誘導電動機の制御装置及び制御方法
【課題】誘導電動機の回転速度を把握し、その回転速度よりトルク指令値を演算した後、そのトルク指令値で誘導電動機を制御することでトルクモータと同等の回転速度−トルク特性が得られるようにすることができる誘導電動機の制御装置又は制御方法を提供する
【解決手段】誘導電動機の制御装置１０は、基本トルク指令値と誘導電動機１０６の検出速度又は速度推定部１１２からの推定速度とからトルク指令値を演算するトルク指令値演算部１８と、トルク指令値に基づいて、トルク電流指令値を演算するトルク電流指令値演算部１９とを備える。
【解決手段】誘導電動機の制御装置１０は、基本トルク指令値と誘導電動機１０６の検出速度又は速度推定部１１２からの推定速度とからトルク指令値を演算するトルク指令値演算部１８と、トルク指令値に基づいて、トルク電流指令値を演算するトルク電流指令値演算部１９とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導電動機の制御装置及び制御方法に関し、特に、トルク制御を行う誘導電動機の制御装置及び制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、誘導電動機の制御装置としては、誘導電動機に３相の駆動電流を供給するインバータ回路と、このインバータ回路に正弦波のＰＷＭ信号を供給するＰＷＭ回路とを備え、外部からの速度指令信号と磁束指令信号に基づいてＰＷＭ回路に制御信号を出力する誘導電動機の制御装置が種々提案されている。（例えば、特許文献１参照）
【０００３】
線材などドラムに巻かれている材料を一旦送り出して何らかの加工を施し、再び巻き取る従来の巻き取り装置は、図４で示す装置構成となる。図４で示す巻き取り装置２００は、送り出し側ドラム２０１と送り出し側トルクモータ２０２と送り出し側ダンサーロール２０３と加工ブロック２０４と巻き取り側ダンサーロール２０５と巻き取り側ドラム２０６と巻き取り側トルクモータ２０７とトルクモータドライバ（モータコントローラ：送り出し側）２０８とトルクモータドライバ（モータコントローラ：巻き取り側）２０９とプログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）２１０を備えている。
【０００４】
上記の巻き取り装置２００では、材料の張力変動を吸収するため、図４で示したダンサーロール２０３，２０５を用いるが、電動機にトルクモータ２０２，２０７を使用して張力一定で巻き取ることで材料の張力変動を抑制している。トルクモータを用いた巻き取り制御装置として、特許文献２等に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−０３７３００号公報
【特許文献２】特開平１１−１２２９８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
トルクモータは、図５に示すような回転速度−トルク特性を有しているため、トルクモータを駆動するためにモータ印加電圧を可変する必要があり、通常のインバータ（電動機の制御装置）によるＶ／ｆ制御では駆動できず専用のモータコントローラが必要である。またトルクモータ自体が非常に高価なためシステムコストが高くなるという問題があった。そのため、トルクモータの代わりに汎用誘導電動機（以下、モータと称する）を用い、インバータで駆動されるモータによる巻き取り装置の要求があった。
【０００７】
本発明の目的は、上記の課題に鑑み、モータの回転速度を把握し、その回転速度よりトルク指令値を演算した後、そのトルク指令値でモータを制御することでトルクモータと同等の回転速度−トルク特性が得られるようにすることができる誘導電動機の制御装置又は制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る誘導電動機の制御装置又は制御方法は、上記の目的を達成するため、次のように構成される。
第１の誘導電動機の制御装置（請求項１に対応）は、３相電圧指令値に基づいて、直流電力を３相交流電力に変換して誘導電動機に供給するインバータ部と、前記誘導電動機に流れる３相電流を２相電流に変換する３相／２相座標変換部と、前記２相電流をｄ軸成分の磁束電流及びｑ軸成分のトルク電流に変換する２相／ｄｑ座標変換部と、磁束電流指令値及び前記磁束電流から磁束電圧指令値を生成する磁束電流制御部と、トルク電流指令値及び前記トルク電流からトルク電圧指令値を生成するトルク電流制御部と、前記磁束電圧指令値及び前記トルク電圧指令値から２相電圧指令値に変換するｄｑ／２相座標変換部と、前記２相電圧指令値から前記３相電圧指令値に変換する２相／３相座標変換部と、前記２相電流及び前記２相電圧指令値から前記誘導電動機の磁束を推定する磁束推定部と、磁束指令値及び前記磁束推定部からの推定磁束から前記磁束電流指令値を生成する磁束制御部と、前記磁束推定部からの推定磁束から前記誘導電動機の速度を推定する速度推定部と、前記磁束電流指令値及び前記トルク電流指令値から前記誘導電動機のすべり角周波数を演算するすべり演算部と、前記誘導電動機の検出速度又は前記速度推定部からの推定速度と前記すべり角周波数とから位相角を演算する位相角演算部と、基本トルク指令値と前記誘導電動機の検出速度又は前記速度推定部からの推定速度とからトルク指令値を演算するトルク指令値演算部と、前記トルク指令値に基づいて、前記トルク電流指令値を演算するトルク電流指令値演算部と、を備えることを特徴とする。
第２の誘導電動機の制御装置（請求項２に対応）は、上記の構成において、好ましくは前記トルク指令値演算部は、基本トルク指令値Ｔ０＊とトルク指令値Ｔｍ＊との関係が、回転速度Ｎの基準回転速度Ｎ０に対する大小関係で、Ｎ０≧Ｎの場合は、Ｔｍ＊＝Ｔ０＊とし、Ｎ０＜Ｎの場合は、Ｔｍ＊＝Ｔ０＊（Ｎ０／Ｎ）となるように演算を行うことを特徴とする。
第３の誘導電動機の制御装置（請求項３に対応）は、上記の構成において、好ましくは前記トルク指令値演算部は、低減率ｒと基本トルク指令値Ｔ０＊とトルク指令値Ｔｍ＊との関係が、回転速度Ｎの基準回転速度Ｎ０に対する大小関係で、Ｎ０≧Ｎの場合は、Ｔｍ＊＝Ｔ０＊とし、Ｎ０＜Ｎの場合は、Ｔｍ＊＝Ｔ０＊（ｒ・Ｎ０／（Ｎ＋Ｎ０（ｒ−１）））となるように演算を行うことを特徴とする。
第１の誘導電動機の制御方法（請求項４に対応）は、３相電圧指令値に基づいて、直流電力を３相交流電力に変換して誘導電動機に供給するステップと、前記誘導電動機に流れる３相電流を２相電流に変換する３相／２相座標変換ステップと、前記２相電流をｄ軸成分の磁束電流及びｑ軸成分のトルク電流に変換する２相／ｄｑ座標変換ステップと、磁束電流指令値及び前記磁束電流から磁束電圧指令値を生成する磁束電流制御ステップと、トルク電流指令値及び前記トルク電流からトルク電圧指令値を生成するトルク電流制御ステップと、前記磁束電圧指令値及び前記トルク電圧指令値から２相電圧指令値に変換するｄｑ／２相座標変換ステップと、前記２相電圧指令値から前記３相電圧指令値に変換する２相／３相座標変換ステップと、前記２相電流及び前記２相電圧指令値から前記誘導電動機の磁束を推定する磁束推定ステップと、磁束指令値及び前記磁束推定ステップからの推定磁束から前記磁束電流指令値を生成する磁束制御ステップと、前記磁束推定ステップからの推定磁束から前記誘導電動機の速度を推定する速度推定ステップと、前記磁束電流指令値及び前記トルク電流指令値から前記誘導電動機のすべり角周波数を演算するすべり演算ステップと、前記誘導電動機の検出速度又は前記速度推定ステップからの推定速度と前記すべり角周波数とから位相角を演算する位相角演算ステップと、基本トルク指令値と前記誘導電動機の検出速度又は前記速度推定ステップからの推定速度とからトルク指令値を演算するトルク指令値演算ステップと、前記トルク指令値に基づいて、前記トルク電流指令値を演算するトルク電流指令値演算ステップと、を備えることを特徴とする
