JPH01268478A - 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】 〔産業上の利用分野コ この発明は誘導電動機のベクトル制御演算装置、特に位
置を制御するＣ輔切削の精度の向上に関するものである
。

［従来の技術］ 第４図は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ブロック図であり、図において
（１）は三相交流電源、（２）は三相交流型ｉ１Ｋ　（
１）から送られた交流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）によって
整流された電圧を平滑するための平滑コンデンサ、（４
）は平滑コンデンサ（３）で平滑された直流電圧を三相
交流電圧に変換するトランジスタ等からなるインバータ
、（５）はインバータ（４）が出力する三相交流電圧に
より駆動される誘導電動機（以下、電動機という）であ
り、電動機（５）は工作機械の主軸に連結されている。

（６）は電動機（５）に取付けられ、その回転速度に見
合った信号を出力する速度検出器、（７）は電動機（５
）に取付けられ、その位置に見合った信号を出力する高
分解能位置検出器である。

（８）は電動機（５）の速度指令ω“あるいは位置指令
θ“を出力する数値制御装置、（９）は速度指令作成回
路であり、速度指令作成回路（９）は速度ループ運転時
には数値制御装置（８）から送られる速度指令をそのま
ま出力し、位置ループ運転時には数値制御装置（８）か
ら送られる位置指令θ８　と位置検出器（７）の位置検
出信号θ　とをつき合せて演算した速度指令ωゝを出力
する。（ｌＯ）は速度「 指令作成回路（９）から送られる速度指令ω９と速度検
出器（６）の速度検出信号ω　とからベクトル制御演算
を行ない、電動機（５）に与える一次電流の振幅１１１
．角速度ω　２位相角Δθを出力するベクトル制御演算
−路、（１１）はベクトル制御演算回路（１０）から送
られる一次電流の振幅１■　１．角速度ω　１位相角Δ
θからＵ相の一次電流指令ｌ　と、■相の一次電流指令
ｉ■ｓを作Ｓ る−次電流基準発生回路、（１２）は−次電流基準発生
回路（１１）から送られる一次電流指令！　、げｕｓ　
　　　ｖｓ と電動機（５）に流れる一次電流のフィードバック信号
とから、インバータ（４）のトランジスタのオン、オフ
を決定する電流制御回路である。

第５図は第４図に示した速度指令作成回路（９）とベク
トル制御演算回路（工０）の内部ブロック図を示す。図
において（１３）は位置指令信号θ１と位置検出信号θ
　との差に位置ループゲインに１．を乗「 算して速度指令ω”とする位置ループゲイン回路、（２
３）は速度ループ運転時と位置ループ運転時の設定を行
なうスイッチ、（１４）は速度指令ω率　と速度検出信
号ω　との差を比め１および積分制御演算するＰＩ制御
回路、（１５）はＰＩ制御回路（１４）の出力を一定の
飽和値１　１１ａＸで制限しトルク分電流指Ｓ 令五　とするリミッタ回路、（１６）は速度検出信号Ｓ ω　からリミッタ回路（１５）の出カビに見合ったｒ　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　ｑｓ二次磁束φ２を発生する弱め可変磁束発生
回路、（１７）は二次磁束φ２から二次磁束φ１を出力
する一次遅れ要素、（１ｇ）はφ；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、（１９）はφ２とＭから励磁分電流指令’ｄｓ幅演
算演算回路２１）は１９および１１８から一次電流Ｓ の位相角Δθを演算する位相角演算回路、（２２）は弓
、とφ２かやすべり角周波数ω８を演算するすべり角周
波数演算回路である。

次に動作について説明する。周知のベクトル制御論理に
よれば、電動機の所要発生トルクをＴＭ、極対数をＰ　
、二次抵抗をＲに次すアクタンスをＬ　１　トルク分電
流を１　、励磁分電流を２　　　　　　　　　　　　　
　　　　　ＱＳｉｄｓ’微分演算子をＳとすれば、次の
関係式が成り立つ。

