JP5371382B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動機を制御する電力変換装置に関する。

従来、電動機を制御する電力変換装置において、速度基準の変化率から演算された加減速トルク基準を、速度制御の出力に補償することが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平０１−２４３８６６号公報

しかしながら、上述の電力変換装置では、トルクリミットで加減速するとき、電動機の加減速完了時に、速度制御の出力に補償するために、速度基準の変化率から演算されたトルクがゼロより多ければ、速度はオーバシュートする。一方、このトルクがゼロよりも少なければ、速度オフセットが発生する。

このとき、加減速完了時の速度オーバシュートや速度オフセットは、速度制御の応答に依存する。

しかし、速度制御だけでは、この速度オーバシュートや速度オフセットを十分に抑制することは困難である。

そこで、本発明の目的は、トルクリミットでの加減速において、加減速完了時の速度オーバシュート及び速度オフセットを抑制することのできる電力変換装置を提供することにある。

本発明の観点に従った電力変換装置は、電動機の速度の基準となる速度基準の変化率により、前記速度基準を演算する速度基準演算手段と、前記電動機の速度を演算する速度演算手段と、前記速度基準演算手段により演算された前記速度基準と前記速度演算手段により演算された前記速度との偏差を演算する速度偏差演算手段と、前記速度偏差演算手段により演算された前記偏差に基づいて、前記電動機の速度を制御するための速度制御の出力をする速度制御手段と、前記速度基準演算手段により演算された前記速度基準に基づいて、前記電動機の加減速のトルクの基準となる加減速トルク基準を演算する加減速トルク基準演算手段と、前記加減速トルク基準演算手段により演算された加減速トルク基準を、前記速度制御手段から出力される前記速度制御の出力に補償する速度制御出力補償手段と、前記速度制御出力補償手段により補償された前記速度制御の出力に、前記電動機のトルクをリミット値により制限する処理をするトルクリミッタと、前記トルクリミッタにより処理された前記速度制御の出力に基づいて、ｄｉ／ｄｔ変化率を用いて、前記電動機のトルクの基準となるトルク基準を演算するトルク基準演算手段と、前記トルク基準演算手段により演算された前記トルク基準に基づいて、前記電動機を制御する制御手段と、前記速度偏差演算手段により演算された前記偏差に基づいて、前記電動機の加減速の完了時に、前記加減速トルク基準演算手段により演算される前記加減速トルク基準をゼロとするように、前記トルク基準演算手段の前記ｄｉ／ｄｔ変化率を変化させるｄｉ／ｄｔ変化率可変手段とを備えている。

本発明によれば、トルクリミットでの加減速において、加減速完了時の速度オーバシュート及び速度オフセットを抑制することのできる電力変換装置を提供することができる。

以下、図面を参照して、本発明の各実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電動機ドライブシステム５０の構成を示す構成図である。なお、以降の図における同一部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略し、異なる部分について主に述べる。以降の実施形態も同様にして重複した説明を省略する。

電動機ドライブシステム５０は、電力変換器１と、電動機２と、制御装置３と、変流器ＣＴ１，ＣＴ２と、速度検出器ＳＳとを備えている。

電力変換器１は、直流電力を三相交流電力に変換して出力する。電力変換器１は、変換した交流電力を、電動機２に供給する。電力変換器１は、電動機２に供給する交流電力により、電動機２の速度及び出力トルクを制御する。

制御装置３は、電力変換器１から出力される交流電力を制御する。制御装置３は、電力変換器１から出力される三相交流電流の電流量を、変流器ＣＴ１，ＣＴ２により測定する。制御装置３は、電動機２の回転速度を速度検出器ＳＳにより測定する。制御装置３は、測定した電流量及び回転速度に基づいて、電力変換器１から出力される交流電力を制御する。

制御装置３は、速度信号演算器４と、積分器５と、速度基準レート回路６と、速度制御回路７と、トルクリミッタ８と、ｄｉ／ｄｔ回路９と、電流基準回路１０と、電流検出回路１１と、電流制御回路１２と、電圧基準回路１３と、ＰＷＭ回路１４と、加速減速レート設定器１６と、加速度一定検出部１９と、メモリ回路２０と、トルクリミット設定器２３と、ｄｉ／ｄｔ設定器２４と、加算器ＡＤ１と、微分器ＤＦ１と、微分器ＤＦ１１と、ゲイン回路Ｇ１と、保持回路ＨＯ１１と、ＯＲ回路ＯＲ１１と、減算器ＳＵ１，ＳＵ２，ＳＵ１１，選択器ＳＷ１１Ａ，ＳＷ１１Ｂと、ゼロホールド回路ＺＨ１１とを備えている。

次に、制御装置３の運転開始の初期段階の動作について説明する。

加速減速レート設定器１６には、レート設定値の初期値が設定されている。

保持回路ＨＯ１１は、初期状態では、信号ＳＥＬを「０」として出力している。このため、選択器ＳＷ１１Ｂが入れられている。一方、選択器ＳＷ１１Ａは、切られている。ＯＲ回路ＯＲ１１は、加速減速レート設定器１６からのレート設定値が入力される。一方、ＯＲ回路ＯＲ１１は、メモリ回路２０からの入力はない。従って、ＯＲ回路ＯＲ１１は、速度基準レート回路６にレート設定値の初期値を出力する。

保持回路ＨＯ１１は、リセット信号ＲＥＳＥＴが入力されると、信号ＳＥＬを「０」にする。保持回路ＨＯ１１は、許可信号ＥＮＡＢＬＥが入力されていない場合、機能がロックされる。この場合、ＯＲ回路ＯＲ１１には、常に加速減速レート設定器１６に設定されたレート設定値が入力される。

