JP3667547B2 - 電動機の速度制御装置 - Google Patents
電動機の速度制御装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3667547B2 JP3667547B2 JP04552799A JP4552799A JP3667547B2 JP 3667547 B2 JP3667547 B2 JP 3667547B2 JP 04552799 A JP04552799 A JP 04552799A JP 4552799 A JP4552799 A JP 4552799A JP 3667547 B2 JP3667547 B2 JP 3667547B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- value
- torque
- speed
- electric motor
- motor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Landscapes
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
- Control Of Velocity Or Acceleration (AREA)
- Control Of Electric Motors In General (AREA)
- Control Of Direct Current Motors (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、圧延機などに使用される電動機の速度制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図6は、圧延機などに使用される電動機の速度制御装置の従来例を示す回路構成図である。
【0003】
図6には、電動機1、負荷3そして電動機1と負荷3を連結する連結軸2、電動機1の駆動軸に連結された回転速度検出器としてのパルスジェネレータ4(以下、PLG4と称する)、そして速度制御装置10が示されている。
【0004】
速度制御装置10は、速度調節器11とトルク制御ループ12を備えている。速度調節器11は、PLG4の出力値と外部から指令される速度指令値の偏差に基づき、比例積分(PI)演算を行うことにより電動機1の回転速度を調節する。また、トルク制御ループ12は、電流調節器と半導体電力変換器から構成され、これらは速度調節器11の出力であるトルク指令値に基づき、電動機1の出力トルクを制御する。前記半導体電力変換器は、サイリスタコンバータまたはサイクロコンバータなどから構成される。 上記のような構成を持つ速度運転制御装置によって電動機の回転速度は制御されている。
【0005】
通常、圧延機などの大容量の装置では、サイリスタコンバータ、またはサイクロコンバータを備えたトルク制御ループがトルク制御のために用いられている。サイリスタコンバータまたはサイクロコンバータを備えたトルク制御ループの応答速度は、例えばPWMインバータを備えたトルク制御ループの応答速度より遅い。これらのコンバータを使用し、そして電動機1の回転速度の応答を速くするために速度調節器11のPゲインのみを上げていくと、電動機1と負荷3を連結する連結軸2の剛性が低い場合には、連結軸による軸ねじり振動が生じる。その結果、前記速度指令値に基づき電動機1の回転速度を調節する場合の応答速度を速くすることが困難になる。この軸ねじり振動は、トルク制御系の応答周波数と共振機械系の応答周波数が近い場合に発生しやすい。よって、圧延機等の大容量装置を安定に制御するためには、トルク制御系の応答周波数と機械系の共振周波数を考慮した制御器の設計が必要となる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上述のサイリスタコンバータで給電される直流電動機、またはサイクロコンバータで給電される交流電動機を用いた場合に発生する軸ねじり振動を抑制する電動機の速度制御装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1の特徴は、連結軸を介して負荷を駆動する電動機の回転速度を制御する速度制御装置において、外部から指令される速度指令値および回転速度の検出値が入力される速度調節器と、前記電動機のトルク指令値から該電動機の出力トルクのモデル値を演算する出力トルク演算器と、前記電動機の回転速度の検出値と前記出力トルクのモデル値とから該電動機の負荷トルク推定値を演算する負荷トルク推定器と、前記速度調節器の検出値と前記負荷トルク推定値とを加算演算した値のトルク指令値に基づいて、前記電動機の出力トルクを制御するトルク制御ループとを備えたことを特徴とする電動機の速度制御装置である。
【0008】
本発明の第2の特徴は、前記出力トルク演算器の伝達関数は、前記トルク制御ループを2次遅れ要素で近似したモデル伝達関数であることを特徴とする電動機の速度制御装置である。
【0009】