しかして、ベクトル制御では速度指令信号ω＊、と速度
検出信号ω　との誤差をＰＩ制御回路（１４）で「 増幅し、リミッタ回路（１５）で一定の制限をかけてト
ルク分電流指令ビとする。また、励磁分電流Ｓ 演算回路（１９）は式（２）より、速度検出信号ω、と
トルク分電流指令１９により弱め可変磁束発生口Ｓ 路（１６）で得られる二次磁束φ　にＬ　２　／　Ｒ２
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（１８）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’ｄｓを得る。また、すべり
角周波数ω　は式（３）より、すべて角周波数演算回路
（２２）でトルク分電流指令１　を二次磁ｓ 束指令φ′で除して（Ｒ／Ｌ２）　　・Ｍなる係数を乗
算することによって得られる。

−次電流指令の振幅ＩＩ　１．角周波数ω。。

位相角Δθは次の式で求められる。

ＩＩ＊Ｉ　　　（ｉ”）”＋（ｉ”）”　　−（４）ｌ
　　　　　ｑｓ　　　　　　ｄｓ ω０−ω、＋ω８　　　　　　　　　　・・・（５）−
１，＊　　　。

Δθ−ｔａｎ　　＜　１９８／　ｔ　ｄｓ＞　　　　　
−（ａ）したがって振幅演算回路（２０）では式（４）
の演算を行い、位相角演算回路（２１）では式（６）の
演算を行なっている。

上記のように構成されたベクトル制御演算装置において
は、通常の主軸運転モードでは、電動機（５）の速度を
制御する速度ループを構成し、第５図においてスイッチ
２３はＡ側に設定される。また、Ｃ軸モードでは電動機
（５）の位置を制御する位置ループを構成し、スイッチ
２３はＢ側に設定される。

このＣ軸モード時の応答性は速度指令作成回路（９）の
位置ループゲイン回路（１３）に設定する位置ループゲ
インＫＰＰとベクトル制御演算回路（１０）のＰＩ制御
回路（１４）に設定する速度ループ比例ゲインＫ　　積
分ゲインに、一定まる。通常位置ルーＰ■′ プゲインＫ　の値は３０　ｓｅｃ”−’程度の値に設定
し速Ｐ 度ループ比例ゲインＫ　、積分ゲインに１■を速度ｖ 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
定して応答性の向上を図っている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のように構成した従来のベクトル制御演算装置おい
ては、電動機（５）の二次磁束φ２を無負荷時は定格の
約１７２の磁束負荷が大きくなるに従って徐々に１００
％定格磁束まで大きくする弱め可変磁束で定めて励磁分
電流を得ているため。主軸モード時とＣ時モード時のベ
クトル制御演算回路（１０）の速度応答は同じであった
。

しかしながら、工作機械をＣ輔切削用として使用する場
合、切削工具の刃出りにより一定しない外力が電動機（
５）に加わる。このため電動機（５）の速度応答が優れ
ていないと、一定しない外力により速度変動が生じ、目
的とする指令位置と実際の位置に大きな誤差のバラツキ
が生じてＣ軸切削の精度が低下するという問題点があっ
た。

また、位置誤差のバラツキを小さくするため、切削工具
の被切削物への切込みを小さくすると切削限界能力が低
下するという問題点もあった。

この発明はががる問題点を解決するためになされたもの
であり、電動機の位置を制御する位置ループを構成する
Ｃ軸切削時に切削精度の向上と、切削工具の被加工物へ
のくい込み防止による切削限界能力の向上を図ることが
できる誘導電動機のベクトル制御演算装置を得ることを
目的とするものである。

［課題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、
主軸モードからＣ軸モードに変ったときに、励磁分電流
を演算するための誘導電動機の二次磁束を弱め可変磁束
がら強め固定磁束に切換えることを特徴とする。

［作用］ この発明においては、主軸モードからＣ軸モードに切換
ったときに誘導電動機の二次磁束を主軸モード時の弱め
可変磁束から強め固定磁束に切換ることにより、ＣＩＴ
ｏ切削時切削度応答を高くする。