第２の誘導電動機の制御方法（請求項５に対応）は、上記の方法において、好ましくは前記トルク指令値演算ステップは、基本トルク指令値Ｔ０＊とトルク指令値Ｔｍ＊との関係が、回転速度Ｎの基準回転速度Ｎ０に対する大小関係で、Ｎ０≧Ｎの場合は、Ｔｍ＊＝Ｔ０＊とし、Ｎ０＜Ｎの場合は、Ｔｍ＊＝Ｔ０＊（Ｎ０／Ｎ）となるように演算を行うことを特徴とする。
第３の誘導電動機の制御方法（請求項６に対応）は、上記の方法において、好ましくは前記トルク指令値演算ステップは、低減率ｒと基本トルク指令値Ｔ０＊とトルク指令値Ｔｍ＊との関係が、回転速度Ｎの基準回転速度Ｎ０に対する大小関係で、Ｎ０≧Ｎの場合は、Ｔｍ＊＝Ｔ０＊とし、Ｎ０＜Ｎの場合は、Ｔｍ＊＝Ｔ０＊（ｒ・Ｎ０／（Ｎ＋Ｎ０（ｒ−１）））となるように演算を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、モータの回転速度を把握し、その回転速度よりトルク指令値を演算した後、そのトルク指令値でモータを制御することでトルクモータと同等の回転速度−トルク特性が得られるようにすることができる誘導電動機の制御装置又は制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の本実施形態に係る誘導電動機の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の本実施形態に係る誘導電動機の制御装置でのトルク指令値演算の特性曲線である。
【図３】本発明の本実施形態に係る誘導電動機の制御装置の動作を説明するフローチャートである。
【図４】従来の巻き取り装置の構成図である。
【図５】トルクモータの回転速度−トルク特性の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の好適な実施形態（実施例）を添付図面に基づいて説明する。
【００１２】
図１は、本発明の本実施形態に係る誘導電動機の制御装置の構成を示すブロック図である。
【００１３】
図１で示す誘導電動機の制御装置１０（以下、制御装置１０）は、３相交流電源１０１及びモータ（ＩＭ）１０６に接続され、モータ１０６を制御する制御装置であり、ダイオード整流回路１０２、平滑回路１０３、インバータ回路１０４、ＰＷＭゲート信号生成器１０５、パルスジェネレータ（ＰＧ）センサ１０７、電流センサ１０８、３相／２相座標変換器１０９、２相／ｄｑ座標変換器１１０、磁束推定器１１１、速度推定器１１２、フィードバック速度切替器１１３、すべり演算器１１４、積分器１１５、磁束ＰＩ制御器１１６、磁束電流ＰＩ制御器１１７、トルク電流ＰＩ制御器１１９、ｄｑ／２相座標変換器１２０、２相／３相座標変換器１２１を備えている。また、制御装置１０は、トルク指令値演算部１８とトルク電流指令値演算部１９と速度ＰＩ制御器２０とトルクリミッタ２１とトルク指令値切替器２２を備えている。
【００１４】
制御装置１０は、磁束指令値φｄ＊と、基本トルク指令値Ｔ０＊又は最大速度指令値ωｍｍａｘ＊を目標に、インバータ回路１０４を用いてモータ１０６を駆動するものである。なお、インバータ回路１０４の機能は、パワースイッチング素子によって実現されるが、以下で述べる各機能は、ＣＰＵ（Central Proccesing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等で構成されたコンピュータと、ＲＯＭ，ＲＡＭ等に格納されたプログラムとによって実現される。
【００１５】
制御装置１０は、まず、磁束指令値φｄ＊と磁束推定器１１１によって推定された磁束推定値φｄ＾との偏差Δφｄを偏差演算部１２２によって演算し、得られた偏差Δφｄは磁束ＰＩ制御器１１６に入力される。磁束ＰＩ制御器１１６は、入力された偏差Δφｄに基づいて磁束電流指令値Ｉｄ＊を生成する。次に、磁束電流指令値Ｉｄ＊と２相／ｄｑ座標変換器１１０から出力されるｄ軸の磁束電流ｉｄとの偏差ΔＩｄを偏差演算部１２３によって演算し、得られた偏差ΔＩｄは磁束電流ＰＩ制御器１１７に入力される。磁束電流ＰＩ制御器１１７は、入力された偏差ΔＩｄに基づいてｄ軸電圧指令Ｖｄ＊を生成する。
【００１６】
一方、制御装置１０は、トルク指令値演算部１８において、基本トルク指令値Ｔ０＊と速度推定器１１２によって推定された速度推定値ωｍ＾または、パルスジェネレータセンサ１０７によって検出された速度ωｍとに基づいてトルク指令値Ｔｍ＊を演算する。そして、回転速度Ｎが回転速度制限値Ｎｍａｘより小さいときは、トルク指令値切替器２２を介して、そのトルク指令値Ｔｍ＊がトルク電流指令値演算部１９に入力され、そのトルク指令値Ｔｍ＊に基づいてトルク電流指令値演算部１９は、トルク電流指令値Ｉｑ＊を演算する。また、回転速度Ｎが回転速度制限値Ｎｍａｘを超えたときは、回転速度制限値Ｎｍａｘから得られる最大速度指令値ωｍｍａｘ＊と速度推定器１１２によって推定された速度推定値ωｍ＾または、パルスジェネレータセンサ１０７によって検出された速度ωｍとの偏差Δωｍを偏差演算部１２４によって演算し、得られた偏差Δωｍは速度ＰＩ制御器２０に入力される。その出力はトルクリミッタ２１によって制限され、トルク指令値切替器２２を介してトルク電流指令値演算部１９に入力される。トルク電流指令値演算部１９は、入力された信号に基づいてトルク電流指令値Ｉｑ＊を生成する。次に、トルク電流指令値Ｉｑ＊と２相／ｄｑ座標変換器１１０から出力されるｑ軸のトルク電流ｉｑとの偏差ΔＩｑを偏差演算部１２５によって演算し、得られた偏差ΔＩｑはトルク電流ＰＩ制御器１１９に入力される。トルク電流ＰＩ制御器１１９は、入力された偏差ΔＩｑに基づいてｑ軸電圧指令Ｖｑ＊を生成する。
【００１７】
磁束電流ＰＩ制御器１１７から出力されるｄ軸電圧指令Ｖｄ＊と、トルク電流ＰＩ制御器１１９から出力されるｑ軸電圧指令Ｖｑ＊は、ｄｑ／２相座標変換器１２０に入力される。ｄｑ／２相座標変換器１２０は、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＊とｑ軸電圧指令Ｖｑ＊と積分器１１５から出力される位相角θに基づいてα軸、β軸の２相電圧指令Ｖα＊、Ｖβ＊を出力する。２相電圧指令Ｖα＊、Ｖβ＊は、２相／３相座標変換器１２１に入力される。２相／３相座標変換器１２１は、入力された２相電圧指令Ｖα＊、Ｖβ＊に基づいてＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を生成する。生成された３相電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊は、ＰＷＭ（Pulse Width Moduration）ゲート信号生成器１０５に入力される。ＰＷＭゲート信号生成器１０５は、ＰＷＭ制御によりインバータ回路１０４の出力電圧を３相電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に従い制御する。
【００１８】
図１の構成図において、制御装置１０には、３相のモータ１０６が接続されており、電流センサ１０８がモータ１０６のＷ相の電流ｉｗとＵ相の電流ｉｕを検出している。なお、この電流センサ１０８は、３相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の内、２相（Ｗ相、Ｕ相）の電流ｉｗ，ｉｕを検出しているが、３相電流の和はゼロであるから他の１相（Ｖ相）の電流ｉｖは一意に定められる。また、モータ１０６の速度ωｍは、パルスジェネレータセンサ１０７で検出している。
【００１９】