本発明の第3の特徴は、連結軸を介して負荷を駆動する電動機の回転速度を制御する速度制御装置において、外部から指令される速度指令値と電動機の回転速度の検出値との偏差を積分時間を1/aωZとして積分演算し、この積分演算値から前記回転速度の検出値を減算演算し、この減算演算値を比例ゲインをbJMωZとして比例演算した値を出力する速度調節器と、前記電動機の出力トルクを制御するトルク制御ループ、または前記電動機のトルク指令値から該電動機の出力トルクのモデル値を演算する出力トルク演算器、のいずれかの出力値を積分時間をcJM/dとして積分演算し、この積分演算値から前記回転速度の検出値を減算演算し、この減算演算値を比例ゲインをcJMωZとして比例演算して該電動機の負荷トルク推定値を演算する負荷トルク推定器と、前記速度調節器の出力値と前記負荷トルク推定値とを加算演算した値のトルク指令値に基づいて前記電動機の出力トルクを制御するトルク制御ループと、を備えたことを特徴とする電動機の速度制御装置である。
ここで、
JM:前記電動機の慣性モーメントに基づく時定数
KC:前記連結軸のバネ定数に基づく時定数
JL:前記負荷の慣性モーメントに基づく時定数
ωZ:前記KCとJLに基づく***振角周波数
a=dnN/(2dζN−nN)
b=knN 2(2dζTnT+nT 2)/adnT 2
c=k(2dζTnT+nT 2)/nT 2−b
d=(nD 2−nT 2)/2ζTnT
k :速度制御系のゲインに係わるパラメータ
ζN:積分定数に係わるパラメータ
nD:設定値応答の減衰特性に係わるパラメータ
nN:高周波数領域の特性に係わるパラメータ
ζT:トルク制御ループの減衰係数
nT:***振角周波数ωZのトルク制御ループの固有角周波数に対する係数
【0010】
本発明の第4の特徴は、連結軸を介して負荷を駆動する電動機の回転速度を制御する速度制御装置において、外部から指令される速度指令値と電動機の回転速度の検出値との偏差を比例ゲインをbJMωZとして比例演算した値を出力する速度調節器と、前記電動機の出力トルクを制御するトルク制御ループ、または前記電動機のトルク指令値から該電動機の出力トルクのモデル値を演算する出力トルク演算器、のいずれかの出力値を積分時間をcJM/dとして積分演算し、この積分演算値から前記回転速度の検出値を減算演算し、この減算演算値を比例ゲインをcJMωZとして比例演算して該電動機の負荷トルク推定値を演算する負荷トルク推定器と、前記速度調節器の出力値と前記負荷トルク推定値とを加算演算した値のトルク指令値に基づいて前記電動機の出力トルクを制御するトルク制御ループと、を備えたことを特徴とする電動機の速度制御装置である。
ここで、
JM:前記電動機の慣性モーメントに基づく時定数
KC:前記連結軸のバネ定数に基づく時定数
JL:前記負荷の慣性モーメントに基づく時定数
ωZ:前記KCとJLに基づく***振角周波数
b=knN 2(2dζTnT+nT 2)/adnT 2
c=k(2dζTnT+nT 2)/nT 2−b
d=(nD 2−nT 2)/2ζTnT
k :速度制御系のゲインに係わるパラメータ
ζN:積分定数に係わるパラメータ
nD:設定値応答の減衰特性に係わるパラメータ
nN:高周波数領域の特性に係わるパラメータ
ζT:トルク制御ループの減衰係数
nT:***振角周波数ωZのトルク制御ループの固有角周波数に対する係数
【0011】
本発明の第5の特徴は、前記パラメータkの概算値は、
k=α+βR+γR/nT(α、β、γ:定数、R=JL/JM)
の関数で表されることを特徴とする電動機の速度制御装置である。
【0012】
本発明の第6の特徴は、前記パラメータnDの概算値は、
nD=δ+εR+ζ/nT(δ、ε、ζ:定数、R=JL/JM)
の関数で表されることを特徴とする電動機の速度制御装置である。
【0013】
本発明の第7の特徴は、前記パラメータnNの概算値は、
nN=η+θR+ι/nT(η、θ、ι:定数、R=JL/JM)
の関数で表されることを特徴とする電動機の速度制御装置である。
【0014】
本発明の第8の特徴は、前記パラメータkの概算値は、
k=1.09+0.754R−0.465R/nT(R=JL/JM)
で求められることを特徴とする電動機の速度制御装置である。
【0015】
本発明の第9の特徴は、前記パラメータnDの概算値は、
nD=−3.50+8.70R+9.23/nT(R=JL/JM)
で求められることを特徴とする電動機の速度制御装置である。
【0016】
本発明の第10の特徴は、前記パラメータnNの概算値は、
nN=0.299−0.0247R−0.0693/nT(R=JL/JM)
で求められることを特徴とする電動機の速度制御装置である。
【0017】
本発明の第11の特徴は、前記パラメータζNは、
ζN=0.800
程度とすることを特徴とする電動機の速度制御装置である。
【0018】
請求項1・2の発明の速度制御装置を用いれば、電動機のトルク指令値から該電動機の出力トルクのモデル値を演算する出力トルク演算器を備えるので、電動機の出力トルク検出が困難な場合でも従来の速度制御装置で発生していた軸ねじり振動を抑制することが可能となる。
【0019】