［実施例］ 第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図である。

なお、この実施例の全体構成は第４図に示したブロック
図と全く同じものである。第１図において、（９）　、
　　（１０）、　（１３）〜（２３）は第５図に示した
従来例と全く同じものである。（２４）は電動機（５）
の二次磁束φ２を１００％定格磁束の強め固定磁束とす
る強め固定磁束発生回路、（２５）は主軸モードとＣ軸
モードとを切換えるときに弱め可変磁束発生回路（１６
）と強め固定磁束発生回路（２４）を切換えるスイッチ
である。

上記のように構成されたベクトル制御演算装置の動作を
第２図に示したフローチャートを参照して説明する。

まず、電動機（５）のｆ、ＩＪ御が速度を＠ＩＪ御する
主軸モードか、位置を制御するＣ軸モードであるかを判
断しくステップｓ１）、主軸モードのときにはスイッチ
（２３）とスイッチ（２５）をＡ側に設定しくステップ
Ｓ２）、スイッチ（２３）で速度ループを選択すると共
に、電動機（５）の二次磁束φ２を弱め可変磁束発生回
路（１Ｂ）から送られる弱め可変磁束、すなわち無負荷
時はほぼ定格の５０％の磁束であり、負荷が大きくなる
にしたがって徐々に１００％定格磁束まで大きくなる磁
束としくステップＳ３）、この二次磁束φ　を励磁分電
流演算回路（１９）に送り励磁分電流ｉ♂８を演算する
。

電動機（５）の制御が位置を制御するＣ軸モードである
ときは、スイッチ（２３）とスイッチ（２５）をＢ側に
設定しくステップｓ４）、位置ループを選択すると共に
、電動機（５）の二次磁束φ２を強め固定磁束発生回路
（２４）から送られる強め固定磁束としくステップＳ５
）、励磁分電流’ｄｓを演算する。

ここで、通常の主軸モード時においては、電動機（５）
の励磁音の低減のために電動機（５）の二次磁束Φ２を
弱め可変磁束としているが、Ｃ軸切削のように切削精度
、切削能力が第１に要求される制御においては、予め電
動機（５）の二次磁束Φ２を強め固定磁束としてベクト
ル制御演算回路（■０）の速度応答を高くするのである
。

第３図（ｂ）は、この実施例により電動機（５）の二次
磁束φ２を１００％定格の磁束φとしてＣ軸切削を行な
ったときの負荷の変動と負荷の変動により変化するトル
ク分電流指令！　及び位置の誤差ｓ のバラツキを示し、第３図（ｂ）は従来により電動機（
５）の二次磁束φ２を５０％定格から１００％定格に変
化する弱め可変磁束φとしてＣ軸切削を行なったときの
位置の誤差を比較のために示した波形図である。図に示
すように、この実施例によると位置の誤差及びそのバラ
ツキは従来例と比べて非常に小さくすることができた。

［発明の効果コ この発明は以上説明したように、誘導電動機の磁束を決
める二次磁束を、主軸モードからＣ軸モードに切換える
ときに弱め可変磁束から強め固定磁束に切換えるように
したので、Ｃ軸切削時の位置誤差のバラツキを小さく抑
えることができ、Ｃ軸切削の切削精度を向上させること
ができる。

また、切削精度が向上することから切削限界能力も向上
させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示すブロック図、第２図は
上記実施例の動作を示すフローチャート、第３図（ａ）
　、　（ｂ）は従来例と上記実施例による位置誤差の波
形比較図、第４図は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ブロック図、第５図
は従来例のブロック図である。 （９）・・・速度指令作成回路、（ｌＯ）・・・ベクト
ル制御演算回路、（１６）・・・弱め可変磁束発生回路
、（１９）・・・励磁分電流演算回路、（２３）　、　
（２５）・・・スイッチ、（２４）・・・強め固定磁束
発生回路。 なお、図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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ベクトル制御演算装置におい
   て、 位置を制御するＣ軸モード時に、誘導電動機の二次磁束
   を強め固定磁束として励磁分電流を得ることを特徴とす
   る誘導電動機のベクトル制御演算装置。