JPH01259777A - Controller for motor - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To control axial torsional vibrations without damaging the response of a speed control system by adding an output from a delay element, to which a signal proportional to output torque is input, and a speed regulating loop output and supplying a current regulating loop with the added value. CONSTITUTION:A speed regulator 11 outputs 3 current command value in response to a deviation between a speed set value n' and a speed detecting signal nm. A current regulator 12 controls a thyristor converter 3 in response to a deviation between the current command value and a current detecting signal ia. On the other hand, a state observer 2 arithmetically operates the current conversion value ic' of estimated output torque on the basis of the speed detecting signal nm and the current detecting signal ia, and adds the current conversion value to the current command value. Accordingly, axial torsional vibrations can be inhibited by a simple circuit in a short time without damaging the response of a speed control system.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、軸を介して負荷と結合された電動機を、マ
イナループで電機子電流の制御を行いながら、メインル
ープで電動機速度の制御を行うような電動機の制御装置
に関するものである。[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] This invention controls a motor connected to a load via a shaft, while controlling the armature current in the minor loop and controlling the motor speed in the main loop. The present invention relates to a control device for such an electric motor.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、この種の制御装置として、状態観測器を用いて軸
トルク、負荷トルク、負荷速度をそれぞれ推定し、これ
らの推定量を速度調節器の出力信号に加算して、負荷急
変時等に発生する軸のねじり振動を抑制すると＼もに、
速度のインパクトドロップおよびリカバリータイムをよ
り小さく制御するものが知られている。Conventionally, this type of control device estimates the shaft torque, load torque, and load speed using a condition observation device, and adds these estimated amounts to the output signal of the speed regulator to detect the occurrence of sudden changes in load, etc. When the torsional vibration of the shaft is suppressed,
It is known to control the velocity impact drop and recovery time to be smaller.

〔発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このような装置は、軸トルク。[Problem to be solved by the invention] However, such a device is limited by the axial torque.

負荷トルク、負荷速度を推定する必要があるため、状態
観測器の回路構成が複雑となって多くの部品を必要とす
るだけでな（、推定値が実際値と一致するように調整す
るのに多くの調整時間が必要になると云う問題がある。Because it is necessary to estimate the load torque and load speed, the circuit configuration of the condition observer becomes complicated and requires many parts (and it is difficult to adjust the estimated values to match the actual values). There is a problem that a lot of adjustment time is required.

したがって、この発明は軸ねじり振動を速度制御系の応
答を損なうことなく、簡単な回路で、しかも短い時間で
抑制できるようにすることを目的とする。Therefore, an object of the present invention is to make it possible to suppress shaft torsional vibration with a simple circuit and in a short time without impairing the response of the speed control system.

［課題を解決するための手段］ 軸トルクに比例する信号を人力される遅れ要素を設け、
この遅れ要素の出力と速度調節ループ出力とを加算した
ものを電流調節ループの入力として制御を行なう。この
軸トルクに比例する信号としては軸トルク検出器または
状態観測器により得ることができる。また、状態観測器
は推定軸トルクと電動機トルクとの差を加算または積分
する演算要素と、この演算要素の出力と速度実際値との
差を所定倍する比例ゲイン要素とから構成する。[Means for solving the problem] A delay element is provided that manually generates a signal proportional to the shaft torque.
Control is performed by using the sum of the output of this delay element and the speed control loop output as an input to the current control loop. A signal proportional to this shaft torque can be obtained by a shaft torque detector or a condition observer. Further, the state observation device is composed of a calculation element that adds or integrates the difference between the estimated shaft torque and the motor torque, and a proportional gain element that multiplies the difference between the output of this calculation element and the actual speed value by a predetermined value.

〔作用〕[Effect]

この発明は、軸トルクを正帰還すれば軸ねじり振動が抑
制できることに着目したもので、上記の如くすることに
より、軸ねじり振動を抑制しようとするものである。This invention focuses on the fact that shaft torsional vibration can be suppressed by positive feedback of shaft torque, and attempts to suppress shaft torsional vibration by doing as described above.