さらに、直流電動機に給電するサイリスタコンバータ、交流電動機に給電するサイクロコンバータを備えるトルク制御ループでは、周知の如く、その応答速度は例えばPWMインバータで給電される交流電動機におけるトルク制御ループにより遅くなり、その結果、上述の軸ねじり振動が発生する恐れがある。これに対して、従来の速度制御装置に僅かな回路を付加し、請求項3〜11の発明のごとく速度調節器及び負荷トルク調節器の制御パラメータを選定することにより、軸ねじり振動の発生を抑制することができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明における実施の形態について図面を参照しながら述べる。
図1は、本発明の第1の実施例を示す電動機の速度制御装置の回路構成図である。図6に示した従来例回路と同一機能を有するものには同一符号を付している。
【0021】
図1に示されている速度制御装置20は、速度調節器21と負荷トルク推定器(最小次元オブザーバ)22と加算演算器23とトルク制御ループ12とを備えている。また、電動機1、連結軸2そして負荷3の機械系が制御対象として示されている。PLG4は、モーターの回転数を測定するセンサーである。
【0022】
図2は、図1の回路構成をブロック線図で表したものである。図2中では、電動機1の慣性モーメントに基づく時定数をJM(sec)とし、連結軸2のバネ定数に基づく時定数をKC(sec)とし、負荷3の慣性モーメントに基づく時定数をJL(sec)としている。
【0023】
図2の構成を詳細に述べる。速度調節器21は、速度指令値と電動機1の回転速度検出値を入力とし、この速度調節器21からの出力と負荷トルク推定器22からのトルク指令値を加算器23で加え合わせ、この加算量をトルク制御ループ12に入力し、該トルク制御ループ12からの出力トルクを電動機1および負荷トルク推定器22に入力している。
【0024】
次に、本発明で用いられている定数を以下で定義する。電動機1,連結軸2,負荷3における慣性比Rは式(1)で表される。
【0025】
【数1】
R=JL/JM ...(1)
また、前述の***振角周波数ωZは式(2)で表させる。
【0026】
【数2】
ωZ=(JLKC)-1/2〔rad/sec〕 ...(2)
ここで、図2に示した速度調節器21の積分演算部21aの積分時間を1/(aωZ)〔sec〕とし、比例演算部21bの比例ゲインをbJMωZとし、また負荷トルク推定器22の比例演算部22aの比例ゲインをcJMωZとし、積分演算部22bの積分時間をcJM/d〔sec〕とし、定数であるa,b,c,dは以下に示す式(3)〜式(6)に基づいて選定される。
【0027】
【数3】
d=(nD 2−nT 2)/2ζTnT ...(3)
【0028】
【数4】
a=dnN/(2dζN−nN) ...(4)
【0029】
【数5】
b=knN 2(2dζTnT+nT 2)/adnT 2 ...(5)
【0030】
【数6】
c=k(2dζTnT+nT 2)/nT 2−b ...(6)
(3)〜(6)式に示されているように、a, b, c, dの値を定め、それらの値に従って各比例ゲインと積分時間を決定することにより、本発明の速度制御器が得られる。
【0031】
ここで、上記a, b, c, dを決定するための速度制御器のゲインに関するパラメータk,nN, nD,ζNは、次のように決められる。パラメータkは、速度制御系のゲインを決定するもので、速度制御器、トルク制御ループおよび2慣性系を含めた開ループ伝達関数のカットオフ周波数が2慣性系の***振角周波数ωZと共振角周波数ω0の中間となるようにkを選ぶ。nNは、積分定数を決定するもので0.2程度がよい。ζNは、設定値応答の減衰特性を決めるもので0.8にする。 nDは、高周波数領域の特性を決定するものでR,nTに依存し2〜10とする。
【0032】
ここで、k,nN, nD,ζNの具体的な値は、以下の(7)から(10)式で求められる。
【0033】
【数7】
k=1.09+0.754R−0.465R/nT ...(7)
【0034】
【数8】
nD=−3.50+8.70R+9.23/nT ...(8)
【0035】
【数9】
nN=0.299−0.0247R−0.0693/nT ...(9)
【0036】
【数10】
ζN=0.800 ...(10)
これらの式(7)〜(9)は、k,nN,nDを簡便に求めるために導入されたものである。これらは後述する評価関数を最小にするR,nT とk,nN,nDとの関係式を計算機シミュレーションにより求めたものである。
【0037】
シミュレーションは以下の手順で行われる。
まず軸ねじり振動が最も速く減衰することを条件に評価関数を決定する。本シミュレーションの場合、電動機速度指令から電動機速度検出までの閉ループ伝達関数の根のうち、実数部が最大である根の実数部を評価関数とした。この評価関数を最小にすることは、過渡応答の減衰の時定数を最小にすることとなる。計算機シミュレーションはζN=0.8としnD>nTの条件でRとnTを与え、おのおののR,nTに対する評価関数を最小にするk,nN,nDを最急降下法で求めた。Rの範囲は、0.09から5.0とし、nTの範囲は0.9〜10.0とした。これにより求められたR,nTに対するk,nN,nDのシミュレーション結果を用いて最小2乗法による近似式を求めたものが式(7)〜(9)である。
【0038】
実際の速度制御装置に適用する場合には、式(7)〜(9)で得られた値を元に良好な応答が得られるようにk,nN,nD,ζNの値の調整を行う。なお本速度制御装置は、nD>nTという条件の下で、R=0.1〜5、nT=0.9〜5.0の範囲で良好な応答が得られる速度制御装置である。
