JP3555351B2 - 速度制御装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータ,ダイナモメータ,車両などを制御する速度制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、例えばモータの速度制御方式には、PID制御方式や加速度マイナーループ付速度制御方式がある。
【0003】
PID制御方式は図4(a)に示すように、速度の指令値Nsetと検出値Nとの偏差信号をPIDゲインの速度制御器41でP演算し、電流制御ループ付の電流制御器45でモータ46を駆動して、回転系47をモータトルクτと負荷トルクτの差トルクで回転させている。
【0004】
また、加速度マイナーループ付速度制御方式は図4(b)に示すように、速度の指令値Nsetと検出値Nとの偏差信号をPゲインの速度制御器42でP演算し、その出力信号と速度検出値Nを回転系の伝達関数SJを有する加速度マイナー回路43を通した加速度信号との差信号をPIゲインのトルク制御器44でPI演算し、電流制御器45でモータ46を駆動し、回転系47をモータトルクτと負荷トルクτの差トルクで回転させている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の速度制御回路はPID演算やPI演算を行っていて必ず積分要素Iが入っている。これは、フィードバック制御の特徴として単純にP(比例)制御すると、速度の設定と検出に定常偏差(誤差)が発生するためである。
【0006】
この定常偏差を無くするためにPI(比例積分)制御を行うとオーバーシュートを生じ易くなる。このオーバーシュートを無くするために、D(微分要素)を追加してPID制御をしたり、加速度マイナー回路を追加して加速度マイナーループ付制御をしている。
【0007】
PID制御において安定した適正な応答波形を得るためには、PI定数で安定性と応答時間を調整し、オーバーシュートを無くするようにD定数を調整しなければならない。
【0008】
また、制御対象は一般的に線形性が変化するため、運転状態に応じて、P,I,Dの各要素をバランス良く調整しなければならず、その調整方法も経験とノウハウを必要とする難しいもので、必ずしも常に最適の調整になっているとは言えない。
【0009】
本発明は、従来のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、P,I,Dの各要素をバランスよく調整する必要なく速度設定の変化に追従した速い応答が得られる速度制御装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、負荷を駆動する第1のモータ及び負荷に負荷トルクを与える第2のモータと、第1のモータを制御する速度制御部及び第2のモータを制御する負荷トルク制御部とからなり、前記速度制御部は、速度設定値と速度検出値との偏差信号が入力する比例ゲインの速度制御器と、この速度制御器の出力と負荷トルク制御部の負荷トルク設定値とを加算したトルク指令値と前記第1のモータのトルク検出値との偏差信号が入力する比例積分ゲインのトルク制御器と、このトルク制御器からの電流指令により前記第1のモータを駆動する電流制御器と、を備えていることを特徴とするものである。
【0011】
また、この装置には、前記速度設定値が入力し前記トルク制御器の入力部に補償トルク信号を出力する回転系の伝達関数を有するフィードフォワード補償回路を設けるとよい。
【0012】
【発明の実施の形態】
実施の形態1
図1に速度制御装置の制御システム構成を、図2にその制御ブロック図を示す。図1において、Aは供試体(負荷)、M1は供試体Aを駆動する供試体入力用モータ、M2は供試体Aの負荷トルク制御用モータ、1はモータM1を制御する速度制御(ASR制御)部、2はモータM2を負荷に設定された負荷トルクを与えるトルク制御(ATR制御)部である。なお、図中、J及びJ,Jは供試体A及びモータ1,2の慣性モーメントを示す。
【0013】
図2について、ASR制御部1は速度設定値Nsetと回転系19の検出速度Nとの偏差信号をP演算するPゲイン速度制御器11、この速度制御器の出力△τと負荷トルク設定値τsetを加算する加算器13と、この加算器の出力とモータ17(M1)のトルクτとの偏差をPI演算するPIゲインのトルク制御器15と、このトルク制御器からの電流指令に基づいてモータ17を制御する電流制御(ACR制御)器16で構成され、ASRループにATRマイナーループを持っている。
【0014】
ATR制御部2は、負荷トルク設定値τsetとモータ24(M2)が出力する負荷トルクτとの偏差をPI演算するPIトルク制御器22と、このトルク制御器からの電流指令に基づいてモータ24(M)を制御する電流制御器23で構成されている。
【0015】
ATR制御部2は、トルクを設定してモータ24(M2)をトルク制御し、供試体Aに設定した負荷トルクを与える。ASR制御部1は速度偏差信号をP演算する速度制御器11の出力と負荷トルク設定値τsetを加算器13で加算して、ATRマイナーループのトルク設定としてモータ17(M1)をトルク制御するとともに、ASRループで速度制御する。
【0016】
なお、ATR制御は、PI制御が必要であり、一般的に制御組合わせの関係上、入力ATR−出力ASRの場合もあり、ASR制御部1にはATRの機能が付いている。また、ATR制御部2のPIトルク制御器22はASR制御のPI速度制御器と異なり応答が一桁以上速く調整も比較的容易である。
【0017】
図4の(a)に示す従来のASR制御をPI制御で行った時にI(積分)出力となっているのは負荷トルクに相当するτ分の指令になっていることに着目する必要がある。従って、図2の負荷トルクτに相当するτsetを加算器13でATRマイナーループに加算することにより積分機能であるI制御の役目を果すことができる。また、PI速度制御の場合は速度偏差とフィードバック制御応答によりI定数を決定するが、この制御回路では、負荷トルク値は既値で分かっているので、直接応答遅れなしにPIトルク制御器15のトルク設定ができる。
【0018】
この結果、ASR制御調整は速度制御器11の比例ゲインのみのため非常に容易に最適調整が可能となる。
【0019】
実施の形態2
図3に速度制御装置の制御ブロック図を示す。なお、図2に示したものと同一構成部分は同一符号を付してその重複する説明を省略する。
【0020】
図3において、12は速度設定値Nsetが入力し、補償トルク信号ταを出力する回転系の伝達関数S(J+J+J)を有するフィードフォワードトルク補償回路、14はPゲインの速度制御器11の出力△τと負荷トルク設定値τset及びフィードフォワード補償回路からの補償トルクταを加算してPIゲインのトルク制御器15に出力する加算器である。その他の構成は図2のものと変わりがない。
【0021】
この制御回路はASR制御回路1のATRマイナーループにフィードフォワード補償回路12からの補償トルクταが加わるので、速度設定変化に対して応答性が向上し、加減速中の設定偏差をゼロにすることが可能になる。
【0022】
【発明の効果】
本発明は、上記のとおり構成されているので、次に記載する効果を奏する。
【0023】
(1)ATRマイナーループの応答速度で速度設定の変化に追従するので、速い応答が得られる。
【0024】
(2)負荷トルク設定をATRマイナーループに加えているので、負荷トルク変動によりASR制御の速度は変動しない。
【0025】
(3)速度制御器に積分制御要素がないので、積分によるオーバーチャージがなく、オーバーシュートが原理的に生じない。
【0026】
(4)ASR制御調整は比例ゲインのみのため極めて容易に最適調整が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態1,2にかかる速度制御装置の制御システム構成図。
【図2】実施の形態1にかかる速度制御装置の制御ブロック図。
【図3】実施の形態2にかかる速度制御装置の制御ブロック図。
【図4】従来例にかかる制御ブロック図。
【符号の説明】
A…供試体
M1…供試体の速度制御用モータ
M2…供試体の出力トルク制御用モータ
1…速度制御部(ASR制御部)
2…トルク制御部(ATR制御部)
11…Pゲイン速度制御器
12…フィードフォワードトルク補償回路
15…PIゲインのトルク制御器
16…電流制御器(ACR制御器)
17…モータM1
19…回転系
22…PIゲインのトルク制御器
23…電流制御器(ACR制御器)
41…PIDゲインの速度制御器
42…Pゲインの速度制御器
43…加速度マイナー回路
44…PIゲインのトルク制御器
45…電流制御器(ACR制御器)
46…モータ
47…回転系

Claims (2)

  1. 負荷を駆動する第1のモータ及び負荷に負荷トルクを与える第2のモータと、第1のモータを制御する速度制御部及び第2のモータを制御する負荷トルク制御部とからなり、
    前記速度制御部は、
    速度設定値と速度検出値との偏差信号が入力する比例ゲインの速度制御器と、この速度制御器の出力と負荷トルク制御部の負荷トルク設定値とを加算したトルク指令値と前記第1のモータのトルク検出値との偏差信号が入力する比例積分ゲインのトルク制御器と、
    このトルク制御器からの電流指令により前記第1のモータを駆動する電流制御器と、
    を備えていることを特徴とする速度制御装置。
  2. 請求項1において、
    前記速度設定値が入力し前記トルク制御器の入力部に補償トルク信号を出力する回転系の伝達関数を有するフィードフォワード補償回路を設けたことを特徴とする速度制御装置。
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