速度基準レート回路６には、外部速度基準ＳＰ＿ＲＥＦ１が入力される。外部速度基準ＳＰ＿ＲＥＦ１は、電動機２の速度の基準となる速度基準ＳＰ＿Ｒを演算するための基準である。初期状態では、速度基準レート回路６は、加速減速レート設定器１６に設定されたレート設定値が入力される。速度基準レート回路６は、レート設定値を変化率として、外部速度基準ＳＰ＿ＲＥＦ１に基づいて、速度基準ＳＰ＿Ｒを演算する。速度基準レート回路６は、演算した速度基準ＳＰ＿Ｒを減算器ＳＵ１及び微分器ＤＦ１に出力する。

速度信号演算器４は、速度検出器ＳＳから電動機２の回転速度の検出信号が入力される。速度信号演算器４は、入力された回転速度に基づいて、電動機２の磁束位置の情報である位相θを演算する。速度信号演算器４は、演算した位相θを積分器５及び電流検出回路１１に出力する。

積分器５は、速度信号演算器４から入力された位相θを積分し、電動機速度ＳＰ＿Ｆを算出する。積分器５は、演算した電動機速度ＳＰ＿Ｆを、減算器ＳＵ１及び微分器ＤＦ１１に出力する。

減算器ＳＵ１は、速度基準レート回路６から速度基準ＳＰ＿Ｒが入力される。減算器ＳＵ１は、積分器５から電動機速度ＳＰ＿Ｆが入力される。減算器ＳＵ１は、速度基準ＳＰ＿Ｒから電動機速度ＳＰ＿Ｆを減算して、速度偏差ＳＰ＿ＤＥＶを算出する。減算器ＳＵ１は、算出した速度偏差ＳＰ＿ＤＥＶを、速度制御回路７に出力する。

速度制御回路７は、減算器ＳＵ１から入力された速度偏差ＳＰ＿ＤＥＶに基づいて、速度制御出力ＡＳＰＲ＿ＯＵＴを演算する。速度制御回路７は、演算した速度制御出力ＡＳＰＲ＿ＯＵＴを、加算器ＡＤ１に出力する。

微分器ＤＦ１は、速度基準レート回路６から入力された速度基準ＳＰ＿Ｒを微分する。微分器ＤＦ１は、微分した演算結果をゲイン回路Ｇ１に出力する。

ゲイン回路Ｇ１は、微分器ＤＦ１から入力された演算結果に、ゲインを掛けて、加減速トルクＴＣＭＰを演算する。加減速トルクＴＣＭＰは、理想となる電動機２のトルクである。ゲイン回路Ｇ１は、演算した加減速トルクＴＣＭＰを加算器ＡＤ１に出力する。

加算器ＡＤ１は、速度制御回路７から速度制御出力ＡＳＰＲ＿ＯＵＴが入力される。加算器ＡＤ１は、加算器ＡＤ１から加減速トルクＴＣＭＰが入力される。加算器ＡＤ１は、速度制御出力ＡＳＰＲ＿ＯＵＴに、加減速トルクＴＣＭＰを加算する。加算器ＡＤ１は、加算した演算結果を、トルクリミッタ８に出力する。

トルクリミッタ８は、加算器ＡＤ１から入力された演算結果に対して、トルクリミット設定器２３により設定されたリミット値で、リミット処理をする。トルクリミッタ８は、リミット処理した演算結果を、ｄｉ／ｄｔ回路９に出力する。

ｄｉ／ｄｔ回路９は、トルクリミッタ８から入力された演算結果を、ｄｉ／ｄｔ設定器２４に設定された変化率により制限し、トルク基準Ｔ＿Ｒを算出する。ｄｉ／ｄｔ回路９は、演算したトルク基準Ｔ＿Ｒを、電流基準回路１０に出力する。

電流基準回路１０は、ｄｉ／ｄｔ回路９から入力されたトルク基準Ｔ＿Ｒを磁束で割り算をする。これにより、電流基準回路１０は、トルク電流基準Ｉｑ＿Ｒ及び速度基準に応じた磁束基準を演算する。電流基準回路１０は、この磁束に相当する磁束電流基準Ｉｄ＿Ｒを演算する。電流基準回路１０は、演算したトルク電流基準Ｉｑ＿Ｒ及び磁束電流基準Ｉｄ＿Ｒを減算器ＳＵ２に出力する。

電流検出回路１１は、速度信号演算器４から位相θが入力される。電流検出回路１１は、電力変換器１から出力された２相分の交流電流が変流器ＣＴ１，ＣＴ２から入力される。電流検出回路１１は、変流器ＣＴ１，ＣＴ２から入力された交流電流の電流量に基づいて、速度信号演算器４から位相θを用いて、トルク電流Ｉｑ＿Ｆ及び磁束電流Ｉｄ＿Ｆを演算する。電流検出回路１１は、演算したトルク電流Ｉｑ＿Ｆ及び磁束電流Ｉｄ＿Ｆを減算器ＳＵ２に出力する。

電流制御部１２は、電流基準回路１０から入力されたトルク電流基準Ｉｑ＿Ｒと電流検出回路１１から入力されたトルク電流Ｉｑ＿Ｆを比較し、電圧基準Ｅｑ＿Ｒを算出する。電流制御部１２は、電流基準回路１０から入力された磁束電流基準Ｉｄ＿Ｒと電流検出回路１１から入力された磁束電流Ｉｄ＿Ｆを比較し、電圧基準Ｅｄ＿Ｒを算出する。電流制御部１２は、演算した電圧基準Ｅｑ＿Ｒ及び電圧基準Ｅｄ＿Ｒを、電圧基準回路１３に出力する。

電圧基準回路１３は、電流制御部１２から電圧基準Ｅｑ＿Ｒ及び電圧基準Ｅｄ＿Ｒが入力される。電圧基準回路１３は、速度信号演算器４から位相θが入力される。電圧基準回路１３は、電圧基準Ｅｑ＿Ｒ及び電圧基準Ｅｄ＿Ｒを、位相θを用いて、電力変換器１から出力される三相交流電圧の各相の電圧基準を演算する。電圧基準回路１３は、演算した各相の電圧基準をＰＷＭ(Pulse Width Modulation)制御部１４に出力する。