【0039】
図2に示した速度制御装置20はトルク制御ループ12を構成する半導体電力変換器である。電動機1が直流電動機の場合は、半導体電力変換器はサイリスタレオナードを用い、交流電動機の場合にはサイクロコンバータを用いる。サイリスタレオナードの場合、電動機1の出力トルクは電機子電流の検出値に界磁を乗算した値とすることができる。
【0040】
すなわち、図2に示した負荷トルク推定器22の比例演算部22aの比例ゲインと積分演算部22bの積分時間とを上記式に基づく値に選定することにより、速度調節器21の出力からトルク制御ループ12の出力までの伝達関数の応答を速くすることができ、その結果、電動機1の回転速度の応答速度をより速くするべく、速度調節器21の積分演算部21aの積分時間と比例演算部21bの比例ゲインとを上記式に基づく値に選定できて、電動機1と負荷3とを連結させる連結軸2の剛性が低い場合の軸ねじり振動の発生を抑制することができる。
【0041】
次に、本発明の第2の実施例について説明する。 図3は、この発明の第2の実施例を示す電動機の速度制御装置のブロック線図である。図2に示したこの発明の第1の実施例回路と同一機能を有するものには同一符号を伏している。
【0042】
図3において、この速度制御装置30は、速度調節器21、負荷トルク推定器22、加算演算器23,トルク制御ループ12の他に出力トルク演算器31を備えている。速度調節器21は、速度指令値と電動機1の回転速度検出値を入力とし、この速度調節器21からの出力と負荷トルク推定器22からのトルク指令値を加算器23で加え合わせ、この加算量をトルク制御ループ12に入力するとともに、出力トルク演算器31へも入力し、前記トルク制御ループ12からの出力トルクを電動機1に入力している。
【0043】
この出力トルク演算器31はトルク制御ループ12の出力である電動機トルクの検出が困難である場合に用いられるものである。出力トルク演算器31はトルク制御ループ12を2次遅れ要素で近似することにより得られたモデル伝達関数GTを用いて出力トルクの値をシミュレートする。この伝達関数GTは、式(11)で表される。
【0044】
【数11】
GT=nT 2ωZ 2/(s2+2ζTnTωZs+nT 2ωZ 2)...(11)
ここで、ζTはトルク系の減衰係数を示し、nTωZはトルク制御ループの固有角周波数〔rad/sec〕である。このトルク系のモデル伝達関数GTは、本発明の速度制御器を求める時に近似しているトルク制御ループの伝達関数と全く同一である。この速度制御装置30はトルク制御ループ12を構成する半導体電力変換器をサイクロコンバータとし、電動機1を交流電動機とした場合に好適な速度制御装置であって、このとき電動機1の出力トルクとして出力トルク演算器31での前記式(11)に基づく演算で得られた出力トルクのモデル値を、負荷トルク推定器22に入力するようにしている。
【0045】
ここで、電動機トルクの検出が困難な場合とは、例えば電動機のリアクタンスが小さく、外付けのリアクタンスがない場合のサイクロコンバータと同期電動機を組み合わせた場合が考えられる。サイクロコンバータは、入力電源をスイッチングして同期電動機への印加電圧を作るが、リアクタンスが小さいと同期電動機電流のリップル成分が大きくなる。その結果、電動機電流から求めた電動機トルクに大きなリップルが生じる。リップル成分の大きなトルク検出値を速度制御器に用いると、速度制御器の出力である電動機トルク指令値に大きなノイズが生じることになり、実用的でなくなってしまう。最悪の場合、サイクロコンバータに過電流が流れ、重故障になる可能性がある。この出力トルク演算器31を用い、そして負荷トルク推定器22の比例演算部22aの比例ゲインと積分演算部22bの積分時間とを上記式に基づく値に選定することにより、速度調節器22の出力からトルク制御ループ12の出力までの伝達関数の応答を速くすることができ、その結果、電動機1の回転速度の応答速度をより速くするべく、速度調節器21の積分演算部21aの積分時間と比例演算部21bの比例ゲインとを上記式に基づく値に選定できて、電動機1と負荷3とを連結させる連結軸2の剛性が低い場合の軸ねじり振動の発生を抑制することができる。図4は、この発明の第3の実施例を示す電動機の速度制御装置のブロック線図であり、図2に示したこの発明の第1の実施例回路と同一機能を有するものには同一符号を付している。すなわち図4において、この速度制御装置40には前述した第1の実施例回路における速度調節器21に代わる速度調節器41と、負荷トルク推定器22と、加算演算器23と、トルク制御ループ12とを備えている。
【0046】
実施例1で述べられている速度調節器21はIP調節器であるが、この速度調節器41は、P調節器である。このような置き換えを行った場合でも、良好な結果が得られる。ただし、速度指令値をステップ状に変化させる設定値応答と、負荷外乱トルクをステップ状に変化させる外乱応答とで図8、9に示すように応答が異なる。これらの図は、後述する実験例の構成および条件でシミュレーションを行い求めた波形であり、図8は、10%のステップ速度指令値に対する設定値応答、図9は100%のステップ負荷外乱トルクに対する外乱応答である。図8、9のグラフ(a)、(c)は電動機速度検出の時間変化を求めたもの、図8、9のグラフ(b)、(d)は電動機トルク指令の時間変化を求めたものである。図8に示す設定値応答では、IP調節器と負荷トルク推定器などの外乱オブザーバの組み合わせ結果のグラフ(a)、(b)では、振動もオーバーシュートも全く生じないが、P調節器と外乱オブザーバの組み合わせ結果のグラフ(c)、(d)では、振動、オーバーシュート共に若干発生している。