電流センサ１０８によって検出された電流ｉｗ，ｉｕは、３相／２相座標変換器１０９に入力される。３相／２相座標変換器１０９は、電流ｉｗ，ｉｕに基づいて３相／２相座標変換を行ってα軸、β軸の２相電流ｉα，ｉβを生成し、２相／ｄｑ座標変換器１１０に出力する。２相／ｄｑ座標変換器１１０は、２相電流ｉα，ｉβと、積分器１１５から出力される位相角θに基づいてｄ軸の磁束電流ｉｄとｑ軸のトルク電流ｉｑを出力する。
【００２０】
一方、磁束推定器１１１は、ｄｑ／２相座標変換器１２０から出力される２相電圧指令Ｖα＊、Ｖβ＊と、３相／２相座標変換器１０９から出力される２相電流ｉα，ｉβに基づいてα軸、β軸の磁束推定値φα＾、φβ＾を生成し、それらを速度推定器１１２に出力する。速度推定器１１２は、磁束推定値φα＾、φβ＾に基づいて速度推定値ωｍ＾を生成する。フィードバック速度切替器１１３は、フィードバックに用いる速度信号として速度推定値ωｍ＾を用いるか、パルスジェネレータセンサ１０７によって検出された速度ωｍを用いるかを選択して切り替えることができるスイッチである。
【００２１】
すべり演算器１１４は、磁束ＰＩ制御器１１６から出力される磁束電流指令値Ｉｄ＊と、トルク電流指令値演算部１９から出力されるトルク電流指令値Ｉｑ＊とに基づいて、モータ１０６のすべり速度推定値ωｓを演算し、演算器１２６は、速度推定値ωｍ＾または、速度ωｍと、すべり速度推定値ωｓとを入力し、ωｅ＝ωｍ＾＋ωｓまたはωｅ＝ωｍ＋ωｓを演算し、電源角周波数（インバータ出力角周波数）ωｅを出力する。このωｅは、積分器１１５によって位相角θに変換され、２相／ｄｑ座標変換器１１０と、ｄｑ／２相座標変換器１２０に入力される。
【００２２】
上記のように、モータ１０６を制御する場合、磁束とトルクを個別に制御するベクトル制御が使用される。トルクはモータ１０６の速度をパルスジェネレータセンサ１０７で検出するか、又はモータパラメータ及び２相電圧指令Ｖα＊、Ｖβ＊とモータ１０６の電流ｉｗ，ｉｕから得られた２相電流ｉα，ｉβを用いて推定された磁束推定値φα＾、φβ＾とともに速度推定値ωｍ＾を演算することにより、モータ１０６の速度信号（ωｍ＾またはωｍ）と基本トルク指令値Ｔ０＊とに基づいてトルク指令値演算部１８において、トルク指令値Ｔｍ＊を演算する。そして、回転速度Ｎが回転速度制限値Ｎｍａｘより小さいときは、トルク指令値切替器２２を介して、そのトルク指令値Ｔｍ＊がトルク電流指令値演算部１９に入力され、そのトルク指令値Ｔｍ＊に基づいてトルク電流指令値演算部１９は、トルク電流指令値Ｉｑ＊を演算する。また、回転速度Ｎが回転速度制限値Ｎｍａｘを超えたときは、回転速度制限値Ｎｍａｘから得られる最大速度指令値ωｍｍａｘ＊と速度推定器１１２によって推定された速度推定値ωｍ＾または、パルスジェネレータセンサ１０７によって検出された速度ωｍとの偏差Δωｍを偏差演算部１２４によって演算し、得られた偏差Δωｍは速度ＰＩ制御器２０に入力される。その出力はトルクリミッタ２１によって制限され、トルク指令値切替器２２を介してトルク電流指令値演算部１９に入力される。トルク電流指令値演算部１９は、入力された信号に基づいてトルク電流指令値Ｉｑ＊を生成する。一方磁束は、モータ１０６の励磁電流から演算された磁束指令値φｄ＊と磁束推定値φｄ＾との偏差ΔφｄからＰＩ制御することで磁束電流指令値Ｉｄ＊を生成する。それぞれの電流指令値Ｉｑ＊、Ｉｄ＊とモータ１０６の電流ｉｗ，ｉｕを座標変換して得られた回転座標（ｑ軸、ｄ軸）上の電流ｉｑ，ｉｄとの偏差ΔＩｑ、ΔＩｄからＰＩ制御を行い、電圧指令値Ｖｑ＊、Ｖｄ＊を生成し、最終的に３相交流の電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に変換して、ＰＷＭゲート信号を生成してインバータ回路１０４のスイッチングを制御してモータ１０６を駆動する。
【００２３】
次に、図１及び図２に基づき本発明の動作を説明する。図２は、トルク指令値演算部１８で行われる演算を説明するためのグラフである。図１の制御ブロックは、ベクトル制御のブロック図となっているが、トルクモータと同等の回転速度−トルク特性を実現するに当たり、トルク指令値演算部１８によってトルク指令値Ｔｍ＊を基本トルク指令値Ｔ０＊及びモータ１０６の回転速度Ｎから演算する。また、トルク電流指令値演算部１９は、トルク指令値Ｔｍ＊に基づいてトルク電流指令値ｉｑ＊を演算する。さらに、トルク指令値切替器２２は、回転速度Ｎが回転速度制限値Ｎｍａｘ以下のときは、トルク指令値演算部１８からの出力をトルク電流指令値演算部１９に入力するように切り替え、回転速度Ｎが回転速度制限値Ｎｍａｘ以上になったときはトルクリミッタ２１からの出力をトルク電流指令値演算部１９に入力するように切り替える。
【００２４】
通常のトルク制御は、外部から任意のトルク指令値を受けて、そのトルク指令値に追従するトルクを出力する。本発明ではトルクモータのように回転速度に応じたトルク特性を得られるよう、モータ１０６の回転速度（回転角周波数ωｍ又は推定回転角周波数ωｍ＾）をフィードバックして、図２に示すようなトルク指令値を自動で生成するようにしている。図２での横軸は、回転速度Ｎを表し、縦軸は、トルク指令値Ｔｍ＊を表している。図２では、縦軸のＴｍ＊はトルク指令値Ｔ０＊に対する低減率（トルク低減率）で示している。
【００２５】
図２に示すように、トルク指令値演算部１８では、モータ１０６のトルク指令値Ｔｍ＊を回転速度Ｎに対して定トルク指令値と低減トルク指令値の領域に分割する。領域を分割するモータ１０６の基準回転速度Ｎ０は任意の値で設定可能である。回転速度Ｎが基準回転速度Ｎ０より小さいときは、トルク指令値Ｔｍ＊を１００％出力する定トルク指令値であり、定トルク指令値については基本となる基本トルク指令値Ｔ０＊をそのまま出力するようにしておく。この基本トルク指令値Ｔ０＊は任意の値で設定可能である。回転速度Ｎが基準回転速度Ｎ０以上のときは図２の基本カーブで示す低減トルク指令値となる。低減トルク指令値については基本トルク指令値Ｔ０＊とモータ１０６の回転速度Ｎから（１）式で計算されたトルク指令値Ｔｍ＊を出力する（図２の曲線（基本カーブ））。
【００２６】
Ｔｍ＊＝Ｔ０＊（Ｎ０／Ｎ）・・・・（１）
【００２７】
なお、低減トルク指令値の低減率を任意に設定できるようにするため、別途入力により低減率ｒを設定しておき、（２）式を用いることで自由にトルク特性を可変することが可能となる（図２の曲線（ゲイン倍カーブ１，ゲイン倍カーブ２））。
【００２８】
Ｔｍ＊＝Ｔ０＊（ｒ・Ｎ０／（Ｎ＋Ｎ０（ｒ−１）））・・・・（２）
【００２９】
図２でのゲイン倍カーブ１は（２）式でのｒを１より小さくした場合であり、ゲイン倍カーブ２は（２）式でのｒを１より大きくした場合である。
【００３０】
また、回転速度制限値Ｎｍａｘを設定しておき、回転速度Ｎが回転速度制限値Ｎｍａｘを超えた場合は回転速度制限値Ｎｍａｘによる速度制御に切り替えを行い、回転速度Ｎの上昇による危険を回避するようにする。すなわち、トルク指令値切替器２２を、トルク指令値演算部１８との接続からトルクリミッタ２１との接続に切り替える。
【００３１】
図３は、制御装置１０のトルク指令値演算部１８とトルク指令値切替器２２で行われる動作を説明するフローチャートである。
ステップＳ１１：トルク指令値演算部１８にトルク指令値Ｔ０＊が入力される。
ステップＳ１２：速度推定値ωｍ＾又は速度ωｍが入力される。
ステップＳ１３：速度推定値ωｍ＾又は速度ωｍから回転速度Ｎが計算される。
ステップＳ１４：回転速度Ｎが基準回転速度Ｎ０より小さい（Ｎ＜Ｎ０）か否か判断する。ＹＥＳのとき、ステップＳ１５を実行し、ＮＯのとき、ステップＳ１６を実行する。
ステップＳ１５：トルク指令値Ｔｍ＊としてＴ０＊をそのまま出力する。