〔実施例］ 第１図はこの発明の詳細な説明するための原理構成図で
ある。[Embodiment] FIG. 1 is a diagram showing the basic configuration for explaining the present invention in detail.

同図において、Ａは負荷を示すブロック（積分器）であ
り、その伝達関数１／ＳＴＬにおいてＳはラプラス演算
子、ＴＬは負荷の慣性モーメントに対応する積分器Ａの
積分時間、Ｂは軸を示すブロック（積分器）であり、Ｔ
、は軸のねじりバネ定数または剛性率に対応する積分器
Ｂの積分時間、Ｃは電動機を示すブロック（積分器）で
あり、Ｔ。In the figure, A is a block (integrator) indicating the load, S is the Laplace operator in its transfer function 1/STL, TL is the integration time of integrator A corresponding to the moment of inertia of the load, and B is the axis is the block (integrator) shown, and T
, is the integration time of integrator B corresponding to the torsional spring constant or rigidity of the shaft, C is a block (integrator) representing the electric motor, and T.

は電動機の慣性モーメントに対応する積分器Ｃの積分時
間で、これらＡ、Ｂ、Ｃにて軸ねじり振動系を構成して
いる。Ｄは電動機の電流制御系を示し、電動機を示すブ
ロックＣに対し電動機トルクτ工を供給して電動機速度
ｎ、を得る。Ｅは軸ねじり振動を抑制するための遅れ要
素である。また、τ工。はトルク指令、τ、は電動機ト
ルク、ｎａは電動機速度、τ。は軸トルク、τ、は負荷
トルク、ｎｔは負荷速度を示す。is the integration time of integrator C corresponding to the moment of inertia of the electric motor, and these A, B, and C constitute a shaft torsional vibration system. D shows the current control system of the motor, and the motor torque τ is supplied to block C representing the motor to obtain the motor speed n. E is a delay element for suppressing shaft torsional vibration. Also, τ engineering. is the torque command, τ is the motor torque, na is the motor speed, τ. is the shaft torque, τ is the load torque, and nt is the load speed.

このようにすると、負荷トルクτＬ＝０のときのτ９と
ｎ、の関係は、 ・・・・・・（１） となり、電動機制御系りを介して電動機トルクτ、が一
定量加えられると、ｎ、は振動しながら一定勾配で増加
していく。即ち、遅れ要素Ｅを考えないとき、トルク指
令τ４゜とじてステップ的に一定量が入力されると、電
動機速度ｎ１は振動しながら一定勾配で増加していく。In this way, the relationship between τ9 and n when the load torque τL=0 is as follows: (1) When a certain amount of motor torque τ is applied via the motor control system, n increases at a constant gradient while oscillating. That is, when the delay element E is not considered, when a constant amount is input stepwise as the torque command τ4°, the motor speed n1 increases at a constant gradient while vibrating.

電動機速度ｎ、の振動をなくすためには、軸トルクτ、
の振動を除去する必要がある。このため、τイとて。の
関係を導くと次の様になる。In order to eliminate the vibration of the motor speed n, the shaft torque τ,
vibration must be removed. For this reason, τi. The relationship is derived as follows.

ＴＬ つまり、（２）式はτ６がステップ的に与えられた時、
τ、は持続振動となることを示している。一方、（２）
式に遅れ要素Ｅを考慮して、トルク指令τイ。とτ、の
関係を導くと次の（３）式の様になる。但し、間代では
、速度制御系の時定数に比べて電流制御系りの時定数Ｔ
、は小さいので、近似的にＴ、＝０としている。TL In other words, when τ6 is given in steps, equation (2) becomes
τ indicates sustained vibration. On the other hand, (2)
Considering the delay element E in the equation, the torque command τa is calculated. The relationship between and τ is derived from the following equation (3). However, in the clonic phase, the time constant T of the current control system is smaller than the time constant of the speed control system.
, is small, so T,=0 is approximated.