【0047】
一方、図9に示す外乱応答では、IP調節器と外乱オブザーバの組み合わせ結果のグラフ(a)、(b)の方が、P調節器と外乱オブザーバの組み合わせ結果のグラフ(c)、(d)よりも速度検出値のオーバーシュートが大きい。この場合、両者とも振動は同程度生じている。
【0048】
実際に本制御器を使うときには、これらの応答の違いに着目し、用途により望ましい応答の制御器を選択すればよい。例えば、圧延機圧下の位置合わせやNC工作機械の位置合わせなど電動機速度指令の変化に対する電動機速度のオーバーシュートが望ましくない場合には、IP調節器と外乱オブザーバの組み合わせを用い、圧延機など外乱応答に対する電動機速度のオーバーシュートが望ましくない場合は、P調節器と外乱オブザーバの組み合わせを用いるとよい。
【0049】
以上述べたように、この速度調節器41の比例ゲインを、前述の速度調節器21と同様に、上記式に基づく値に選定することにより、電動機1と負荷3とを連結させる連結軸2の剛性が低い場合の軸ねじり振動の発生を抑制することができる。図5は、この発明の第4の実施例を示す電動機の速度制御装置の回路構成図であり、図3に示したこの発明の第2の実施例回路と同一機能を有するものには同一符号を付している。
【0050】
すなわち図5において、この速度制御装置50には前述の第2の実施例回路の速度調節器21に代わる速度調節器41と、負荷トルク推定器22と、加算演算器23と、トルク制御ループ12と、出力トルク演算器31とを備えている。この速度調節器41の比例ゲインを、前述の速度調節器21と同様に、上記式に基づく値に選定することにより、電動機1と負荷3とを連結させる連結軸2の剛性が低い場合の軸ねじり振動の発生を抑制することができる。
【0051】
この発明によれば、直流電動機に給電するサイリスタコンバータ、交流電動機に給電するサイクロコンバータを備えるトルク制御ループでは、周知の如く、その応答速度は例えばPWMインバータで給電される交流電動機におけるトルク制御ループにより遅くなり、その結果、上述の軸ねじり振動が発生する恐れがあるのに対して、この発明の電動機の速度制御装置では従来の速度制御装置に僅かな回路を付加することにより、軸ねじり振動の発生を抑制することができる。
【0052】
(実験例) 実際に電動機、連結軸、負荷系に対して本発明の速度制御装置を適用した結果を以下に示す。直流電動機と、負荷が接続されている誘導電動機を剛性の低い軸でつなぎ電動機−機械系を構成した。直流電動機の慣性モーメントはGD2=0.92(kgm2)、定格出力は22kWのものを用いた。誘導電動機は慣性モーメントGD2=0.35(kgm2)であり、定格出力は3.7kWのものを用いた。軸のバネ定数は46(kgm/rad)である。直流電動機は、本制御器を組み込んだサイリスタレオナード装置で駆動し、誘導電動機を負荷としPWMインバータで駆動した。実験機は、慣性比R=0.379、共振周波数13.5(Hz)、***振周波数11.5Hz電動機慣性JM=0.35(s)であった。トルク系は、ζT=0.7, nTωZ=118rad/s(nT=1.63)である。
【0053】
このような制御対象に対し、速度制御器はサンプリング5msのIP調節器と外乱オブザーバで構成した。速度制御器のパラメータはk=1.11,nD=3.49,nN=0.2,ζN=0.8として、双一次変換により離散化した。なお、k, nD,nNは、式(7)〜(9)を用いて求めた値k=1.48,nD=5.55,nN=0.25を元にして優れた応答が得られるように調整したものである。
【0054】
負荷としてステップ状のトルクを加えたときの外乱応答の実験結果を図7に示す。本制御器と従来のIP調節器の応答で、電動機速度検出と電動機トルク指令の時間波形を計測した。従来のIP調節器は本制御器から外乱オブザーバを削除したものである。結果は、従来のIP調節器は、グラフ(b)で示すように13.5Hzの持続振動が生じているのに対し、本制御器の場合にはグラフ(a)で示すように振動は全く生じていない。
【0055】
同様に、慣性比R=0.534、***振角周波数ωZ=124〔rad/sec〕の電動機、連結軸、負荷系に対して、この発明の速度制御装置を適用した結果を図10に示す。グラフ(a)はnT=2.8、nD=3.3、k=1.01の時、グラフ(b)はnT=1.5、nD=2.5、k=1.09の時、グラフ(c)はnT=1.0、nD=2.5、k=1.26の時のシミュレーション結果である。これらの結果からも明らかなように上記同様に軸ねじり振動はまったく発生しなかった。
【0056】
このように本発明の速度制御装置を使用することにより、トルク制御系の応答遅れがある場合でも軸ねじり振動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明における電動機の速度制御装置の配置図。