ステップＳ１６：回転速度Ｎが回転速度制限値Ｎｍａｘより小さい（Ｎ＜Ｎｍａｘ）か否か判断する。ＹＥＳのとき、ステップＳ１７を実行し、ＮＯのとき、ステップＳ１８を実行する。
ステップＳ１７：トルク指令値Ｔｍ＊としてＴ０＊（Ｎ０／Ｎ）を出力する。
ステップＳ１８：トルクリミッタ２１からの出力をトルク電流指令値演算部１９に入力するようにトルク指令値切替器（スイッチ）２２を切り替える。
そして、リターンする。
【００３２】
なお、上記のステップＳ１７は、Ｔｍ＊としてＴ０＊（ｒ・Ｎ０／（Ｎ＋Ｎ０（ｒ−１）））を出力するようにすることができる。また、図５で示したトルクモータの回転速度−トルク特性と同様に、出力されるトルク指令値Ｔｍ＊を回転速度Ｎの増加で直線的に減少するような一次関数になるように設定することもできる。
【００３３】
以上説明したように、モータの回転速度によりトルク指令値を自動で可変することで、トルクモータと同等の回転速度−トルク特性を得られる。また、基本トルクや低減トルクとなる回転速度やトルク低減率を任意に設定することで、自由に回転速度−トルク特性を設定することが可能となる。この結果、トルクモータを使用していた巻き取り装置に、モータ（汎用誘導電動機）を用いて安価でかつ安定した巻き取り装置を実現することが可能となる。
【００３４】
以上の実施形態で説明された構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎず、また数値および各構成の組成（材質）等については例示にすぎない。従って本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明に係る誘導電動機の制御装置及び制御方法は、誘導電動機の駆動を制御する装置及び方法として利用される。
【符号の説明】
【００３６】
１０ 誘導電動機の制御装置
１８ トルク指令値演算部
１９ トルク電流指令値演算部
２０ 速度ＰＩ制御器
２１ トルクリミッタ
２２ トルク指令値切替器
１０１ ３相交流電源
１０２ ダイオード整流回路
１０３ 平滑回路
１０４ インバータ回路
１０５ ＰＷＭゲート信号生成器
１０６ 誘導電動機（モータ）
１０７ パルスジェネレータ（ＰＧ）センサ
１０８ 電流センサ
１０９ ３相／２相座標変換器
１１０ ２相／ｄｑ座標変換器
１１１ 磁束推定器
１１２ 速度推定器
１１３ フィードバック速度切替器
１１４ すべり演算器
１１５ 積分器
１１６ 磁束ＰＩ制御器
１１７ 磁束電流ＰＩ制御器
１１９ トルク電流ＰＩ制御器
１２０ ｄｑ／２相座標変換器
１２１ ２相／３相座標変換器
１２２ 偏差演算部
１２３ 偏差演算部
１２４ 偏差演算部
１２５ 偏差演算部
１２６ 偏差演算部
２００ 巻き取り装置
２０１ 送り出し側ドラム
２０２ 送り出し側トルクモータ
２０３ 送り出し側ダンサーロール
２０４ 加工ブロック
２０５ 巻き取り側ダンサーロール
２０６ 巻き取り側ドラム
２０７ 巻き取り側トルクモータ
２０８ トルクモータドライバ（モータコントローラ：送り出し側）
２０９ トルクモータドライバ（モータコントローラ：巻き取り側）
２１０ プログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導電動機の制御装置及び制御方法に関し、特に、トルク制御を行う誘導電動機の制御装置及び制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、誘導電動機の制御装置としては、誘導電動機に３相の駆動電流を供給するインバータ回路と、このインバータ回路に正弦波のＰＷＭ信号を供給するＰＷＭ回路とを備え、外部からの速度指令信号と磁束指令信号に基づいてＰＷＭ回路に制御信号を出力する誘導電動機の制御装置が種々提案されている。（例えば、特許文献１参照）
【０００３】
線材などドラムに巻かれている材料を一旦送り出して何らかの加工を施し、再び巻き取る従来の巻き取り装置は、図４で示す装置構成となる。図４で示す巻き取り装置２００は、送り出し側ドラム２０１と送り出し側トルクモータ２０２と送り出し側ダンサーロール２０３と加工ブロック２０４と巻き取り側ダンサーロール２０５と巻き取り側ドラム２０６と巻き取り側トルクモータ２０７とトルクモータドライバ（モータコントローラ：送り出し側）２０８とトルクモータドライバ（モータコントローラ：巻き取り側）２０９とプログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）２１０を備えている。
【０００４】
上記の巻き取り装置２００では、材料の張力変動を吸収するため、図４で示したダンサーロール２０３，２０５を用いるが、電動機にトルクモータ２０２，２０７を使用して張力一定で巻き取ることで材料の張力変動を抑制している。トルクモータを用いた巻き取り制御装置として、特許文献２等に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−０３７３００号公報
【特許文献２】特開平１１−１２２９８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
トルクモータは、図５に示すような回転速度−トルク特性を有しているため、トルクモータを駆動するためにモータ印加電圧を可変する必要があり、通常のインバータ（電動機の制御装置）によるＶ／ｆ制御では駆動できず専用のモータコントローラが必要である。またトルクモータ自体が非常に高価なためシステムコストが高くなるという問題があった。そのため、トルクモータの代わりに汎用誘導電動機（以下、モータと称する）を用い、インバータで駆動されるモータによる巻き取り装置の要求があった。
【０００７】
本発明の目的は、上記の課題に鑑み、モータの回転速度を把握し、その回転速度よりトルク指令値を演算した後、そのトルク指令値でモータを制御することでトルクモータと同等の回転速度−トルク特性が得られるようにすることができる誘導電動機の制御装置又は制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る誘導電動機の制御装置又は制御方法は、上記の目的を達成するため、次のように構成される。
第１の誘導電動機の制御装置（請求項１に対応）は、３相電圧指令値に基づいて、直流電力を３相交流電力に変換して誘導電動機に供給するインバータ部と、前記誘導電動機に流れる３相電流を２相電流に変換する３相／２相座標変換部と、前記２相電流をｄ軸成分の磁束電流及びｑ軸成分のトルク電流に変換する２相／ｄｑ座標変換部と、磁束電流指令値及び前記磁束電流から磁束電圧指令値を生成する磁束電流制御部と、トルク電流指令値及び前記トルク電流からトルク電圧指令値を生成するトルク電流制御部と、前記磁束電圧指令値及び前記トルク電圧指令値から２相電圧指令値に変換するｄｑ／２相座標変換部と、前記２相電圧指令値から前記３相電圧指令値に変換する２相／３相座標変換部と、前記２相電流及び前記２相電圧指令値から前記誘導電動機の磁束を推定する磁束推定部と、磁束指令値及び前記磁束推定部からの推定磁束から前記磁束電流指令値を生成する磁束制御部と、前記磁束推定部からの推定磁束から前記誘導電動機の速度を推定する速度推定部と、前記磁束電流指令値及び前記トルク電流指令値から前記誘導電動機のすべり角周波数を演算するすべり演算部と、前記誘導電動機の検出速度又は前記速度推定部からの推定速度と前記すべり角周波数とから位相角を演算する位相角演算部と、基本トルク指令値と前記誘導電動機の検出速度又は前記速度推定部からの推定速度とからトルク指令値を演算するトルク指令値演算部と、前記トルク指令値に基づいて、前記トルク電流指令値を演算するトルク電流指令値演算部と、を備えることを特徴とする。