・・・・・・（３） （３）式においてＴを適当に選ぶと、τ４゜がステップ
的に与えられた時、τ、は減衰振動を示す。即ち、遅れ
要素Ｅを考慮すると、軸ねじり振動が抑制できることに
なる。なお、軸トルクτ。とじては検出値を用いること
もできるが、その検出は一般に困難なので、こ＼では以
下のようにする。(3) If T is appropriately selected in equation (3), when τ4° is given stepwise, τ represents a damped vibration. That is, when the delay element E is taken into consideration, shaft torsional vibration can be suppressed. In addition, the shaft torque τ. Although it is possible to use a detected value for closing, it is generally difficult to detect it, so here we use the following method.

第２図はこの発明の実施例を示すブロック図である。同
図において、ｌはサイリスクレオナード速度制御装置、
２は状態観測器、３はサイリスク変換器、４は電流検出
器、５は負荷、６は弾性軸、７は直流電動機、８は速度
検出器、である。FIG. 2 is a block diagram showing an embodiment of the invention. In the figure, l is a Siris Leonard speed control device;
2 is a state observation device, 3 is a silisk converter, 4 is a current detector, 5 is a load, 6 is an elastic shaft, 7 is a DC motor, and 8 is a speed detector.

直流電動機７の電機子回路に給電するサイリス夕変喚器
３を制御するサイリスクレオナード速度制御装置ｌにお
いて、１１は速度調節器（ＡＳＲ）、１２は電流調節器
（ＡＣＲ）、１３はパルス発生器である。電動機７の速
度は速度検出器８にて検出され、速度設定値ｎ１に等し
くなるように速度調節器１１により調節される。その速
度調節器１１の出力は電流調節器１２の電流指令ｉｒと
して与えられ、パルス発生器１３を介してサイリスク変
換器４により、電動機７の電機子電流が制御される。In the Thyris Leonard speed control device l that controls the Thyris speed converter 3 that supplies power to the armature circuit of the DC motor 7, 11 is a speed regulator (ASR), 12 is a current regulator (ACR), and 13 is a pulse generator. It is a vessel. The speed of the electric motor 7 is detected by a speed detector 8, and adjusted by a speed regulator 11 so as to be equal to a speed setting value n1. The output of the speed regulator 11 is given as a current command ir to the current regulator 12, and the armature current of the motor 7 is controlled by the sirisk converter 4 via the pulse generator 13.

一方、電動機７と弾性軸６．負荷５より形成される軸ね
じり振動系の制御用補償信号を出力する状態観測器２に
おいて、２０は電動機モデル、２１．２５は界磁磁束φ
に対応したゲインφもしくは□を与える界磁模擬要素、
２２はサンブリφ ング周期ｔを関数にもつ電動機起動時定数要素、２３は
加算要素、２４は遅延演算子、２６は比例ゲインである
。要素２２，２３．２４が第１図の積分器Ｃに相当し、
こ−ではディジタル的に構成されている。また、τ、（
ｉ）は推定軸トルク、１Ｍ（ｓ　）は電動機トルク、ｔ
ｃ（ｉ）は推定軸トルクの電流換算値、ｔ、（ｉ）は電
動機電流、ｎ、（ｉ）は電動機速度、Ｗ（ｉ）は電動機
モデルの出力である。なお、かっこ内のｉは１番目のサ
ンプリングを表わし、「へ」印にて推定値を示す。On the other hand, the electric motor 7 and the elastic shaft 6. In the state observation device 2 that outputs a compensation signal for controlling the shaft torsional vibration system formed by the load 5, 20 is a motor model, and 21.25 is a field magnetic flux φ.
A field simulation element that gives a gain φ or □ corresponding to
22 is a motor starting time constant element having a sampling period t as a function, 23 is an addition element, 24 is a delay operator, and 26 is a proportional gain. Elements 22, 23, and 24 correspond to integrator C in FIG.
Here, it is constructed digitally. Also, τ, (
i) is the estimated shaft torque, 1M(s) is the motor torque, t
c(i) is the current conversion value of the estimated shaft torque, t,(i) is the motor current, n,(i) is the motor speed, and W(i) is the output of the motor model. Note that the i in parentheses represents the first sampling, and the "to" mark represents the estimated value.

状態観測器２では、加算要素２３と比例ゲイン２６の人
出力の関係から、それぞれ次の（４）、　（５）式が成
立する。In the state observation device 2, the following equations (4) and (5) are established from the relationship between the human output of the addition element 23 and the proportional gain 26, respectively.

一τ、（ｉ））　　　　　　　　　・・・・・・（４）
ｒｃ（ｉ）＝Ｌ（ｎ−（ｉ）−Ｗ（ｉ））　　　・”・
ｉ５）又、制御対象において電動機速度とトルクの関係
は、 ｎ（ｔ＋１）＝ｎ、（ｉ）＋　−（ｒ、４（ｉ）都　　
　　　　　　　　　Ｔ。1τ, (i)) ・・・・・・(4)
rc(i)=L(n-(i)-W(i)) ・”・
i5) Also, the relationship between motor speed and torque in the controlled object is as follows: n(t+1)=n, (i)+ -(r, 4(i)
T.

一τ、（ｉ））　　　　　　　　　・・・・・・（６）
Ｗ（ｉ　＋　１）＝ＺＷ（ｉ）　　　　　　　　　・・
・・・・（７）ｎ（ｉ＋　１）＝Ｚｎ、（ｉ）　　　　
　　　　−−（８）となる。したがって、（４）〜（８
）式からｒｃ（ｉ）とｒｃ（ｉ）の関係は、 會 ・・・・・・（９） となるので、（９）弐のしの値を適当に選ぶことにより
、ｒｃ（ｉ）は軸トルクτ、に小さい時間遅れで追従す
ることができ、軸トルクを推定しいるといえる。即ち、
状態観測器２の出力を電流調節器１２へ入力することに
より、軸ねじり振動を抑制することかできる。さらに負
荷、トルクτ、の変動による電動機速度ｎ、の変動に対
しても、軸トルクτ。は負荷トルクτ、と関連があるの
で、状態観測器２の出力を電流調節器１２へ正帰還する
ことて速度ｎ１の変動を抑制することができ、速度制御
系の応答を損なうことなく軸ねじり振動を抑制すること
が可能となる。1τ, (i)) ・・・・・・(6)
W(i + 1)=ZW(i)...
...(7)n(i+1)=Zn,(i)
--(8). Therefore, (4) to (8
) From the equation, the relationship between rc(i) and rc(i) is: It is possible to follow the shaft torque τ with a small time delay, and it can be said that the shaft torque is estimated. That is,
By inputting the output of the condition observation device 2 to the current regulator 12, shaft torsional vibration can be suppressed. Furthermore, the shaft torque τ also changes with respect to variations in motor speed n due to variations in load and torque τ. is related to the load torque τ, so by positively feeding the output of the condition observation device 2 to the current regulator 12, fluctuations in the speed n1 can be suppressed, and shaft torsion can be suppressed without impairing the response of the speed control system. It becomes possible to suppress vibrations.

（発明の効果〕 この発明によれば、軸ねじり振動を抑制するために軸ト
ルクを検出し、電流指令として正帰還すればよいので、
軸トルクさえ検出できれば簡単な構成で軸ねじり振動を
抑制することができる。(Effects of the Invention) According to the present invention, in order to suppress shaft torsional vibration, it is sufficient to detect shaft torque and provide positive feedback as a current command.
As long as shaft torque can be detected, shaft torsional vibration can be suppressed with a simple configuration.

又、軸トルクが直接検出できないときは、電動機の負荷
トルクを推定する状態観測器を用いて軸トルクを推定す
ることにより、軸ねじり振動が抑制できるので、大がか
りな振動抑制装置が不要である。Further, when the shaft torque cannot be directly detected, shaft torsional vibration can be suppressed by estimating the shaft torque using a state observation device that estimates the load torque of the electric motor, so a large-scale vibration suppressing device is not required.

さらに、状態観測器を計算機のソフトウェアにより構成
すれば、製作における部品の調達１選定という煩雑さを
除くことができ、回路変更に対しても柔軟に対処するこ
とができる。Furthermore, if the condition observation device is constructed using computer software, the complexity of selecting and procuring parts during manufacturing can be eliminated, and circuit changes can be dealt with flexibly.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図はこの発明の詳細な説明するための原理構成図、
第２図はこの発明の実施例を示す構成図である。 符号説明 ｌ・・・サイリスクレオナード速度制御装置、２・・・
状態観測器、３・・・サイリスク変換器、４・・・電流
検出器、５・・・負荷、６・・・弾性軸、７・・・直流
電動機、８・・・速度検出器、１１・・・速度調節器、
１２・・・電流調節器、１３・・・パルス発生器、２１
．２５・・・界磁模擬要素、２２・・・電動機起動時定
数、２３・・・加算要素、２４・・・遅延演算子、２６
・・・比例ゲイン要素、Ａ−Ｃ・・・積分要素、Ｄ・・
・電流制御系、Ｅ・・・遅れ要素。 代理人　弁理士　並　木　昭　夫 代理人　弁理士　松　崎　　　清 腐　１　図 算２　図FIG. 1 is a basic configuration diagram for explaining the detailed explanation of this invention.
FIG. 2 is a block diagram showing an embodiment of the present invention. Symbol explanation 1... Silis Leonard speed control device, 2...
Condition observation device, 3... Cyrisk converter, 4... Current detector, 5... Load, 6... Elastic shaft, 7... DC motor, 8... Speed detector, 11.・・Speed adjuster,
12... Current regulator, 13... Pulse generator, 21
．． 25... Field simulation element, 22... Motor starting time constant, 23... Addition element, 24... Delay operator, 26
...Proportional gain element, A-C... Integral element, D...
・Current control system, E...Delay element. Agent Patent Attorney Akio Namiki Agent Patent Attorney Seifu Matsuzaki 1 Illustration 2 Illustration

Claims (1)

【特許請求の範囲】 １）電動機速度を制御する速度調節ループに対し電動機
電流を制御する電流調節ループをマイナループとしても
つ電動機の制御装置において、軸トルクに関連する信号
を入力される遅れ要素を設け、 該遅れ要素の出力と前記速度調節ループの出力とを加算
したものを前記電流調節ループの入力として制御を行な
うことを特徴とする電動機の制御装置。 ２）前記軸トルクに関連する信号は軸トルク検出器また
は状態観測器を介して得ることを特徴とする請求項１）
に記載の電動機の制御装置。 ３）前記状態観測器は推定軸トルクと電動機トルクとの
差を加算または積分する演算要素と、該演算要素の出力
と速度実際値との差を所定倍する比例ゲイン要素とから
なることを特徴とする請求項２）に記載の電動機の制御
装置。[Scope of Claims] 1) In a motor control device having a current regulation loop for controlling motor current as a minor loop with respect to a speed regulation loop for controlling motor speed, a delay element to which a signal related to shaft torque is input is provided. . A control device for an electric motor, characterized in that the sum of the output of the delay element and the output of the speed control loop is used as an input to the current control loop to perform control. 2) Claim 1) characterized in that the signal related to the shaft torque is obtained via a shaft torque detector or a state observer.
A control device for an electric motor according to. 3) The condition observation device is characterized by comprising a calculation element that adds or integrates the difference between the estimated shaft torque and the motor torque, and a proportional gain element that multiplies the difference between the output of the calculation element and the actual speed value by a predetermined value. The electric motor control device according to claim 2).