ＰＷＭ制御部１４は、電圧基準回路１３から入力された各相の電圧基準に基づいて、ゲートパルス信号を生成する。ＰＷＭ制御部１４は、生成したゲートパルス信号を電力変換器１に出力する。これにより、ＰＷＭ制御部１４は、電力変換器１を制御する。

次に、電動機２の駆動開始後の制御装置３の動作について説明する。

電動機２が駆動すると、積分器５から微分器ＤＦ１１に電動機速度ＳＰ＿Ｆが入力される。

微分器ＤＦ１１は、積分器５から入力された電動機速度ＳＰ＿Ｆを微分し、加速度を演算する。微分器ＤＦ１１は、演算した加速度を、メモリ回路２０、ゼロホールド回路ＺＨ１１及び減算器ＳＵ１１に出力する。

メモリ回路２０は、微分器ＤＦ１１から入力された加速度を随時記憶する。このとき、メモリ回路２０は、最終的に記憶する加速度を確定していない。メモリ回路２０は、後述する加速度一定検出部１９から出力される加速度一定信号ＡＣを受信すると、書き込みを停止し、最終的に記憶する加速度を最新の加速度に確定する。結果として、この最終的に記憶された加速度は、電動機２の最大加速度となる。

ゼロホールド回路ＺＨ１１は、微分器ＤＦ１１から入力された加速度を一時的に保持する。ゼロホールド回路ＺＨ１１は、一時的に保持した加速度を、１サンプリング前の加速度として、減算器ＳＵ１１に出力する。

減算器ＳＵ１１は、微分器ＤＦ１１から最新の加速度が入力される。減算器ＳＵ１１は、ゼロホールド回路ＺＨ１１から１サンプリング前の加速度が入力される。減算器ＳＵ１１は、最新の加速度と１サンプリング前の加速度の差分を演算する。減算器ＳＵ１１は、演算した差分を加速度一定検出部１９に出力する。

加速度一定検出部１９は、減算器ＳＵ１１から入力された差分に基づいて、加速度（微分器１５で微分された変化率）が一定になったことを検出する。加速度一定検出部１９は、加速度が一定になったと検出すると、メモリ回路２０及び保持回路ＨＯ１１に加速度一定信号ＡＣを出力する。

保持回路ＨＯ１１は、加速度一定信号ＡＣが入力されると、信号ＳＥＬを「１」に保持し、選択器ＳＷ１１Ａ，ＳＷ１１Ｂに出力する。

選択器ＳＷ１１Ｂは、信号ＳＥＬを「１」として受信すると、切られる。これにより、ＯＲ回路ＯＲ１１には、加速減速レート設定器１６からの設定値が入力されなくなる。

選択器ＳＷ１１Ａは、信号ＳＥＬを「１」として受信すると、入れられる。これにより、ＯＲ回路ＯＲ１１には、メモリ回路２０に記憶された加速度が入力される。

ＯＲ回路ＯＲ１１は、保持回路ＨＯ１１から信号ＳＥＬとして「１」が出力されると、メモリ回路２０に記憶された加速度を受信する。これにより、ＯＲ回路ＯＲ１１は、メモリ回路２０に記憶された加速度を、速度基準レート回路６に出力する。

速度基準レート回路６は、ＯＲ回路ＯＲ１１からメモリ回路２０に記憶された加速度を受信すると、この加速度を変化率として、速度基準ＳＰ＿Ｒを演算する。

上述の動作を繰り返して、制御装置３は、電力変換器１を制御する。

本実施形態によれば、速度基準レート回路６には、トルクリミットでの加減速率が設定される。これにより、電動機２の速度ＳＰ＿Ｆと速度基準ＳＰ＿Ｒとの速度偏差ＳＰ＿ＤＥＶが一定となることで、制御装置３は、速度基準ＳＰ＿Ｒを微分した加減速トルクＴＣＭＰがゼロになるタイミングを最適化することができる。

図２は、本実施形態に係る電動機ドライブシステム５０の特性を示すグラフ図である。

従って、電動機ドライブシステム５０は、図２に示すように、加減速完了時の速度オーバシュートや、速度オフセットを抑制することができる。これにより、電動機ドライブシステム５０は、電動機２の加減速時間を最短化することができる。

本実施形態では、電動機２は、トルクリミットでの加減速であるため、速度基準レートの変化率が変わることによる加減速時間に対する影響なしに加減速特性を改善することができる。

（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係る電動機ドライブシステム５０Ａの構成を示す構成図である。

電動機ドライブシステム５０Ａは、図１に示す第１の実施形態に係る電動機ドライブシステム５０において、制御装置３を制御装置３Ａに代えている。その他の点は、同様の構成である。

制御装置３Ａは、速度信号演算器４と、積分器５と、速度基準レート回路６と、速度制御回路７と、トルクリミッタ８と、ｄｉ／ｄｔ回路９と、電流基準回路１０と、電流検出回路１１と、電流制御回路１２と、電圧基準回路１３と、ＰＷＭ回路１４と、加速減速レート設定器１６と、速度偏差一定検出部２２と、トルクリミット設定器２３と、ｄｉ／ｄｔ設定器２４と、加算器ＡＤ１と、微分器ＤＦ１と、ゲイン回路Ｇ１と、保持回路ＨＯ２１と、ＯＲ回路ＯＲ２１と、減算器ＳＵ１，ＳＵ２，ＳＵ２１，ＳＵ２２と、選択器ＳＷ２１Ａ，ＳＷ２１Ｂ，ＳＷ２２，ＳＷ２３と、設定器ＶＬ２１と、ゼロホールド回路ＺＨ２１，ＺＨ２２とを備えている。