第２の誘導電動機の制御装置（請求項２に対応）は、上記の構成において、好ましくは前記トルク指令値演算部は、基本トルク指令値Ｔ０＊とトルク指令値Ｔｍ＊との関係が、回転速度Ｎの基準回転速度Ｎ０に対する大小関係で、Ｎ０≧Ｎの場合は、Ｔｍ＊＝Ｔ０＊とし、Ｎ０＜Ｎの場合は、Ｔｍ＊＝Ｔ０＊（Ｎ０／Ｎ）となるように演算を行うことを特徴とする。
第３の誘導電動機の制御装置（請求項３に対応）は、上記の構成において、好ましくは前記トルク指令値演算部は、低減率ｒと基本トルク指令値Ｔ０＊とトルク指令値Ｔｍ＊との関係が、回転速度Ｎの基準回転速度Ｎ０に対する大小関係で、Ｎ０≧Ｎの場合は、Ｔｍ＊＝Ｔ０＊とし、Ｎ０＜Ｎの場合は、Ｔｍ＊＝Ｔ０＊（ｒ・Ｎ０／（Ｎ＋Ｎ０（ｒ−１）））となるように演算を行うことを特徴とする。
第１の誘導電動機の制御方法（請求項４に対応）は、３相電圧指令値に基づいて、直流電力を３相交流電力に変換して誘導電動機に供給するステップと、前記誘導電動機に流れる３相電流を２相電流に変換する３相／２相座標変換ステップと、前記２相電流をｄ軸成分の磁束電流及びｑ軸成分のトルク電流に変換する２相／ｄｑ座標変換ステップと、磁束電流指令値及び前記磁束電流から磁束電圧指令値を生成する磁束電流制御ステップと、トルク電流指令値及び前記トルク電流からトルク電圧指令値を生成するトルク電流制御ステップと、前記磁束電圧指令値及び前記トルク電圧指令値から２相電圧指令値に変換するｄｑ／２相座標変換ステップと、前記２相電圧指令値から前記３相電圧指令値に変換する２相／３相座標変換ステップと、前記２相電流及び前記２相電圧指令値から前記誘導電動機の磁束を推定する磁束推定ステップと、磁束指令値及び前記磁束推定ステップからの推定磁束から前記磁束電流指令値を生成する磁束制御ステップと、前記磁束推定ステップからの推定磁束から前記誘導電動機の速度を推定する速度推定ステップと、前記磁束電流指令値及び前記トルク電流指令値から前記誘導電動機のすべり角周波数を演算するすべり演算ステップと、前記誘導電動機の検出速度又は前記速度推定ステップからの推定速度と前記すべり角周波数とから位相角を演算する位相角演算ステップと、基本トルク指令値と前記誘導電動機の検出速度又は前記速度推定ステップからの推定速度とからトルク指令値を演算するトルク指令値演算ステップと、前記トルク指令値に基づいて、前記トルク電流指令値を演算するトルク電流指令値演算ステップと、を備えることを特徴とする
第２の誘導電動機の制御方法（請求項５に対応）は、上記の方法において、好ましくは前記トルク指令値演算ステップは、基本トルク指令値Ｔ０＊とトルク指令値Ｔｍ＊との関係が、回転速度Ｎの基準回転速度Ｎ０に対する大小関係で、Ｎ０≧Ｎの場合は、Ｔｍ＊＝Ｔ０＊とし、Ｎ０＜Ｎの場合は、Ｔｍ＊＝Ｔ０＊（Ｎ０／Ｎ）となるように演算を行うことを特徴とする。
第３の誘導電動機の制御方法（請求項６に対応）は、上記の方法において、好ましくは前記トルク指令値演算ステップは、低減率ｒと基本トルク指令値Ｔ０＊とトルク指令値Ｔｍ＊との関係が、回転速度Ｎの基準回転速度Ｎ０に対する大小関係で、Ｎ０≧Ｎの場合は、Ｔｍ＊＝Ｔ０＊とし、Ｎ０＜Ｎの場合は、Ｔｍ＊＝Ｔ０＊（ｒ・Ｎ０／（Ｎ＋Ｎ０（ｒ−１）））となるように演算を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、モータの回転速度を把握し、その回転速度よりトルク指令値を演算した後、そのトルク指令値でモータを制御することでトルクモータと同等の回転速度−トルク特性が得られるようにすることができる誘導電動機の制御装置又は制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の本実施形態に係る誘導電動機の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の本実施形態に係る誘導電動機の制御装置でのトルク指令値演算の特性曲線である。
【図３】本発明の本実施形態に係る誘導電動機の制御装置の動作を説明するフローチャートである。
【図４】従来の巻き取り装置の構成図である。
【図５】トルクモータの回転速度−トルク特性の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の好適な実施形態（実施例）を添付図面に基づいて説明する。
【００１２】
図１は、本発明の本実施形態に係る誘導電動機の制御装置の構成を示すブロック図である。
【００１３】
図１で示す誘導電動機の制御装置１０（以下、制御装置１０）は、３相交流電源１０１及びモータ（ＩＭ）１０６に接続され、モータ１０６を制御する制御装置であり、ダイオード整流回路１０２、平滑回路１０３、インバータ回路１０４、ＰＷＭゲート信号生成器１０５、パルスジェネレータ（ＰＧ）センサ１０７、電流センサ１０８、３相／２相座標変換器１０９、２相／ｄｑ座標変換器１１０、磁束推定器１１１、速度推定器１１２、フィードバック速度切替器１１３、すべり演算器１１４、積分器１１５、磁束ＰＩ制御器１１６、磁束電流ＰＩ制御器１１７、トルク電流ＰＩ制御器１１９、ｄｑ／２相座標変換器１２０、２相／３相座標変換器１２１を備えている。また、制御装置１０は、トルク指令値演算部１８とトルク電流指令値演算部１９と速度ＰＩ制御器２０とトルクリミッタ２１とトルク指令値切替器２２を備えている。
【００１４】
制御装置１０は、磁束指令値φｄ＊と、基本トルク指令値Ｔ０＊又は最大速度指令値ωｍｍａｘ＊を目標に、インバータ回路１０４を用いてモータ１０６を駆動するものである。なお、インバータ回路１０４の機能は、パワースイッチング素子によって実現されるが、以下で述べる各機能は、ＣＰＵ（Central Proccesing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等で構成されたコンピュータと、ＲＯＭ，ＲＡＭ等に格納されたプログラムとによって実現される。
【００１５】
制御装置１０は、まず、磁束指令値φｄ＊と磁束推定器１１１によって推定された磁束推定値φｄ＾との偏差Δφｄを偏差演算部１２２によって演算し、得られた偏差Δφｄは磁束ＰＩ制御器１１６に入力される。磁束ＰＩ制御器１１６は、入力された偏差Δφｄに基づいて磁束電流指令値Ｉｄ＊を生成する。次に、磁束電流指令値Ｉｄ＊と２相／ｄｑ座標変換器１１０から出力されるｄ軸の磁束電流ｉｄとの偏差ΔＩｄを偏差演算部１２３によって演算し、得られた偏差ΔＩｄは磁束電流ＰＩ制御器１１７に入力される。磁束電流ＰＩ制御器１１７は、入力された偏差ΔＩｄに基づいてｄ軸電圧指令Ｖｄ＊を生成する。
【００１６】
一方、制御装置１０は、トルク指令値演算部１８において、基本トルク指令値Ｔ０＊と速度推定器１１２によって推定された速度推定値ωｍ＾または、パルスジェネレータセンサ１０７によって検出された速度ωｍとに基づいてトルク指令値Ｔｍ＊を演算する。そして、回転速度Ｎが回転速度制限値Ｎｍａｘより小さいときは、トルク指令値切替器２２を介して、そのトルク指令値Ｔｍ＊がトルク電流指令値演算部１９に入力され、そのトルク指令値Ｔｍ＊に基づいてトルク電流指令値演算部１９は、トルク電流指令値Ｉｑ＊を演算する。また、回転速度Ｎが回転速度制限値Ｎｍａｘを超えたときは、回転速度制限値Ｎｍａｘから得られる最大速度指令値ωｍｍａｘ＊と速度推定器１１２によって推定された速度推定値ωｍ＾または、パルスジェネレータセンサ１０７によって検出された速度ωｍとの偏差Δωｍを偏差演算部１２４によって演算し、得られた偏差Δωｍは速度ＰＩ制御器２０に入力される。その出力はトルクリミッタ２１によって制限され、トルク指令値切替器２２を介してトルク電流指令値演算部１９に入力される。トルク電流指令値演算部１９は、入力された信号に基づいてトルク電流指令値Ｉｑ＊を生成する。次に、トルク電流指令値Ｉｑ＊と２相／ｄｑ座標変換器１１０から出力されるｑ軸のトルク電流ｉｑとの偏差ΔＩｑを偏差演算部１２５によって演算し、得られた偏差ΔＩｑはトルク電流ＰＩ制御器１１９に入力される。トルク電流ＰＩ制御器１１９は、入力された偏差ΔＩｑに基づいてｑ軸電圧指令Ｖｑ＊を生成する。
【００１７】
磁束電流ＰＩ制御器１１７から出力されるｄ軸電圧指令Ｖｄ＊と、トルク電流ＰＩ制御器１１９から出力されるｑ軸電圧指令Ｖｑ＊は、ｄｑ／２相座標変換器１２０に入力される。ｄｑ／２相座標変換器１２０は、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＊とｑ軸電圧指令Ｖｑ＊と積分器１１５から出力される位相角θに基づいてα軸、β軸の２相電圧指令Ｖα＊、Ｖβ＊を出力する。２相電圧指令Ｖα＊、Ｖβ＊は、２相／３相座標変換器１２１に入力される。２相／３相座標変換器１２１は、入力された２相電圧指令Ｖα＊、Ｖβ＊に基づいてＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を生成する。生成された３相電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊は、ＰＷＭ（Pulse Width Moduration）ゲート信号生成器１０５に入力される。ＰＷＭゲート信号生成器１０５は、ＰＷＭ制御によりインバータ回路１０４の出力電圧を３相電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に従い制御する。
【００１８】
図１の構成図において、制御装置１０には、３相のモータ１０６が接続されており、電流センサ１０８がモータ１０６のＷ相の電流ｉｗとＵ相の電流ｉｕを検出している。なお、この電流センサ１０８は、３相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の内、２相（Ｗ相、Ｕ相）の電流ｉｗ，ｉｕを検出しているが、３相電流の和はゼロであるから他の１相（Ｖ相）の電流ｉｖは一意に定められる。また、モータ１０６の速度ωｍは、パルスジェネレータセンサ１０７で検出している。
【００１９】
電流センサ１０８によって検出された電流ｉｗ，ｉｕは、３相／２相座標変換器１０９に入力される。３相／２相座標変換器１０９は、電流ｉｗ，ｉｕに基づいて３相／２相座標変換を行ってα軸、β軸の２相電流ｉα，ｉβを生成し、２相／ｄｑ座標変換器１１０に出力する。２相／ｄｑ座標変換器１１０は、２相電流ｉα，ｉβと、積分器１１５から出力される位相角θに基づいてｄ軸の磁束電流ｉｄとｑ軸のトルク電流ｉｑを出力する。
【００２０】
一方、磁束推定器１１１は、ｄｑ／２相座標変換器１２０から出力される２相電圧指令Ｖα＊、Ｖβ＊と、３相／２相座標変換器１０９から出力される２相電流ｉα，ｉβに基づいてα軸、β軸の磁束推定値φα＾、φβ＾を生成し、それらを速度推定器１１２に出力する。速度推定器１１２は、磁束推定値φα＾、φβ＾に基づいて速度推定値ωｍ＾を生成する。フィードバック速度切替器１１３は、フィードバックに用いる速度信号として速度推定値ωｍ＾を用いるか、パルスジェネレータセンサ１０７によって検出された速度ωｍを用いるかを選択して切り替えることができるスイッチである。
【００２１】
すべり演算器１１４は、磁束ＰＩ制御器１１６から出力される磁束電流指令値Ｉｄ＊と、トルク電流指令値演算部１９から出力されるトルク電流指令値Ｉｑ＊とに基づいて、モータ１０６のすべり速度推定値ωｓを演算し、演算器１２６は、速度推定値ωｍ＾または、速度ωｍと、すべり速度推定値ωｓとを入力し、ωｅ＝ωｍ＾＋ωｓまたはωｅ＝ωｍ＋ωｓを演算し、電源角周波数（インバータ出力角周波数）ωｅを出力する。このωｅは、積分器１１５によって位相角θに変換され、２相／ｄｑ座標変換器１１０と、ｄｑ／２相座標変換器１２０に入力される。
【００２２】
上記のように、モータ１０６を制御する場合、磁束とトルクを個別に制御するベクトル制御が使用される。トルクはモータ１０６の速度をパルスジェネレータセンサ１０７で検出するか、又はモータパラメータ及び２相電圧指令Ｖα＊、Ｖβ＊とモータ１０６の電流ｉｗ，ｉｕから得られた２相電流ｉα，ｉβを用いて推定された磁束推定値φα＾、φβ＾とともに速度推定値ωｍ＾を演算することにより、モータ１０６の速度信号（ωｍ＾またはωｍ）と基本トルク指令値Ｔ０＊とに基づいてトルク指令値演算部１８において、トルク指令値Ｔｍ＊を演算する。そして、回転速度Ｎが回転速度制限値Ｎｍａｘより小さいときは、トルク指令値切替器２２を介して、そのトルク指令値Ｔｍ＊がトルク電流指令値演算部１９に入力され、そのトルク指令値Ｔｍ＊に基づいてトルク電流指令値演算部１９は、トルク電流指令値Ｉｑ＊を演算する。また、回転速度Ｎが回転速度制限値Ｎｍａｘを超えたときは、回転速度制限値Ｎｍａｘから得られる最大速度指令値ωｍｍａｘ＊と速度推定器１１２によって推定された速度推定値ωｍ＾または、パルスジェネレータセンサ１０７によって検出された速度ωｍとの偏差Δωｍを偏差演算部１２４によって演算し、得られた偏差Δωｍは速度ＰＩ制御器２０に入力される。その出力はトルクリミッタ２１によって制限され、トルク指令値切替器２２を介してトルク電流指令値演算部１９に入力される。トルク電流指令値演算部１９は、入力された信号に基づいてトルク電流指令値Ｉｑ＊を生成する。一方磁束は、モータ１０６の励磁電流から演算された磁束指令値φｄ＊と磁束推定値φｄ＾との偏差ΔφｄからＰＩ制御することで磁束電流指令値Ｉｄ＊を生成する。それぞれの電流指令値Ｉｑ＊、Ｉｄ＊とモータ１０６の電流ｉｗ，ｉｕを座標変換して得られた回転座標（ｑ軸、ｄ軸）上の電流ｉｑ，ｉｄとの偏差ΔＩｑ、ΔＩｄからＰＩ制御を行い、電圧指令値Ｖｑ＊、Ｖｄ＊を生成し、最終的に３相交流の電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に変換して、ＰＷＭゲート信号を生成してインバータ回路１０４のスイッチングを制御してモータ１０６を駆動する。
【００２３】
次に、図１及び図２に基づき本発明の動作を説明する。図２は、トルク指令値演算部１８で行われる演算を説明するためのグラフである。図１の制御ブロックは、ベクトル制御のブロック図となっているが、トルクモータと同等の回転速度−トルク特性を実現するに当たり、トルク指令値演算部１８によってトルク指令値Ｔｍ＊を基本トルク指令値Ｔ０＊及びモータ１０６の回転速度Ｎから演算する。また、トルク電流指令値演算部１９は、トルク指令値Ｔｍ＊に基づいてトルク電流指令値ｉｑ＊を演算する。さらに、トルク指令値切替器２２は、回転速度Ｎが回転速度制限値Ｎｍａｘ以下のときは、トルク指令値演算部１８からの出力をトルク電流指令値演算部１９に入力するように切り替え、回転速度Ｎが回転速度制限値Ｎｍａｘ以上になったときはトルクリミッタ２１からの出力をトルク電流指令値演算部１９に入力するように切り替える。
【００２４】
通常のトルク制御は、外部から任意のトルク指令値を受けて、そのトルク指令値に追従するトルクを出力する。本発明ではトルクモータのように回転速度に応じたトルク特性を得られるよう、モータ１０６の回転速度（回転角周波数ωｍ又は推定回転角周波数ωｍ＾）をフィードバックして、図２に示すようなトルク指令値を自動で生成するようにしている。図２での横軸は、回転速度Ｎを表し、縦軸は、トルク指令値Ｔｍ＊を表している。図２では、縦軸のＴｍ＊はトルク指令値Ｔ０＊に対する低減率（トルク低減率）で示している。
【００２５】
図２に示すように、トルク指令値演算部１８では、モータ１０６のトルク指令値Ｔｍ＊を回転速度Ｎに対して定トルク指令値と低減トルク指令値の領域に分割する。領域を分割するモータ１０６の基準回転速度Ｎ０は任意の値で設定可能である。回転速度Ｎが基準回転速度Ｎ０より小さいときは、トルク指令値Ｔｍ＊を１００％出力する定トルク指令値であり、定トルク指令値については基本となる基本トルク指令値Ｔ０＊をそのまま出力するようにしておく。この基本トルク指令値Ｔ０＊は任意の値で設定可能である。回転速度Ｎが基準回転速度Ｎ０以上のときは図２の基本カーブで示す低減トルク指令値となる。低減トルク指令値については基本トルク指令値Ｔ０＊とモータ１０６の回転速度Ｎから（１）式で計算されたトルク指令値Ｔｍ＊を出力する（図２の曲線（基本カーブ））。
【００２６】
Ｔｍ＊＝Ｔ０＊（Ｎ０／Ｎ）・・・・（１）
【００２７】
なお、低減トルク指令値の低減率を任意に設定できるようにするため、別途入力により低減率ｒを設定しておき、（２）式を用いることで自由にトルク特性を可変することが可能となる（図２の曲線（ゲイン倍カーブ１，ゲイン倍カーブ２））。
【００２８】
Ｔｍ＊＝Ｔ０＊（ｒ・Ｎ０／（Ｎ＋Ｎ０（ｒ−１）））・・・・（２）
【００２９】
図２でのゲイン倍カーブ１は（２）式でのｒを１より小さくした場合であり、ゲイン倍カーブ２は（２）式でのｒを１より大きくした場合である。
【００３０】
また、回転速度制限値Ｎｍａｘを設定しておき、回転速度Ｎが回転速度制限値Ｎｍａｘを超えた場合は回転速度制限値Ｎｍａｘによる速度制御に切り替えを行い、回転速度Ｎの上昇による危険を回避するようにする。すなわち、トルク指令値切替器２２を、トルク指令値演算部１８との接続からトルクリミッタ２１との接続に切り替える。
【００３１】
図３は、制御装置１０のトルク指令値演算部１８とトルク指令値切替器２２で行われる動作を説明するフローチャートである。
ステップＳ１１：トルク指令値演算部１８にトルク指令値Ｔ０＊が入力される。
ステップＳ１２：速度推定値ωｍ＾又は速度ωｍが入力される。
ステップＳ１３：速度推定値ωｍ＾又は速度ωｍから回転速度Ｎが計算される。
ステップＳ１４：回転速度Ｎが基準回転速度Ｎ０より小さい（Ｎ＜Ｎ０）か否か判断する。ＹＥＳのとき、ステップＳ１５を実行し、ＮＯのとき、ステップＳ１６を実行する。
ステップＳ１５：トルク指令値Ｔｍ＊としてＴ０＊をそのまま出力する。
ステップＳ１６：回転速度Ｎが回転速度制限値Ｎｍａｘより小さい（Ｎ＜Ｎｍａｘ）か否か判断する。ＹＥＳのとき、ステップＳ１７を実行し、ＮＯのとき、ステップＳ１８を実行する。
ステップＳ１７：トルク指令値Ｔｍ＊としてＴ０＊（Ｎ０／Ｎ）を出力する。
ステップＳ１８：トルクリミッタ２１からの出力をトルク電流指令値演算部１９に入力するようにトルク指令値切替器（スイッチ）２２を切り替える。
そして、リターンする。
【００３２】
なお、上記のステップＳ１７は、Ｔｍ＊としてＴ０＊（ｒ・Ｎ０／（Ｎ＋Ｎ０（ｒ−１）））を出力するようにすることができる。また、図５で示したトルクモータの回転速度−トルク特性と同様に、出力されるトルク指令値Ｔｍ＊を回転速度Ｎの増加で直線的に減少するような一次関数になるように設定することもできる。
【００３３】
以上説明したように、モータの回転速度によりトルク指令値を自動で可変することで、トルクモータと同等の回転速度−トルク特性を得られる。また、基本トルクや低減トルクとなる回転速度やトルク低減率を任意に設定することで、自由に回転速度−トルク特性を設定することが可能となる。この結果、トルクモータを使用していた巻き取り装置に、モータ（汎用誘導電動機）を用いて安価でかつ安定した巻き取り装置を実現することが可能となる。
【００３４】
以上の実施形態で説明された構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎず、また数値および各構成の組成（材質）等については例示にすぎない。従って本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明に係る誘導電動機の制御装置及び制御方法は、誘導電動機の駆動を制御する装置及び方法として利用される。
【符号の説明】
【００３６】
１０ 誘導電動機の制御装置
１８ トルク指令値演算部
１９ トルク電流指令値演算部
２０ 速度ＰＩ制御器
２１ トルクリミッタ
２２ トルク指令値切替器
１０１ ３相交流電源
１０２ ダイオード整流回路
１０３ 平滑回路
１０４ インバータ回路
１０５ ＰＷＭゲート信号生成器
１０６ 誘導電動機（モータ）
１０７ パルスジェネレータ（ＰＧ）センサ
１０８ 電流センサ
１０９ ３相／２相座標変換器
１１０ ２相／ｄｑ座標変換器
１１１ 磁束推定器
１１２ 速度推定器
１１３ フィードバック速度切替器
１１４ すべり演算器
１１５ 積分器
１１６ 磁束ＰＩ制御器
１１７ 磁束電流ＰＩ制御器
１１９ トルク電流ＰＩ制御器
１２０ ｄｑ／２相座標変換器
１２１ ２相／３相座標変換器
１２２ 偏差演算部
１２３ 偏差演算部
１２４ 偏差演算部
１２５ 偏差演算部
１２６ 偏差演算部
２００ 巻き取り装置
２０１ 送り出し側ドラム
２０２ 送り出し側トルクモータ
２０３ 送り出し側ダンサーロール
２０４ 加工ブロック
２０５ 巻き取り側ダンサーロール
２０６ 巻き取り側ドラム
２０７ 巻き取り側トルクモータ
２０８ トルクモータドライバ（モータコントローラ：送り出し側）
２０９ トルクモータドライバ（モータコントローラ：巻き取り側）
２１０ プログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３相電圧指令値に基づいて、直流電力を３相交流電力に変換して誘導電動機に供給するインバータ部と、
前記誘導電動機に流れる３相電流を２相電流に変換する３相／２相座標変換部と、
前記２相電流をｄ軸成分の磁束電流及びｑ軸成分のトルク電流に変換する２相／ｄｑ座標変換部と、
磁束電流指令値及び前記磁束電流から磁束電圧指令値を生成する磁束電流制御部と、
トルク電流指令値及び前記トルク電流からトルク電圧指令値を生成するトルク電流制御部と、
前記磁束電圧指令値及び前記トルク電圧指令値から２相電圧指令値に変換するｄｑ／２相座標変換部と、
前記２相電圧指令値から前記３相電圧指令値に変換する２相／３相座標変換部と、
前記２相電流及び前記２相電圧指令値から前記誘導電動機の磁束を推定する磁束推定部と、
磁束指令値及び前記磁束推定部からの推定磁束から前記磁束電流指令値を生成する磁束制御部と、
前記磁束推定部からの推定磁束から前記誘導電動機の速度を推定する速度推定部と、
前記磁束電流指令値及び前記トルク電流指令値から前記誘導電動機のすべり角周波数を演算するすべり演算部と、
前記誘導電動機の検出速度又は前記速度推定部からの推定速度と前記すべり角周波数とから位相角を演算する位相角演算部と、
基本トルク指令値と前記誘導電動機の検出速度又は前記速度推定部からの推定速度とからトルク指令値を演算するトルク指令値演算部と、
前記トルク指令値に基づいて、前記トルク電流指令値を演算するトルク電流指令値演算部と、を備えることを特徴とする誘導電動機の制御装置。
【請求項２】
前記トルク指令値演算部は、基本トルク指令値Ｔ０＊とトルク指令値Ｔｍ＊との関係が、回転速度Ｎの基準回転速度Ｎ０に対する大小関係で、
Ｎ０≧Ｎの場合は、Ｔｍ＊＝Ｔ０＊とし、
Ｎ０＜Ｎの場合は、Ｔｍ＊＝Ｔ０＊（Ｎ０／Ｎ）
となるように演算を行うことを特徴とする請求項１記載の誘導電動機の制御装置。
【請求項３】
前記トルク指令値演算部は、低減率ｒと基本トルク指令値Ｔ０＊とトルク指令値Ｔｍ＊との関係が、回転速度Ｎの基準回転速度Ｎ０に対する大小関係で、
Ｎ０≧Ｎの場合は、Ｔｍ＊＝Ｔ０＊とし、
Ｎ０＜Ｎの場合は、Ｔｍ＊＝Ｔ０＊（ｒ・Ｎ０／（Ｎ＋Ｎ０（ｒ−１）））
となるように演算を行うことを特徴とする請求項１記載の誘導電動機の制御装置。
【請求項４】
３相電圧指令値に基づいて、直流電力を３相交流電力に変換して誘導電動機に供給するステップと、
前記誘導電動機に流れる３相電流を２相電流に変換する３相／２相座標変換ステップと、
前記２相電流をｄ軸成分の磁束電流及びｑ軸成分のトルク電流に変換する２相／ｄｑ座標変換ステップと、
磁束電流指令値及び前記磁束電流から磁束電圧指令値を生成する磁束電流制御ステップと、
トルク電流指令値及び前記トルク電流からトルク電圧指令値を生成するトルク電流制御ステップと、
前記磁束電圧指令値及び前記トルク電圧指令値から２相電圧指令値に変換するｄｑ／２相座標変換ステップと、
前記２相電圧指令値から前記３相電圧指令値に変換する２相／３相座標変換ステップと、
前記２相電流及び前記２相電圧指令値から前記誘導電動機の磁束を推定する磁束推定ステップと、
磁束指令値及び前記磁束推定ステップからの推定磁束から前記磁束電流指令値を生成する磁束制御ステップと、
前記磁束推定ステップからの推定磁束から前記誘導電動機の速度を推定する速度推定ステップと、
前記磁束電流指令値及び前記トルク電流指令値から前記誘導電動機のすべり角周波数を演算するすべり演算ステップと、
前記誘導電動機の検出速度又は前記速度推定ステップからの推定速度と前記すべり角周波数とから位相角を演算する位相角演算ステップと、
基本トルク指令値と前記誘導電動機の検出速度又は前記速度推定ステップからの推定速度とからトルク指令値を演算するトルク指令値演算ステップと、
前記トルク指令値に基づいて、前記トルク電流指令値を演算するトルク電流指令値演算ステップと、を備えることを特徴とする誘導電動機の制御方法。
【請求項５】
前記トルク指令値演算ステップは、基本トルク指令値Ｔ０＊とトルク指令値Ｔｍ＊との関係が、回転速度Ｎの基準回転速度Ｎ０に対する大小関係で、
Ｎ０≧Ｎの場合は、Ｔｍ＊＝Ｔ０＊とし、
Ｎ０＜Ｎの場合は、Ｔｍ＊＝Ｔ０＊（Ｎ０／Ｎ）
となるように演算を行うことを特徴とする請求項４記載の誘導電動機の制御方法。
【請求項６】
前記トルク指令値演算ステップは、低減率ｒと基本トルク指令値Ｔ０＊とトルク指令値Ｔｍ＊との関係が、回転速度Ｎの基準回転速度Ｎ０に対する大小関係で、
Ｎ０≧Ｎの場合は、Ｔｍ＊＝Ｔ０＊とし、
Ｎ０＜Ｎの場合は、Ｔｍ＊＝Ｔ０＊（ｒ・Ｎ０／（Ｎ＋Ｎ０（ｒ−１）））
となるように演算を行うことを特徴とする請求項４記載の誘導電動機の制御方法。
【請求項１】
３相電圧指令値に基づいて、直流電力を３相交流電力に変換して誘導電動機に供給するインバータ部と、
前記誘導電動機に流れる３相電流を２相電流に変換する３相／２相座標変換部と、
前記２相電流をｄ軸成分の磁束電流及びｑ軸成分のトルク電流に変換する２相／ｄｑ座標変換部と、
磁束電流指令値及び前記磁束電流から磁束電圧指令値を生成する磁束電流制御部と、
トルク電流指令値及び前記トルク電流からトルク電圧指令値を生成するトルク電流制御部と、
前記磁束電圧指令値及び前記トルク電圧指令値から２相電圧指令値に変換するｄｑ／２相座標変換部と、
前記２相電圧指令値から前記３相電圧指令値に変換する２相／３相座標変換部と、
前記２相電流及び前記２相電圧指令値から前記誘導電動機の磁束を推定する磁束推定部と、
磁束指令値及び前記磁束推定部からの推定磁束から前記磁束電流指令値を生成する磁束制御部と、
前記磁束推定部からの推定磁束から前記誘導電動機の速度を推定する速度推定部と、
前記磁束電流指令値及び前記トルク電流指令値から前記誘導電動機のすべり角周波数を演算するすべり演算部と、
前記誘導電動機の検出速度又は前記速度推定部からの推定速度と前記すべり角周波数とから位相角を演算する位相角演算部と、
基本トルク指令値と前記誘導電動機の検出速度又は前記速度推定部からの推定速度とからトルク指令値を演算するトルク指令値演算部と、
前記トルク指令値に基づいて、前記トルク電流指令値を演算するトルク電流指令値演算部と、を備えることを特徴とする誘導電動機の制御装置。
【請求項２】
前記トルク指令値演算部は、基本トルク指令値Ｔ０＊とトルク指令値Ｔｍ＊との関係が、回転速度Ｎの基準回転速度Ｎ０に対する大小関係で、
Ｎ０≧Ｎの場合は、Ｔｍ＊＝Ｔ０＊とし、
Ｎ０＜Ｎの場合は、Ｔｍ＊＝Ｔ０＊（Ｎ０／Ｎ）
となるように演算を行うことを特徴とする請求項１記載の誘導電動機の制御装置。
【請求項３】
前記トルク指令値演算部は、低減率ｒと基本トルク指令値Ｔ０＊とトルク指令値Ｔｍ＊との関係が、回転速度Ｎの基準回転速度Ｎ０に対する大小関係で、
Ｎ０≧Ｎの場合は、Ｔｍ＊＝Ｔ０＊とし、
Ｎ０＜Ｎの場合は、Ｔｍ＊＝Ｔ０＊（ｒ・Ｎ０／（Ｎ＋Ｎ０（ｒ−１）））
となるように演算を行うことを特徴とする請求項１記載の誘導電動機の制御装置。
【請求項４】
３相電圧指令値に基づいて、直流電力を３相交流電力に変換して誘導電動機に供給するステップと、
前記誘導電動機に流れる３相電流を２相電流に変換する３相／２相座標変換ステップと、
前記２相電流をｄ軸成分の磁束電流及びｑ軸成分のトルク電流に変換する２相／ｄｑ座標変換ステップと、
磁束電流指令値及び前記磁束電流から磁束電圧指令値を生成する磁束電流制御ステップと、
トルク電流指令値及び前記トルク電流からトルク電圧指令値を生成するトルク電流制御ステップと、
前記磁束電圧指令値及び前記トルク電圧指令値から２相電圧指令値に変換するｄｑ／２相座標変換ステップと、
前記２相電圧指令値から前記３相電圧指令値に変換する２相／３相座標変換ステップと、
前記２相電流及び前記２相電圧指令値から前記誘導電動機の磁束を推定する磁束推定ステップと、
磁束指令値及び前記磁束推定ステップからの推定磁束から前記磁束電流指令値を生成する磁束制御ステップと、
前記磁束推定ステップからの推定磁束から前記誘導電動機の速度を推定する速度推定ステップと、
前記磁束電流指令値及び前記トルク電流指令値から前記誘導電動機のすべり角周波数を演算するすべり演算ステップと、
前記誘導電動機の検出速度又は前記速度推定ステップからの推定速度と前記すべり角周波数とから位相角を演算する位相角演算ステップと、
基本トルク指令値と前記誘導電動機の検出速度又は前記速度推定ステップからの推定速度とからトルク指令値を演算するトルク指令値演算ステップと、
前記トルク指令値に基づいて、前記トルク電流指令値を演算するトルク電流指令値演算ステップと、を備えることを特徴とする誘導電動機の制御方法。
【請求項５】
前記トルク指令値演算ステップは、基本トルク指令値Ｔ０＊とトルク指令値Ｔｍ＊との関係が、回転速度Ｎの基準回転速度Ｎ０に対する大小関係で、
Ｎ０≧Ｎの場合は、Ｔｍ＊＝Ｔ０＊とし、
Ｎ０＜Ｎの場合は、Ｔｍ＊＝Ｔ０＊（Ｎ０／Ｎ）
となるように演算を行うことを特徴とする請求項４記載の誘導電動機の制御方法。
【請求項６】
前記トルク指令値演算ステップは、低減率ｒと基本トルク指令値Ｔ０＊とトルク指令値Ｔｍ＊との関係が、回転速度Ｎの基準回転速度Ｎ０に対する大小関係で、
Ｎ０≧Ｎの場合は、Ｔｍ＊＝Ｔ０＊とし、
Ｎ０＜Ｎの場合は、Ｔｍ＊＝Ｔ０＊（ｒ・Ｎ０／（Ｎ＋Ｎ０（ｒ−１）））
となるように演算を行うことを特徴とする請求項４記載の誘導電動機の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１５７１５５（Ｐ２０１２−１５７１５５Ａ）
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３８５４（Ｐ２０１１−１３８５４）
【出願日】平成２３年１月２６日（２０１１．１．２６）
【出願人】（０００１０６２７６）サンケン電気株式会社 (982)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２６日（２０１１．１．２６）
【出願人】（０００１０６２７６）サンケン電気株式会社 (982)
【Ｆターム（参考）】
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