시된 토크는, 후술하는 식 (20)에 따라서 제한된 토크이다. 그리고 이 토크 리미트값(48)의 제로 속도 근방과 최고 속도 근방의 각각에, 위치 지령 생성에 이용하는 토크(49a, 49b)를 남겨두고 있다.

또한, 이 토크 변화율의 제한이나 억제는, 실시 형태 1에서 설명한 모델 토크(13b)에 대해 로우패스 필터 처리나 변화율 리미터 처리를 행하는 것으로도 실현을 할 수 있다. 그러나 이들 처리의 경우, 모터 모델(13c)에 있어서의 가속시의 모델 토크(13b)의 시계열 파형과 감속시의 모델 토크(13b)의 시계열 파형이 달라져 버려, 위치 제어시의 감속 거리에 과부족이 생기는 원인이 된다.

이 점, 도 5에 도시된 토크 리미트값(42)에 대해서 보정을 행하는 경우는, 가속시와 감속시에서의 모델 토크 파형은, 시간축에 대해 대칭이 되어, 가속시와 감속시의 영향은 받지 않는다.

다음으로, 본 실시 형태 3에 의한 토크 제한의 설정 방법에 대해 설명한다. 식 (1)과 식 (3)에 의해, 과도항을 포함한 모터 소비 전력은 식 (11)로 표현된다. 과도항에 의한 소비 전력은, 밑줄을 친 「전류 변화율과 전류의 곱」으로 표현된다

[수 9]

위치 지령 생성 때의 속도는, 대략적으로, (1) 가속 개시 → (2) 가속 → (3) 가속 정지 → (4) 일정 속도 → (5) 감속 개시 → (6) 감속 → (7) 감속 정지의 순서로 실시되지만, 과도적인 소비 전력은, (1) → (2)나 (3) → (4), (4) → (5), (6) → (7)과 같은 경우에 특히 현저하게 나타난다.

이 중, (3) → (4)나 (4) → (5)의 변화에 대해서는, 변화 직전의 정상적인 소비 전력과 변화 중의 과도적인 소비 전력의 극성이 달라, 결과적으로 별로 큰 소비 전력은 되지 않는다. 예를 들면 가속으로부터 일정 속도로 이행하는 경우는, 토크 전류가 양의 값에서부터 감소해 가기 때문에 식 (11)의 제4항에 나타내는 Iq 과도항에 의한 전력은 음의 값이 되지만, 변화 직전의 소비 전력이 양이기 때문에, 전류 변화가 특히 현저하지 않은 한 그 합은 제한을 넘지 않는다. 한편, (1) → (2)의 변화나 (6) → (7)의 변화에 즈음해서는 변화 직전의 소비 전력과 과도항에 의한 전력의 극성이 일치하여, 그 합이 제한을 넘을 가능성이 있다.

(1) → (2)의 변화를 예로 들어 설명한다. q축 전류를 직선 모양으로 상승시키고, 토크 테이블 제한치에 기재된 토크에 상당하는 q축 전류를 Iq0로 설정한다. 상승의 변화율을 α라고 하면, 토크 전류의 시간식은 식 (12)로 표현되고, 토크는 식 (13)으로 표현된다. d축 전류를 제로로 하면, 전기각 주파수는 식 (14), 모터 소비 전력은 식 (15)로 표현된다. q축 전류를 직선 모양으로 상승시켜, 토크 테이블 제한치에 기재된 토크에 상당하는 q축 전류가 Iq0에 이를 때까지의 시간 Δt는 식 (16)으로 표현된다.

[수 10]

식 (15)로 표현되는 모터 소비 전력은, 시간이 경과할수록 증대하기 때문에 0~Δt［sec] 사이에서는, 시간 Δt에서의 소비 전력이 가장 크다. 여기서, 시간 Δt를 식 (15)에 대입하면, 식 (17)이 얻어진다. 이 식 (17)은, 토크 전류 상승의 변화율 α의 함수로 되어 있고, 식 (17)을 변화율 α로 미분하여 식 (18)을 얻는다. 변화율 α를 변화시켜 식 (17)의 계산을 실행하면, 극성이 변화하는 변화율 α가 식 (17)을 최소로 하는 변화율 α가 된다. 이 때문에, 식 (18)을 제로로 두면, 식 (19)가 얻어져 과도적인 소비 전력이 최소가 되는 변화율 α, 즉 전류 상승의 변화율이 얻어지게 된다. 이때, 토크와 모터 속도(전기각 주파수)의 관계는 (20) 식이 된다.

[수 11]

도 5에 도시된 토크 테이블(42)의 보정을 식 (20)에 따라서 실시하면, 과도적인 소비 전력의 억제를 달성할 수 있다. 변화에 대한 과도적인 소비 전력은, 이상에서 제시한 계산 절차를 이용해도 q축 전류 감소의 최적치(最適値)는 얻을 수 없다. 그러나 완만하게 한 경우가 과도시의 소비 전력의 억제가 되기 때문에, 식 (20)에서 얻어진 제로 속도 부근의 토크 보정을 반전시킨 파형으로 보정을 행한다.

본 실시 형태 3에 의하면, 토크 테이블의 제로 속도 근방 및 최고 속도 근방에 있어서, 토크 증가나 토크 감소의 변화율을 억제하여 설정하는 보정을 행하므로, 토크의 증가나 감소를 완만하게 하여 과도적인 소비 전력을 억제할 수 있어, 과도시에 있어서도 소정의 소비 전력 내의 동작으로 할 수 있다. 이와 같이, 모터 구동시의 과도시의 소비 전력을 고려한 토크 테이블로 할 수 있으므로, 소비 전력 억제의 고정밀화를 도모할 수 있다. 또한, 식 (20)에 정확하게 따르지 않더라도, 도 7에 도시된 형상과 같이 가속 개시 근방시, 감속 종료 근방시의 토크 테이블이 억제되어 있으면, 최적까지는 가지 않더라도 마찬가지의 효과가 얻어지는 것은 말할 필요도 없다.

여기서, 도 1 및 도 6에서는, 모터의 전류를 2축 직교 회전 좌표상의 성분인 여자 전류 성분 및 토크 전류 성분으로 배분하여 취급하는 모터 제어 장치에 있어서, 모터의 소비 전력을 계산하는 전력 계산부와, 전력 계산부가 계산한 모터 소비 전력을 소정의 모터 전력 리미트값 이내로 제한하는 전력 제한부와, 모터의 토크분 전압 리미트값을 계산하는 토크분 전압 리미트값 계산부와, 모터의 구동 전압을 소정의 모터 전압 리미트값 이내로 제한하는 전압 제한부를 구비하는 전력·전압 제한부에 있어서의, 전력 제한부는 모터 전력 리미트값에 대한 상기 모터 소비 전력의 초과량에 따라 모터 토크 전류를 보정하고, 토크분 전압 리미트값 계산부는 모터 전압 리미트값과 모터의 여자분 전압에 기초하여 모터의 토크분 전압 리미트값을 계산하고, 전압 제한부는 토크분 전압 리미트값 계산부가 계산한 모터의 토크분 전압 리미트값에 대한 모터 토크분 전압의 초과량에 따라 모터 여자 전류를 보정하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치가 제시되어 있다.

이 구성에 의하면, 모터의 소비 전력을 피드백하여, 소비 전력이 소정치 이하가 되도록 토크 전류가 보정되므로, 모터의 출력 토크가 억제되어, 모터 구동을 할 때 모터 소비 전력을 소정치 이하로 억제하는 제어를 고정밀도로 실시할 수 있다. 또, 모터 토크분 전압을 피드백하여 모터의 여자 전류가 보정되므로, 모터의 유기 전압이 억제되어, 모터 구동을 할 때 모터 구동에 필요한 전압을 소정치 이하로 억제하는 제어를 고정밀도로 실시할 수 있다.

또, 도 2, 도 3 및 도 5에서는, 모터의 전류를 2축 직교 회전 좌표상의 성분인 여자 전류 성분 및 토크 전류 성분으로 배분하여 취급하는 모터의 제어 장치에 있어서, 모터 모델부와 모델 전력·모델 전압 제한부를 구비하고, 상기 모터의 허용 토크가 되는 토크 리미트값을 모터 회전자 속도에 따라 출력하는 토크 리미트 출력부에 있어서의 모델 전력·모델 전압 제한부는, 모터 모델 소비 전력을 계산하는 모터 모델 전력 계산부와, 모터 모델 전력 계산부가 계산한 모터 모델 소비 전력을 소정의 모터 전력 리미트값 이내로 제한하는 모터 모델 전력 제한부와, 모터 모델의 토크분 전압 리미트값을 계산하는 모터 모델 토크분 전압 리미트값 계산부와, 모터 모델 구동 전압을 소정의 모터 전압 리미트값 이내로 제한하는 모터 모델 전압 제한부를 구비하고, 상기 모터 모델 전력 제한부는 모터 전력 리미트값에 대한 상기 모터 모델 소비 전력의 초과량에 따라 모터 모델 토크 전류를 보정하고, 모터 모델 토크 전압 리미트값 계산부는 모터 전압 리미트값과 모터 모델의 여자분 전압에 기초하여 모터 모델의 토크분 전압 리미트값을 계산하고, 모터 모델 전압 제한부는 모터 모델 토크분 전압 리미트값에 대한 상기 모터 모델 토크분 전압의 초과량에 따라 모터 모델 여자 전류를 보정하는 처리를 모터 회전 속도마다 실시하여, 그 보정 처리에 의해서 얻어진 모터 모델의 토크 전류와 모터 모델의 여자 전류에 기초하여 모터 모델의 토크를 계산하고, 그 계산한 모터 모델의 토크를 토크 리미트값으로서 출력하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치가 제시되어 있다.

이 구성에 의하면, 모터 모델을 이용하여, 모터의 소비 전력이나 구동에 필요한 전압을 미리 반영한 토크 리미트값을 모터 회전 속도마다 산출하여, 이 토크 리미트값을 넘지 않도록 모터 제어를 행하기 때문에, 모터 소비 전력과 모터 구동에 필요한 전압을 소정치 이하로 제한하여 모터 구동을 행할 때의 처리 부하의 경감이 가능해진다.

[산업상의 이용 가능성]

이상과 같이, 본 발명에 따른 모터 제어 장치는, 모터의 소비 전력 및 모터 구동에 필요한 전압을 소정의 범위 내로 억제할 수 있는 모터 제어 장치로서 유용하다.

1a, 1b: 모터 제어 장치
2: 직류 전원
3: 인버터
4: 전류 검출기
5: 모터(매립 자석형 동기 모터：IPM)
6: 위치 검출기
10: 상위 제어 장치
11: 통신·파라미터 기억부
13: 위치 지령 생성부
13a, 39a: 가감속 설정부
13c, 39c: 모터 모델(기계)
15: 위치·속도 제어부
17: 전류 지령 환산부
20: 전류 지령 보정부
22: 전류 제어부
26: PWM 처리부
29: 전력·전압 제한부
29a: 모터 소비 전력 계산부
29b: 모터 소비 전력
29d: 적분부
29e: q축 전압 리미트 계산부
29g: q축 전압 취출부
29j, 29k: 감산기
30: 토크 리미트 출력부
30a: 수렴 계산부
30b: 모델 전력·전압 제한부
30d: 모터 모델
30f: 모터 모델 소비 전력 계산부
30g: 모터 모델 소비 전력
30i: 적분·전류 진폭 억제부
30j: 모델 q축 전압 취출부
30k: 모델 q축 전압
30l: 모델 q축 전압 리미트 계산부
30m: 모델 q축 전압 리미트값
30o, 30p: 감산기
30q: 토크 환산부
30r: 토크 테이블 초기화부
30s: 토크 테이블
33: 도달시간 추정 시퀀스 제어부
36: 전압 진폭 계산부
37: 모터 구동에 필요한 전압
39: 속도 지령 생성부
41: 속도 제어부

Claims (9)