次に、制御装置３Ａの運転開始の初期段階の動作について説明する。

まず、初期段階では、選択器ＳＷ２１Ｂ，ＳＷ２２，ＳＷ２３が入れられている。一方、選択器ＳＷ２１Ａは切られている。

トルクリミット設定器２３は、トルクリミット値ＴＲ＿ＭＡＸの初期値が設定されている。トルクリミット設定器２３は、選択器ＳＷ２１Ｂ，ＳＷ２２を順次に介して、設定されているトルクリミット値ＴＲ＿ＭＡＸを、ＯＲ回路ＯＲ２１に出力する。

ＯＲ回路ＯＲ２１は、選択器ＳＷ２１Ａが切られているため、減算器ＳＵ２２からの入力はない。従って、ＯＲ回路ＯＲ２１は、トルクリミット設定器２３に設定されているトルクリミット値ＴＲ＿ＭＡＸを、トルクリミッタ８に出力する。これにより、トルクリミッタ８は、トルクリミット設定器２３に設定されているトルクリミット値ＴＲ＿ＭＡＸで動作する。

ＯＲ回路ＯＲ２１は、トルクリミット設定器２３に設定されているトルクリミット値ＴＲ＿ＭＡＸを、ゼロホールド回路ＺＨ２２に出力する。

トルクリミッタ８に、トルクリミット設定器２３に設定されているトルクリミット値ＴＲ＿ＭＡＸが設定されると、許可信号ＥＮＡＢＬＥが入力される。これにより、選択器ＳＷ２１Ｂが切られる。一方、選択器ＳＷ２１Ａが入れられる。

ゼロホールド回路ＺＨ２２は、ＯＲ回路ＯＲ２１から入力されたトルクリミット値ＴＲ＿ＭＡＸを一時的に保持する。ゼロホールド回路ＺＨ２２は、一時的に保持したトルクリミット値ＴＲ＿ＭＡＸを、１サンプリング前のトルクリミット値ＴＲ＿ＭＡＸとして、減算器ＳＵ２２に出力する。

設定器ＶＬ２１には、「１」が設定されている。設定器ＶＬ２１は、設定されている「１」を、減算器ＳＵ２２に出力する。

減算器ＳＵ２２は、ゼロホールド回路ＺＨ２２から１サンプリング前のトルクリミット値ＴＲ＿ＭＡＸが入力される。減算器ＳＵ２２は、設定器ＶＬ２１から「１」が入力される。減算器ＳＵ２２は、１サンプリング前のトルクリミット値ＴＲ＿ＭＡＸから「１」を減算した値を最新のトルクリミット値ＴＲ＿ＭＡＸとして、演算する。減算器ＳＵ２２は、演算したトルクリミット値ＴＲ＿ＭＡＸをＯＲ回路ＯＲ２１に出力する。

ＯＲ回路ＯＲ２１は、選択器ＳＷ２１Ｂが切られているため、トルクリミット設定器２３からの入力はない。従って、ＯＲ回路ＯＲ２１は、減算器ＳＵ２２から入力されたトルクリミット値ＴＲ＿ＭＡＸを、トルクリミッタ８に出力する。これにより、トルクリミッタ８は、最新のトルクリミット値ＴＲ＿ＭＡＸで動作する。

この一連の処理により、速度偏差ＳＰ＿ＤＥＶが一定になるまでの間、トルクリミット設定器２３に設定されていたトルクリミット値ＴＲ＿ＭＡＸの初期値を減算し続ける。トルクリミッタ８は、設定器２３に設定されていたトルクリミット値ＴＲ＿ＭＡＸから減算し続ける最新のトルクリミット値ＴＲ＿ＭＡＸで動作する。

次に、電動機２が駆動すると、積分器５から減算器ＳＵ１に電動機速度ＳＰ＿Ｆが入力される。

減算器ＳＵ１は、速度基準ＳＰ＿Ｒと電動機速度ＳＰ＿Ｆとの速度偏差ＳＰ＿ＤＥＶを算出する。減算器ＳＵ１は、速度制御回路７、ゼロホールド回路ＺＨ２１及び減算器ＳＵ２１に、演算した速度偏差ＳＰ＿ＤＥＶを出力する。

ゼロホールド回路ＺＨ２１は、減算器ＳＵ１から入力された速度偏差ＳＰ＿ＤＥＶを一時的に保持する。ゼロホールド回路ＺＨ２１は、一時的に保持した速度偏差ＳＰ＿ＤＥＶを、１サンプリング前の速度偏差として、減算器ＳＵ２１に出力する。

減算器ＳＵ２１は、減算器ＳＵ１から最新の速度偏差ＳＰ＿ＤＥＶが入力される。減算器ＳＵ２１は、ゼロホールド回路ＺＨ２１から１サンプリング前の速度偏差ＳＰ＿ＤＥＶが入力される。減算器ＳＵ２１は、最新の速度偏差ＳＰ＿ＤＥＶと１サンプリング前の速度偏差ＳＰ＿ＤＥＶの差分を演算する。減算器ＳＵ２１は、演算した差分を速度偏差一定検出部２２に出力する。

速度偏差一定検出部２２は、減算器ＳＵ２１から入力された差分に基づいて、速度偏差ＳＰ＿ＤＥＶが一定になったことを検出する。速度偏差一定検出部２２は、速度偏差ＳＰ＿ＤＥＶが一定になったと検出すると、保持回路ＨＯ２１に速度偏差一定信号ＤＣを出力する。

保持回路ＨＯ２１は、速度偏差一定信号ＤＣが入力されると、信号ＤＣＸを「１」に保持し、選択器ＳＷ２２，ＳＷ２３に出力する。保持回路ＨＯ２１は、リセット信号ＲＥＳＥＴが入力されると、信号ＤＣＸを「０」にする。