【図2】この発明の第1の実施例を示す電動機の速度制御装置のブロック線図。
【図3】この発明の第2の実施例を示す電動機の速度制御装置のブロック線図。
【図4】この発明の第3の実施例を示す電動機の速度制御装置のブロック線図。
【図5】この発明の第4の実施例を示す電動機の速度制御装置のブロック線図。
【図6】従来例を示す電動機の速度制御装置の回路構成図。
【図7】本発明の実施例中において、本発明の速度制御装置と従来の速度制御装置のそれぞれを用いた場合の比較実験の結果を示すグラフ。
【図8】 IP調節器とP調節器それぞれを用いて行った設定値応答シミュレーションの結果を示すグラフ。
【図9】IP調節器とP調節器それぞれを用いて行った外乱応答シミュレーションの結果を示すグラフ。
【図10】 本発明の別の実施例における実験結果を示すグラフ。
【符号の説明】
1…電動機、2…連結軸、3…負荷、4…PLG、10…速度制御装置、11…速度調節器、12…トルク制御ループ、20…速度制御装置、21…速度調節器、22…負荷トルク推定器、23…加算演算器、30…速度制御装置、31…出力トルク演算器、40…速度制御装置、41…速度調節器、50…速度制御装置
Claims (11)
- 連結軸を介して負荷を駆動する電動機の回転速度を制御する速度制御装置において、
外部から指令される速度指令値および回転速度の検出値が入力される速度調節器と、
前記電動機のトルク指令値から該電動機の出力トルクのモデル値を演算する出力トルク演算器と、
前記電動機の回転速度の検出値と前記出力トルクのモデル値とから該電動機の負荷トルク推定値を演算する負荷トルク推定器と、
前記速度調節器の検出値と前記負荷トルク推定値とを加算演算した値のトルク指令値に基づいて、前記電動機の出力トルクを制御するトルク制御ループと
を備えたことを特徴とする電動機の速度制御装置。 - 前記出力トルク演算器の伝達関数は、前記トルク制御ループを2次遅れ要素で近似したモデル伝達関数であることを特徴とする請求項1に記載の電動機の速度制御装置。
- 連結軸を介して負荷を駆動する電動機の回転速度を制御する速度制御装置において、
外部から指令される速度指令値と電動機の回転速度の検出値との偏差を積分時間を1/aωZとして積分演算し、この積分演算値から前記回転速度の検出値を減算演算し、この減算演算値を比例ゲインをbJMωZとして比例演算した値を出力する速度調節器と、
前記電動機の出力トルクを制御するトルク制御ループ、または前記電動機のトルク指令値から該電動機の出力トルクのモデル値を演算する出力トルク演算器、のいずれかの出力値を積分時間をcJM/dとして積分演算し、この積分演算値から前記回転速度の検出値を減算演算し、この減算演算値を比例ゲインをcJMωZとして比例演算して該電動機の負荷トルク推定値を演算する負荷トルク推定器と、
前記速度調節器の出力値と前記負荷トルク推定値とを加算演算した値のトルク指令値に基づいて前記電動機の出力トルクを制御するトルク制御ループと、
を備えたことを特徴とする電動機の速度制御装置。
ここで、
JM:前記電動機の慣性モーメントに基づく時定数
KC:前記連結軸のバネ定数に基づく時定数
JL:前記負荷の慣性モーメントに基づく時定数
ωZ:前記KCとJLに基づく***振角周波数
a=dnN/(2dζN−nN)
b=knN 2(2dζTnT+nT 2)/adnT 2
c=k(2dζTnT+nT 2)/nT 2−b
d=(nD 2−nT 2)/2ζTnT
k :速度制御系のゲインに係わるパラメータ
ζN:積分定数に係わるパラメータ
nD:設定値応答の減衰特性に係わるパラメータ
nN:高周波数領域の特性に係わるパラメータ
ζT:トルク制御ループの減衰係数
nT:***振角周波数ωZのトルク制御ループの固有角周波数に対する係数 - 連結軸を介して負荷を駆動する電動機の回転速度を制御する速度制御装置において、
外部から指令される速度指令値と電動機の回転速度の検出値との偏差を比例ゲインをbJMωZとして比例演算した値を出力する速度調節器と、
前記電動機の出力トルクを制御するトルク制御ループ、または前記電動機のトルク指令値から該電動機の出力トルクのモデル値を演算する出力トルク演算器、のいずれかの出力値を積分時間をcJM/dとして積分演算し、この積分演算値から前記回転速度の検出値を減算演算し、この減算演算値を比例ゲインをcJMωZとして比例演算して該電動機の負荷トルク推定値を演算する負荷トルク推定器と、
前記速度調節器の出力値と前記負荷トルク推定値とを加算演算した値のトルク指令値に基づいて前記電動機の出力トルクを制御するトルク制御ループと、
を備えたことを特徴とする電動機の速度制御装置。
ここで、
JM:前記電動機の慣性モーメントに基づく時定数
KC:前記連結軸のバネ定数に基づく時定数
JL:前記負荷の慣性モーメントに基づく時定数
ωZ:前記KCとJLに基づく***振角周波数
b=knN 2(2dζTnT+nT 2)/adnT 2
c=k(2dζTnT+nT 2)/nT 2−b
d=(nD 2−nT 2)/2ζTnT
k :速度制御系のゲインに係わるパラメータ
ζN:積分定数に係わるパラメータ
nD:設定値応答の減衰特性に係わるパラメータ