1. 모터의 회전자 위치를 목표 위치로 추종시키기 위한 위치 지령을 출력하는 위치 지령 생성부와, 상기 모터의 회전자 위치와 상기 위치 지령의 양자가 일치하도록 제어를 행하여 모터 회전자 속도 지령을 출력하는 위치 제어부와, 상기 모터의 허용 토크가 되는 토크 리미트값을 출력하는 토크 리미트 출력부를 구비한 모터 제어 장치로서,
   상기 토크 리미트 출력부는,
   상기 모터의 회전자 속도에 따라서, 상기 모터의 구동에 필요한 소비 전력이 소정의 모터 전력 리미트값 이내가 되고, 또한 상기 모터의 구동에 필요한 전압 진폭이 소정의 전압 리미트 이내가 되는 상기 토크 리미트값을 출력하고,
   상기 위치 지령 생성부는,
   상기 토크 리미트값에 따라서 상기 위치 지령을 생성하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
2. 모터의 회전자 속도를 목표 속도로 추종시키기 위한 속도 지령을 출력하는 속도 지령 생성부와, 상기 모터의 회전자 속도와 상기 속도 지령의 양자가 일치하도록 제어를 행하여 모터 토크 지령을 출력하는 속도 제어부와, 모터의 허용 토크가 되는 토크 리미트값을 출력하는 토크 리미트 출력부를 구비한 모터 제어 장치로서,
   상기 토크 리미트 출력부는,
   상기 모터의 회전자 속도에 따라서, 상기 모터의 소비 전력이 소정의 모터 전력 리미트값 이내가 되고, 또한 상기 모터의 구동에 필요한 전압 진폭이 소정의 전압 리미트 이내가 되는 상기 토크 리미트값을 출력하고,
   상기 속도 지령 생성부는,
   상기 토크 리미트값에 따라서 상기 속도 지령을 생성하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
3. 모터 전류를 2축 직교 회전 좌표상의 성분인 여자 전류 성분 및 토크 전류 성분으로 배분하여 취급하는 모터 제어 장치에 있어서,
   상기 모터의 소비 전력을 계산하는 전력 계산부와, 상기 전력 계산부가 계산한 모터 소비 전력을 소정의 모터 전력 리미트값 이내로 제한하는 전력 제한부와, 상기 모터의 토크분 전압 리미트값을 계산하는 토크분 전압 리미트값 계산부와, 상기 모터의 구동 전압을 소정의 모터 전압 리미트값 이내로 제한하는 전압 제한부를 구비하는 전력·전압 제한부로서,
   상기 전력 제한부는, 상기 모터 전력 리미트값에 대한 상기 모터 소비 전력의 초과량에 따라서 모터 토크 전류를 보정하고,
   상기 토크분 전압 리미트값 계산부는, 상기 모터 전압 리미트값과 상기 모터의 여자분 전압에 기초하여 상기 모터의 토크분 전압 리미트값을 계산하고,
   상기 전압 제한부는, 상기 토크분 전압 리미트값 계산부가 계산한 모터의 토크분 전압 리미트값에 대한 모터 토크분 전압의 초과량에 따라서 모터 여자 전류를 보정하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
4. 모터 전류를 2축 직교 회전 좌표상의 성분인 여자 전류 성분 및 토크 전류 성분으로 배분하여 취급하는 모터의 제어 장치에 있어서,
   모터 모델부와 모델 전력·모델 전압 제한부를 구비하여 상기 모터의 허용 토크가 되는 토크 리미트값을 모터 회전자 속도에 따라 출력하는 토크 리미트 출력부에 있어서의 상기 모델 전력·모델 전압 제한부는,
   모터 모델 소비 전력을 계산하는 모터 모델 전력 계산부와, 상기 모터 모델 전력 계산부가 계산한 모터 모델 소비 전력을 소정의 모터 전력 리미트값 이내로 제한하는 모터 모델 전력 제한부와, 모터 모델의 토크분 전압 리미트값을 계산하는 모터 모델 토크분 전압 리미트값 계산부와, 모터 모델 구동 전압을 소정의 모터 전압 리미트값 이내로 제한하는 모터 모델 전압 제한부를 구비하고
   상기 모터 모델 전력 제한부는, 상기 모터 전력 리미트값에 대한 상기 모터 모델 소비 전력의 초과량에 따라서 모터 모델 토크 전류를 보정하고,
   상기 모터 모델 토크 전압 리미트값 계산부는, 상기 모터 전압 리미트값과 모터 모델의 여자분 전압에 기초하여 모터 모델의 토크분 전압 리미트값을 계산하고,
   상기 모터 모델 전압 제한부는, 상기 모터 모델 토크분 전압 리미트값에 대한 상기 모터 모델 토크분 전압의 초과량에 따라서 모터 모델 여자 전류를 보정하는 처리를 모터 회전 속도마다 실시하고, 상기 보정 처리에 의해서 얻어진 모터 모델의 토크 전류와 모터 모델의 여자 전류에 기초하여 모터 모델의 토크를 계산하고, 상기 계산한 모터 모델의 토크를 토크 리미트값으로서 출력하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
5. 청구항 4에 있어서,
   토크 리미트 출력부는,
   모터 회전 속도에 따른 토크 리미트값을 기억하는 토크 테이블을 구비하고, 모터의 운전 개시 전에, 또는 상기 전력 리미트값이 변경된 타이밍 또는 상기 전압 리미트값이 변경된 타이밍에서, 상기 모터 모델과 상기 모델 전력·모델 전압 제한부에 의한 처리를 실시하여 얻어진 토크 리미트값을 상기 토크 테이블에 기재하고, 모터 운전 중에 있어서, 상기 토크 테이블에 기재된 토크 리미트값을 모터 회전자 속도에 따라 출력하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
6. 청구항 5에 있어서,
   토크 리미트 출력부의 토크 테이블은, 가속 개시시의 토크 증가 또는 감속 개시시의 토크 감소가 소정의 시정수로 실시되도록 설정되는 토크 리미트값을 기억하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 모터 전력 리미트값과 상기 모터 전압 리미트값을 적당히 변경 가능한 제어 파라미터로서 유지하는 파라미터 기억부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
8. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 모터 전력 리미트값과 상기 모터 전압 리미트값을 상위 제어 장치와의 통신에 의해 취득하는 통신부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
9. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   목표 위치 혹은 목표 속도까지의 도달 추정 시간을 통신에 의해 상위 제어 장치로 통지하는 통신부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.

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