選択器ＳＷ２２は、信号ＤＣＸを「１」として受信すると、切られる。これにより、ＯＲ回路ＯＲ２１には、トルクリミット設定器２３からの設定値が入力されなくなる。

選択器ＳＷ２３は、信号ＤＣＸを「１」として受信すると、切られる。これにより、減算器ＳＵ２２は、設定器ＶＬ２１に設定されている「１」が入力されなくなる。即ち、選択器ＳＷ２３は、１サンプリング前のトルクリミット値ＴＲ＿ＭＡＸを減算しない。

よって、速度偏差ＳＰ＿ＤＥＶの一定後は、トルクリミッタ８は、速度偏差ＳＰ＿ＤＥＶが一定になった直後のトルクリミット値ＴＲ＿ＭＡＸで動作する。

本実施形態によれば、速度偏差ＳＰ＿ＤＥＶが一定になるまで、トルクリミット設定器２３に設定されたトルクリミット値ＴＲ＿ＭＡＸの初期値を減算し続ける。この可変するトルクリミット値ＴＲ＿ＭＡＸで、トルクリミッタ８が動作することで、速度偏差ＳＰ＿ＤＥＶを一定にすることができる。これにより、加減速トルクＴＣＭＰがゼロになるタイミングが最適化することができる。

よって、電動機ドライブシステム５０Ａは、加減速完了時の速度オーバシュートや、速度オフセットが抑制することができる。

本実施形態に係る電動機ドライブシステム５０Ａは、加減速時間よりも、加減速完了時の速度オーバシュートや速度オフセットの抑制を優先させたい場合に、特に有効である。

（第３の実施形態）
図４は、本発明の第３の実施形態に係る電動機ドライブシステム５０Ｂの構成を示す構成図である。

電動機ドライブシステム５０Ｂは、図１に示す第１の実施形態に係る電動機ドライブシステム５０において、制御装置３を制御装置３Ｂに代えている。その他の点は、同様の構成である。

制御装置３Ｂは、速度信号演算器４と、積分器５と、速度基準レート回路６と、速度制御回路７と、トルクリミッタ８と、ｄｉ／ｄｔ回路９と、電流基準回路１０と、電流検出回路１１と、電流制御回路１２と、電圧基準回路１３と、ＰＷＭ回路１４と、加速減速レート設定器１６と、速度偏差一定検出部２２と、トルクリミット設定器２３と、ｄｉ／ｄｔ設定器２４と、積算器２５と、加算器ＡＤ１と、微分器ＤＦ１と、ゲイン回路Ｇ１，Ｇ３１と、保持回路ＨＯ３１と、ＮＯＴ回路ＮＯ３１と、ＯＲ回路ＯＲ３１と、減算器ＳＵ１，ＳＵ２，ＳＵ３１と、選択器ＳＷ３１Ａ，ＳＷ３１Ｂ，ＳＷ３２と、ゼロホールド回路ＺＨ３１とを備えている。

次に、制御装置３Ｂの運転開始の初期段階の動作について説明する。

まず、初期段階では、選択器ＳＷ３１Ｂ，ＳＷ３２が入れられている。一方、選択器ＳＷ３１Ａは切られている。

ｄｉ／ｄｔ設定器２４は、ｄｉ／ｄｔ回路９の変化率の初期値が設定されている。ｄｉ／ｄｔ設定器２４は、選択器ＳＷ３１Ｂを介して、設定されている変化率の初期値を、ＯＲ回路ＯＲ３１に出力する。ｄｉ／ｄｔ設定器２４は、設定されている変化率の初期値を、積算器２５に出力する。

ＯＲ回路ＯＲ３１は、選択器ＳＷ３１Ａが切られているため、積算器２５からの入力はない。従って、ＯＲ回路ＯＲ３１は、ｄｉ／ｄｔ設定器２４に設定されている変化率の初期値を信号ＬＭＴ＿ＤＩＤＴとして、ｄｉ／ｄｔ回路９に出力する。これにより、ｄｉ／ｄｔ回路９は、ｄｉ／ｄｔ設定器２４に設定されている変化率の初期値を信号ＬＭＴ＿ＤＩＤＴにより受信する。ｄｉ／ｄｔ回路９は、受信した信号ＬＭＴ＿ＤＩＤＴを変化率として動作する。従って、ｄｉ／ｄｔ回路９は、ｄｉ／ｄｔ設定器２４に設定されている変化率の初期値で動作する。

ｄｉ／ｄｔ回路９に、ｄｉ／ｄｔ設定器２４に設定されている変化率が設定されると、許可信号ＥＮＡＢＬＥが入力される。これにより、選択器ＳＷ３１Ｂが切られる。一方、選択器ＳＷ３１Ａが入れられる。従って、ｄｉ／ｄｔ回路９には、ｄｉ／ｄｔ設定器２４に設定されている変化率が積算器２５を介して、入力される。

次に、電動機２が駆動すると、積分器５から減算器ＳＵ１に電動機速度ＳＰ＿Ｆが入力される。

減算器ＳＵ１は、速度基準ＳＰ＿Ｒと電動機速度ＳＰ＿Ｆとの速度偏差ＳＰ＿ＤＥＶを算出する。減算器ＳＵ１は、速度制御回路７、ゼロホールド回路ＺＨ３１及び減算器ＳＵ３１に、演算した速度偏差ＳＰ＿ＤＥＶを出力する。

ゼロホールド回路ＺＨ３１は、減算器ＳＵ１から入力された速度偏差ＳＰ＿ＤＥＶを一時的に保持する。ゼロホールド回路ＺＨ３１は、一時的に保持した速度偏差ＳＰ＿ＤＥＶを、１サンプリング前の速度偏差として、減算器ＳＵ３１に出力する。

減算器ＳＵ３１は、減算器ＳＵ１から最新の速度偏差ＳＰ＿ＤＥＶが入力される。減算器ＳＵ３１は、ゼロホールド回路ＺＨ３１から１サンプリング前の速度偏差ＳＰ＿ＤＥＶが入力される。減算器ＳＵ３１は、最新の速度偏差ＳＰ＿ＤＥＶと１サンプリング前の速度偏差ＳＰ＿ＤＥＶの差分を演算する。減算器ＳＵ３１は、演算した差分を速度偏差一定検出部２２及びゲイン回路Ｇ３１に出力する。

ゲイン回路Ｇ３１は、減算器ＳＵ３１から入力された速度偏差ＳＰ＿ＤＥＶの差分に、ゲインを掛けて、積算器２５に出力する。

積算器２５は、ゲイン回路Ｇ３１からゲインを掛けた速度偏差ＳＰ＿ＤＥＶの差分が入力される。積算器２５は、ｄｉ／ｄｔ設定器２４から変化率の初期値が入力される。積算器２５は、ゲインを掛けた速度偏差ＳＰ＿ＤＥＶの差分と変化率の初期値の掛け算をする。

積算器２５は、この演算結果を、ＯＲ回路ＯＲ３１を介して、信号ＬＭＴ＿ＤＩＤＴとして、ｄｉ／ｄｔ回路９に出力する。従って、ｄｉ／ｄｔ回路９は、積算器２５から入力された信号ＬＭＴ＿ＤＩＤＴを変化率として動作する。

この一連の処理により、速度偏差ＳＰ＿ＤＥＶが一定になるまでの間、速度偏差ＳＰ＿ＤＥＶの増加に比例して、ｄｉ／ｄｔ回路９で変化率として用いられる信号ＬＭＴ＿ＤＩＤＴも増加する。ｄｉ／ｄｔ回路９は、速度偏差ＳＰ＿ＤＥＶの増加に比例して、増加し続ける最新の信号ＬＭＴ＿ＤＩＤＴを変化率として動作する。

速度偏差一定検出部２２は、減算器ＳＵ３１から入力された差分に基づいて、速度偏差ＳＰ＿ＤＥＶが一定になったことを検出する。速度偏差一定検出部２２は、速度偏差ＳＰ＿ＤＥＶが一定になったと検出すると、保持回路ＨＯ３１に速度偏差一定信号ＤＣを出力する。

保持回路ＨＯ３１は、速度偏差一定信号ＤＣが入力されると、信号ＤＣＸを「１」に保持し、ＮＯＴ回路ＮＯ３１に出力する。これにより、ＮＯＴ回路ＮＯ３１は、信号を「０」として、選択器ＳＷ３２に出力する。保持回路ＨＯ３１は、リセット信号ＲＥＳＥＴが入力されると、信号ＤＣＸを「０」にする。

選択器ＳＷ３２は、ＮＯＴ回路ＮＯ３１から信号を「０」として受信すると、切られる。これにより、ＯＲ回路ＯＲ３１には、積算器２５から信号が入力されなくなる。

従って、速度偏差ＳＰ＿ＤＥＶが一定になると、ｄｉ／ｄｔ回路９は、最後に、積算器２５から入力された信号ＬＭＴ＿ＤＩＤＴを変化率として動作する。

本実施形態によれば、速度偏差ＳＰ＿ＤＥＶが一定になるまで、ｄｉ／ｄｔ設定器２４に設定された変化率が、速度偏差ＳＰ＿ＤＥＶの大きさに比例し、信号ＬＭＴ＿ＤＩＤＴとして、ｄｉ／ｄｔ回路９に入力される。ｄｉ／ｄｔ回路９は、速度偏差ＳＰ＿ＤＥＶの大きさに比例した信号ＬＭＴ＿ＤＩＤＴを変化率として適用する。

これにより、電動機２の負荷が変わることにより、速度基準ＳＰ＿Ｒへの電動機２の加減速時間が短くなった場合において、加減速トルクＴＣＭＰの減少する時間を短くすることができる。これにより、加減速トルクＴＣＭＰがゼロになるタイミングを最適化することができる。

よって、電動機ドライブシステム５０Ｂは、加減速完了時の速度オーバシュートや、速度オフセットを抑制することができる。

（第４の実施形態）
図５は、本発明の第４の実施形態に係る電動機ドライブシステム５０Ｃの構成を示す構成図である。

電動機ドライブシステム５０Ｃは、図１に示す第１の実施形態に係る電動機ドライブシステム５０において、制御装置３を制御装置３Ｃに代えている。その他の点は、同様の構成である。

制御装置３Ｃは、速度信号演算器４と、積分器５と、速度基準レート回路６と、速度制御回路７と、トルクリミッタ８と、ｄｉ／ｄｔ回路９と、電流基準回路１０と、電流検出回路１１と、電流制御回路１２と、電圧基準回路１３と、ＰＷＭ回路１４と、加速減速レート設定器１６と、トルクリミット設定器２３と、ｄｉ／ｄｔ設定器２４と、速度偏差設定器２６と、比較器２７と、加算器ＡＤ１と、微分器ＤＦ１と、ゲイン回路Ｇ１と、保持回路ＨＯ４１と、ＯＲ回路ＯＲ４１と、減算器ＳＵ１，ＳＵ２，ＳＵ４１と、選択器ＳＷ４１Ａ，ＳＷ４１Ｂと、設定器ＶＬ４１とを備えている。

次に、制御装置３Ｃの運転開始の初期段階の動作について説明する。

まず、初期段階では、選択器ＳＷ４１Ｂが入れられている。一方、選択器ＳＷ４１Ａは切られている。

微分器ＤＦ１は、速度基準レート回路６から入力された速度基準ＳＰ＿Ｒを微分する。微分器ＤＦ１は、微分した演算結果をゲイン回路Ｇ１に出力する。

ゲイン回路Ｇ１は、微分器ＤＦ１から入力された演算結果に、ゲインを掛けて、加減速トルクＴＣＭＰを演算する。加減速トルクＴＣＭＰは、理想となる電動機２のトルクである。ゲイン回路Ｇ１は、演算した加減速トルクＴＣＭＰを、選択器ＳＷ４１Ｂを介して、ＯＲ回路ＯＲ４１に出力する。

ＯＲ回路ＯＲ４１は、選択器ＳＷ４１Ａが切られているため、設定器ＶＬ４１からの入力はない。従って、ＯＲ回路ＯＲ４１は、ゲイン回路Ｇ１から出力された加減速トルクＴＣＭＰを、加減速トルクＴＣＭＰＡとして、加算器ＡＤ１に出力する。

次に、電動機２の駆動開始後の制御装置３の動作について説明する。

電動機２が駆動すると、積分器５から減算器ＳＵ４１に電動機速度ＳＰ＿Ｆが入力される。

減算器ＳＵ４１は、外部速度基準ＳＰ＿ＲＥＦ１が入力される。減算器ＳＵ４１は、積分器５から入力された電動機速度ＳＰ＿Ｆと外部速度基準ＳＰ＿ＲＥＦ１とから速度偏差を演算する。減算器ＳＵ４１は、演算した速度偏差を比較器２７に出力する。

速度偏差設定器２６は、比較器２７で比較するための設定値ＳＰ＿ＤＥＶ＿ＳＥＴが設定されている。速度偏差設定器２６は、設定値ＳＰ＿ＤＥＶ＿ＳＥＴを比較器２７に出力する。

比較器２７は、速度偏差設定器２６から設定値ＳＰ＿ＤＥＶ＿ＳＥＴが入力される。比較器２７は、減算器ＳＵ４１から速度偏差が入力される。比較器２７は、減算器ＳＵ４１からの速度偏差が設定値ＳＰ＿ＤＥＶ＿ＳＥＴ以下になった場合、信号ＣＭＰを保持回路ＨＯ４１に出力する。

保持回路ＨＯ４１は、比較器２７から信号ＣＭＰが入力されると、信号ＣＭＰＸを「１」に保持し、選択器ＳＷ４１Ａ，ＳＷ４１Ｂに出力する。保持回路ＨＯ４１は、リセット信号ＲＥＳＥＴが入力されると、信号ＣＭＰＸを「０」にする。

選択器ＳＷ４１Ｂは、信号ＣＭＰＸを「１」として受信すると、切られる。これにより、ＯＲ回路ＯＲ４１には、ゲイン回路Ｇ１からの加減速トルクＴＣＭＰが入力されなくなる。

選択器ＳＷ４１Ａは、信号ＣＭＰＸを「１」として受信すると、入れられる。これにより、ＯＲ回路ＯＲ４１には、設定器ＶＬ４１に設定されている「０」が入力される。

保持回路ＨＯ４１が信号ＣＭＰＸを「１」として出力すると、ＯＲ回路ＯＲ４１は、設定器ＶＬ４１に設定されている「０」が入力される。一方、ＯＲ回路ＯＲ４１は、ゲイン回路Ｇ１から加減速トルクＴＣＭＰが入力されなくなる。従って、ＯＲ回路ＯＲ４１は、設定器ＶＬ４１に設定されている「０」を加減速トルクＴＣＭＰＡとして、加算器ＡＤ１に出力する。

本実施形態によれば、外部速度基準ＳＰ＿ＲＥＦ１と電動機速度ＳＰ＿Ｆとの差が、速度偏差設定器２６に設定された設定値ＳＰ＿ＤＥＶ＿ＳＥＴ以下になった場合、速度制御回路７から出力される速度制御出力ＡＳＰＲ＿ＯＵＴへの補償量となる加減速トルクＴＣＭＰＡをゼロにする。

これにより、制御装置３は、電動機２がトルクリミットで加減速した時に、電動機２の速度が、外部速度基準ＳＰ＿ＲＥＦ１へ到達する時点で、加減速トルクＴＣＭＰＡをゼロにすることができる。

従って、電動機ドライブシステム５０Ｃは、加減速トルクＴＣＭＰＡをゼロにするタイミングを、電流制御系の一次遅れ時間分だけ早めることで、加減速完了時の速度オーバシュートを抑制することができる。

（第５の実施形態）
図６は、本発明の第５の実施形態に係る電動機ドライブシステム５０Ｄの構成を示す構成図である。

電動機ドライブシステム５０Ｄは、図５に示す第４の実施形態に係る電動機ドライブシステム５０Ｃの制御装置３Ｃにおいて、ＯＲ回路ＯＲ４１と加算器ＡＤ１との間に、一次遅れフィルタ２８を追加して設けた構成である。その他の点は、同様の構成である。

一次遅れフィルタ２８は、電流制御系の一次遅れを模擬するためのフィルタである。一次遅れフィルタ２８は、ＯＲ回路ＯＲ４１から出力された加減速トルクＴＣＭＰＡが「０」になる動作を、電流制御系の一次遅れに近似する。

本実施形態によれば、第４の実施形態による作用効果に加え、以下の作用効果を得ることができる。

加減速トルクＴＣＭＰＡを出力する構成に、電流制御系を模擬した一次遅れフィルタ２８を追加することで、加減速トルクＴＣＭＰＡがゼロになる動作を、電流制御系の一次遅れに近似することができる。

従って、電動機ドライブシステム５０Ｄは、加減速トルクＴＣＭＰＡをゼロするタイミングを最適化することができる。よって、電動機ドライブシステム５０Ｄは、加減速完了時の速度オーバシュートや速度オフセットを抑制することができる。