nN:高周波数領域の特性に係わるパラメータ
ζT:トルク制御ループの減衰係数
nT:***振角周波数ωZのトルク制御ループの固有角周波数に対する係数 - 前記パラメータkの概算値は、
k=α+βR+γR/nT(α、β、γ:定数、R=JL/JM)
の関数で表されることを特徴とする請求項3または4のいずれかに記載の電動機の速度制御装置。 - 前記パラメータnDの概算値は、
nD=δ+εR+ζ/nT(δ、ε、ζ:定数、R=JL/JM)
の関数で表されることを特徴とする請求項5に記載の電動機の速度制御装置。 - 前記パラメータnNの概算値は、
nN=η+θR+ι/nT(η、θ、ι:定数、R=JL/JM)
の関数で表されることを特徴とする請求項6に記載の電動機の速度制御装置。 - 前記パラメータkの概算値は、
k=1.09+0.754R−0.465R/nT(R=JL/JM)
で求められることを特徴とする請求項7に記載の電動機の速度制御装置。 - 前記パラメータnDの概算値は、
nD=−3.50+8.70R+9.23/nT(R=JL/JM)
で求められることを特徴とする請求項8に記載の電動機の速度制御装置。 - 前記パラメータnNの概算値は、
nN=0.299−0.0247R−0.0693/nT(R=JL/JM)
で求められることを特徴とする請求項9に記載の電動機の速度制御装置。 - 前記パラメータζNは、
ζN=0.800
程度とすることを特徴とする請求項10に記載の電動機の速度制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP04552799A JP3667547B2 (ja) | 1998-02-25 | 1999-02-23 | 電動機の速度制御装置 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10-42700 | 1998-02-25 | ||
JP4270098 | 1998-02-25 | ||
JP04552799A JP3667547B2 (ja) | 1998-02-25 | 1999-02-23 | 電動機の速度制御装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11341852A JPH11341852A (ja) | 1999-12-10 |
JP3667547B2 true JP3667547B2 (ja) | 2005-07-06 |
Family
ID=26382431
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP04552799A Expired - Lifetime JP3667547B2 (ja) | 1998-02-25 | 1999-02-23 | 電動機の速度制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3667547B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112207136A (zh) * | 2020-09-08 | 2021-01-12 | 燕山大学 | 一种基于轧机扭振测试分析的板带恒张力活套控制方法 |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1283593B1 (en) * | 2000-04-20 | 2009-08-05 | Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki | Motor controller |
KR101031778B1 (ko) * | 2004-10-21 | 2011-04-29 | 주식회사 만도 | 토크 리플 보상을 위한 전동기의 토크 제어장치 |
JP5203823B2 (ja) * | 2008-07-08 | 2013-06-05 | キヤノン株式会社 | 画像形成装置、画像形成装置の制御方法、プログラム及び記憶媒体 |
JP5113862B2 (ja) * | 2010-02-16 | 2013-01-09 | 山洋電気株式会社 | モータ制御装置 |
JP5909161B2 (ja) * | 2012-07-17 | 2016-04-26 | 三菱重工業株式会社 | 外乱推定装置及び位置制御装置並びに速度制御装置 |
KR102517777B1 (ko) * | 2020-07-31 | 2023-04-05 | 중앙대학교 산학협력단 | 철도용 영구자석동기전동기를 위한 외란 관측기를 기반으로 하는 파라메터 추정 방법, 이를 수행하기 위한 기록 매체 및 장치 |
CN113794411B (zh) * | 2021-08-31 | 2023-02-07 | 西北工业大学 | 航空柱塞泵用内嵌式永磁同步电机的多重抗扰控制方法 |
-
1999