（第６の実施形態）
図７は、本発明の第６の実施形態に係る電動機ドライブシステム５０Ｅの構成を示す構成図である。

電動機ドライブシステム５０Ｅは、図６に示す第５の実施形態に係る電動機ドライブシステム５０Ｄの制御装置３Ｄにおいて、速度制御回路７を速度制御回路７Ｅに代え、比較器２９及び設定器ＶＬ５１を追加して設けた構成である。その他の点は、同様の構成である。

比較器２９は、一次遅れフィルタ２８から加減速トルクＴＣＭＰＡを受信する。比較器２９は、受信した加減速トルクＴＣＭＰＡと、設定器ＶＬ５１に設定されている「０」とを比較する。比較器２９は、加減速トルクＴＣＭＰＡが「０」でない場合、許可信号ＡＳＰＲ＿ＥＮＡＢＬＥを速度制御回路７Ｅに出力する。

速度制御回路７Ｅは、第１の実施形態に係る速度制御回路７に、「許可信号ＡＳＰＲ＿ＥＮＡＢＬＥを受信している間は動作させる」という機能を追加した構成である。

速度制御回路７Ｅは、比較器２９から許可信号ＡＳＰＲ＿ＥＮＡＢＬＥを受信している間は、動作している。一方、速度制御回路７Ｅは、比較器２９から許可信号ＡＳＰＲ＿ＥＮＡＢＬＥを受信していない場合は、停止している。このとき、速度制御回路７Ｅは、速度制御出力ＡＳＰＲ＿ＯＵＴを出力しない。

従って、加減速トルクＴＣＭＰＡが「０」でない場合、トルクリミッタ８は、速度制御出力ＡＳＰＲ＿ＯＵＴに、加減速トルクＴＣＭＰＡが加算された信号を、加算器ＡＤ１から受信する。一方、加減速トルクＴＣＭＰＡが「０」である場合、トルクリミッタ８は、加減速トルクＴＣＭＰＡのみの信号を受信する。このとき、制御装置３Ｅは、加減速トルクＴＣＭＰＡに基づいて、電力変換器１を制御する。

本実施形態によれば、第５の実施形態による作用効果に加え、以下の作用効果を得ることができる。

速度基準ＳＰ＿Ｒを微分した加減速トルクＴＣＭＰＡが出力されていることを検出し、速度制御回路７Ｅの動作を停止させることにより、電動機２の加減速中は、電動機２のトルクは加減速トルクＴＣＭＰでのみ制御することができる。

従って、電動機ドライブシステム５０Ｅは、速度制御器７Ｅの特性に依存することなく電動機２は加減速することができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の第１の実施形態に係る電動機ドライブシステムの構成を示す構成図。 第１の実施形態に係る電動機ドライブシステムの特性を示すグラフ図。 本発明の第２の実施形態に係る電動機ドライブシステムの構成を示す構成図。 本発明の第３の実施形態に係る電動機ドライブシステムの構成を示す構成図。 本発明の第４の実施形態に係る電動機ドライブシステムの構成を示す構成図。 本発明の第５の実施形態に係る電動機ドライブシステムの構成を示す構成図。 本発明の第６の実施形態に係る電動機ドライブシステムの構成を示す構成図。

符号の説明

１…電力変換器、２…電動機、３…制御装置、４…速度信号演算器、５…積分器、６…速度基準レート回路、７…速度制御回路、８…トルクリミッタ、９…ｄｉ／ｄｔ回路、１０…電流基準回路、１２…電流制御回路、１３…電圧基準回路、１４…ＰＷＭ回路、１６…加速減速レート設定器、１９…加速度一定検出部、２０…メモリ回路、２３…トルクリミット設定器、２４…ｄｉ／ｄｔ設定器、５０…電動機ドライブシステム、ＡＤ１…加算器、ＣＴ１，ＣＴ２…変流器、ＤＦ１，ＤＦ１１…微分器、Ｇ１…ゲイン回路、ＨＯ１１…保持回路、ＯＲ１１…ＯＲ回路、ＳＳ…速度検出器、ＳＵ１，ＳＵ２，ＳＵ１１…減算器，ＳＷ１１Ａ，ＳＷ１１Ｂ…選択器、ＺＨ１１…ゼロホールド回路。

Claims (2)

1. 電動機の速度の基準となる速度基準の変化率により、前記速度基準を演算する速度基準演算手段と、
   前記電動機の速度を演算する速度演算手段と、
   前記速度基準演算手段により演算された前記速度基準と前記速度演算手段により演算された前記速度との偏差を演算する速度偏差演算手段と、
   前記速度偏差演算手段により演算された前記偏差に基づいて、前記電動機の速度を制御するための速度制御の出力をする速度制御手段と、
   前記速度基準演算手段により演算された前記速度基準に基づいて、前記電動機の加減速のトルクの基準となる加減速トルク基準を演算する加減速トルク基準演算手段と、
   前記加減速トルク基準演算手段により演算された加減速トルク基準を、前記速度制御手段から出力される前記速度制御の出力に補償する速度制御出力補償手段と、
   前記速度制御出力補償手段により補償された前記速度制御の出力に、前記電動機のトルクをリミット値により制限する処理をするトルクリミッタと、
   前記トルクリミッタにより処理された前記速度制御の出力に基づいて、ｄｉ／ｄｔ変化率を用いて、前記電動機のトルクの基準となるトルク基準を演算するトルク基準演算手段と、
   前記トルク基準演算手段により演算された前記トルク基準に基づいて、前記電動機を制御する制御手段と、
   前記速度偏差演算手段により演算された前記偏差に基づいて、前記電動機の加減速の完了時に、前記加減速トルク基準演算手段により演算される前記加減速トルク基準をゼロとするように、前記トルク基準演算手段の前記ｄｉ／ｄｔ変化率を変化させるｄｉ／ｄｔ変化率可変手段と
   を備えたことを特徴とする電力変換装置。
2. 請求項１に記載の電力変換装置と、
   前記電動機と
   を備えたことを特徴とする電動機ドライブシステム。

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