- 1999-02-23 JP JP04552799A patent/JP3667547B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112207136A (zh) * | 2020-09-08 | 2021-01-12 | 燕山大学 | 一种基于轧机扭振测试分析的板带恒张力活套控制方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH11341852A (ja) | 1999-12-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR0182336B1 (ko) | 전력 시스템의 정확도를 향상시킬 수 있는 가변 속도 발전기-전동기 장치 | |
KR920002566B1 (ko) | 전동기의 속도제어장치 | |
EP3437184B1 (en) | System and method for consistent speed regulation in a variable frequency drive | |
JP4195897B2 (ja) | ステッピングモータの制御装置 | |
JP3667547B2 (ja) | 電動機の速度制御装置 | |
Liaw et al. | A VSS speed controller with model reference response for induction motor drive | |
JPH1066385A (ja) | インバータの制御装置 | |
JP4144284B2 (ja) | 超音波モータの位置制御方式 | |
JP3381465B2 (ja) | 電力変換器の制御方法 | |
JP3360130B2 (ja) | 誘導電動機の制御装置 | |
Haghbin et al. | Performance of PI stator resistance compensator on DTC of induction motor | |
JP2009077606A (ja) | 発電機と電動機の関連制御装置 | |
JPH09149699A (ja) | 交流電動機の制御装置 | |
JP4730997B2 (ja) | 誘導電動機の制御装置 | |
JP3215480B2 (ja) | パルス幅変調インバータ装置 | |
JP4839552B2 (ja) | 誘導電動機の制御方法 | |
JPH11150977A (ja) | 直列接続電動機の速度制御装置 | |
JP2923993B2 (ja) | 電動機の制御装置 | |
KR100613860B1 (ko) | 신경망을 이용한 유도전동기의 제어 장치 | |
JPH09272663A (ja) | エレベータの駆動制御装置 | |
JP2003102177A (ja) | 電力変換器の制御方法 | |
JP2997278B2 (ja) | 電動機の制御装置 | |
JP4366566B2 (ja) | 制御定数調整装置 | |
JP2559197B2 (ja) | 交流電動機の制御装置 | |
JPH10248300A (ja) | 電力変換装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050119 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050125 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050309 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20050405 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20050406 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080415 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090415 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100415 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110415 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120415 Year of fee payment: 7 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120415 Year of fee payment: 7 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120415 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130415 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130415 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140415 Year of fee payment: 9 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |