JPH06165554A - 電動機の定速度制御方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】負荷の急変に対する回転速度の変動幅を小さく
することができる電動機の定速度制御装置を提供する。 【構成】電動機の実回転速度をフィードバックして定速
度制御を行う制御系に、負荷２の急変が予測される特定
の位置を負荷変動予測位置として検出する負荷変動予測
位置検出手段１０と、負荷変動予測位置が検出される毎
に実回転速度の時間的な変化を検出して、この実回転速
度の時間的な変化から予測された負荷変動が生じている
ことが検出されたときに、負荷変動による回転速度の変
動を抑える方向に操作量を予測される負荷の変動幅に適
合した量だけ強制的に変化させる操作量修正手段１１と
を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電動機の回転速度を設
定回転速度に保つように制御する定速度制御方法及び該
方法を実施するために用いる定速度制御装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】図３は従来の電動機の定速度制御装置の
構成を示したもので、同図において１は制御対象として
の電動機、２は電動機１により駆動される負荷、３は電
動機１の回転を検出する回転センサである。図示の回転
センサ３はロータリエンコーダからなっていて、電動機
の出力軸が所定の角度回転する毎にパルス信号を発生す
る。４は速度検出手段で、この速度検出手段は、一定の
時間毎に回転センサ３の出力をサンプリングして一定時
間内に回転センサが出力するパルスを電動機の実回転速
度の情報を含む回転速度検出信号として出力する。

【０００３】５は電動機の設定回転速度の情報を含む速
度設定信号を出力する速度設定手段、６は回転速度検出
信号と速度設定信号とを入力とする偏差検出手段で、こ
の偏差検出手段は、速度検出手段４が出力する回転速度
検出信号から得られる電動機の実回転速度と速度設定手
段５が発生する速度設定信号から得られる設定回転速度
とを比較して、実回転速度と設定回転速度との偏差を検
出する。

【０００４】速度検出手段４が出力する回転速度検出信
号は例えば図４（Ｂ）に示すように、パルスの発生間隔
Ｔx が電動機の回転速度に反比例している矩形波パルス
であり、速度設定手段５が発生する速度設定信号は図４
（Ａ）に示すようにパルスの発生間隔Ｔs が設定回転速
度に反比例している矩形波状の基準パルスである。偏差
検出手段６は、例えばパルス発生間隔Ｔx とＴs とを比
較して、Ｔx とＴs との差から実回転速度と設定回転速
度との偏差を検出する。

【０００５】７は操作量演算手段、８は電動機駆動部
で、操作量演算手段７は、上記偏差検出手段により検出
された偏差を入力として所定の比例、積分、微分演算
（ＰＩＤ演算）を行なうことにより、該偏差を零にする
ために電動機１に流す必要がある駆動電流に相応した量
を操作量として演算する。図示の電動機駆動部８は、パ
ルス幅変調信号発生手段８ａと、電動機１の駆動電流を
オンオフするトランジスタ等のスイッチ手段を備えた駆
動電流制御手段８ｂとにより構成される。パルス幅変調
信号発生手段８ａは、操作量演算手段７から与えられる
操作量によりパルス幅変調されたパルス信号を発生し、
駆動電流制御手段８ｂは、このパルス信号によりスイッ
チ手段をオンオフさせて演算された操作量に相応した駆
動電流を電動機に供給する。これにより電動機の実回転
速度と設定回転速度との偏差を零に近づけるように制御
する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の定速度制御装置
において、定常時の比較的ゆっくりとした負荷変動に対
して回転速度の変動を少なくするように制御系の定数を
設定した場合、定常時の負荷変動よりも急激な負荷変動
が生じると、制御系がその負荷の急変に追従することが
できず、急激な負荷変動に対して回転速度の変動幅が大
きくなるという問題があった。

【０００７】例えば、電動機により駆動される負荷が、
電動機の回転に伴って変位していく過程で、特定の位置
で負荷が急激に変化することが予測される場合に、制御
系の定数を負荷が比較的ゆっくりと変化する場合に適合
するように設定しておくと、特定の位置で負荷が急激に
変化した場合に回転速度の変動幅が大きくなるという問
題があった。

【０００８】この場合、急激な負荷変動に追従し得るよ
うに制御系の定数を設定して制御系の感度を高くしてお
くことも考えられるが、その場合には、定常時の比較的
ゆっくりとした負荷変動に対する回転速度の変動幅が大
きくなり、電動機の回転が不安定になるのを避けられな
かった。

【０００９】本発明の目的は、定常時の回転速度の変動
を大きくすることなく、負荷の急変に対する回転速度の
変動を抑制できるようにした電動機の定速度制御方法及
び該方法を実施するために用いる定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】一般に負荷の急変は任意
の位置で突然生じるのではなく、負荷の構造や、負荷の
特性等により、負荷の急変が生じることが予測される位
置及び負荷の変化幅は予め分かっているのが普通であ
る。本発明では、この点に着目して、定常時には従来通
りのフィードバック制御を行なわせ、負荷の急変が予測
される位置では予測された負荷変動が生じているかどう
かの検出を行なわせて、実際に負荷変動が生じたことが
検出された場合には、直に予測した負荷変動に基づいて
予め定めた量だけ操作量を修正する予測制御を行なわせ
ることにより、負荷の急変に対する回転速度の変動を抑
制しようとするものである。

【００１１】即ち、本発明に係わる定速度制御方法は、
変位の過程の特定の位置で急変が予測される負荷を駆動
する電動機の実回転速度を検出し、該実回転速度と設定
回転速度との偏差を零にするように電動機の駆動電流を
制御する方法であって、本発明においては、負荷の急変
が予測される特定の位置を負荷変動予測位置として検出
し、負荷変動予測位置が検出される毎に予測された負荷
変動が生じているか否かを検出し、予測された負荷変動
が生じていることが検出されたときには直に該負荷変動
による回転速度の変動を抑える方向に電動機の駆動電流
を、予測された負荷変動に適合した量だけ強制的に変化
させる。

【００１２】本発明に係わる定速度制御装置は、変位の
過程の特定の位置で急変が予測される負荷を駆動する電
動機の回転速度を設定回転速度に保つように制御する電
動機の定速度制御装置である。

【００１３】本発明においては、電動機の回転を検出す
る回転センサの出力を一定時間毎にサンプリングして電
動機の実回転速度の情報を含む回転速度検出信号を発生
する速度検出手段と、電動機の設定回転速度の情報を含
む速度設定信号を発生する速度設定手段と、回転速度検
出信号から得られた実回転速度と前記速度設定信号から
得られた設定回転速度とを比較して設定回転速度と実回
転速度との偏差を検出する偏差検出手段と、偏差を零に
するために電動機に流す必要がある駆動電流に相応した
量を操作量として演算する操作量演算手段と、操作量に
応じて電動機に駆動電流を流す電動機駆動部と、負荷の
急変が予測される特定の位置を負荷変動予測位置として
検出する負荷変動予測位置検出手段と、負荷変動予測位
置が検出される毎に実回転速度の時間的変化を検出して
該実回転速度の時間的変化から予測された負荷変動を生
じていることが検出されたときに該負荷変動により生じ
る回転速度の変動を抑える方向に操作量を予測され負荷
の変動幅に適合した量だけ強制的に変化させる操作量修
正手段とを設けた。

【００１４】

【作用】上記のように、実回転速度と設定回転速度との
偏差を零にするように電動機の駆動電流を制御して定速
度制御を行なう場合に、負荷の急変が予測される特定の
位置を負荷変動予測位置として検出して、負荷変動予測
位置が検出される毎に、予測された負荷変動が生じてい
るか否かの検出を行ない、予測された負荷変動が生じて
いることが検出されたときに該負荷変動による回転速度
の変動を抑える方向に電動機の駆動電流を強制的に変化
させるようにすると、負荷が急変した場合に回転速度の
変動を抑える方向に駆動電流を適確な量だけ迅速に変化
させることができるため、負荷が急変した場合に、回転
速度の変動が大きくなる前にその変動を抑えることがで
きる。従って、負荷の急変時の回転速度の変動幅を小さ
くすることができる。

【００１５】定常時には従来通りのフィードバック制御
が行われるため、定常時の負荷変動に対する回転速度の
変動幅が大きくなることはない。

【００１６】

【実施例】図１は本発明の実施例を示したもので、同図
において１は制御対象としての電動機、２は予め分かっ
ている特定の位置で、急に重くなったり軽くなったりす
ることがある電動機の負荷である。３は電動機１の回転
を検出する回転センサ、４は一定の時間毎に回転センサ
３の出力をサンプリングして一定時間内に回転センサが
出力するパルスを電動機の実回転速度の情報を含む回転
速度検出信号として出力する速度検出手段、５は電動機
の設定回転速度の情報を含む速度設定信号を出力する速
度設定手段、６は速度検出手段４から得られる回転速度
検出信号により検出されて電動機の実回転速度と速度設
定手段５が発生する速度設定信号から得られる設定回転
速度とを比較して、実回転速度と設定回転速度との偏差
を検出する偏差検出手段、７は偏差を零にするために電
動機に流す必要がある駆動電流に相応した量を操作量と
して演算する操作量演算手段、８は操作量に応じて電動
機に駆動電流を流す電動機駆動部で、これらは図３に示
した従来の装置と同様に構成されている。

【００１７】本実施例においては、図３に示した構成に
加えて更に、負荷２の位置が設定された基準位置に達し
たことを検出する位置検出器９と、位置検出器９により
設定された位置が検出された時刻から回転センサ（この
例ではロータリエンコーダ）３が出力するパルスの数を
計数することにより負荷の急変が予測される特定の位置
を負荷変動予測位置として検出する負荷変動予測位置検
出手段１０と、負荷変動予測位置が検出される毎に、実
回転速度の時間的変化を検出して、該実回転速度の時間
的変化から予測された負荷変動が生じていることが検出
されたときに該負荷変動により生じる回転速度の変動を
抑える方向に操作量を、予測された負荷の変動幅に適合
した量だけ強制的に変化させる操作量修正手段１１とが
設けられている。

【００１８】位置検出器９は、負荷の可動部が予め定め
られた基準位置に達したことを検出するもので、負荷の
可動部が所定の位置に達したことが検出されたときに電
気信号を発生するものであればいかなる構成のものでも
よい。この位置検出器としては、例えば、負荷の可動部
に取付けた磁石と固定位置に設けられて該磁石に対向し
た際に位置検出信号を発生する磁気検出器とにより構成
できる。また負荷の可動部に設けた突起と、該突起が接
触したときに動作するリミットスイッチ等により、この
位置検出器を構成することもできる。

【００１９】ここでは、図２（Ａ）に示すように、位置
検出器９が検出する負荷の可動部の基準位置をＯとし、
負荷の可動部が特定の位置Ｌ1 に達したときに同図
（Ｄ）に示すように重負荷側への急な負荷変動が生じ、
特定位置Ｌ2 で軽負荷側への急な負荷変動が生じ、特定
位置Ｌ3 で負荷が定常時の大きさに急に戻る（重負荷側
への変動が生じる）ものとする。

【００２０】負荷変動予測位置検出手段１０は、位置検
出器９が基準位置Ｏで位置検出信号を発生した時刻ｔo
で、一定の回転角度毎に回転センサ３が発生するパルス
の計数を開始して、その計数値から負荷の急変が生じる
ことが予測される位置Ｌ1 ，Ｌ2 ，Ｌ3 に達する時刻ｔ
1 ，ｔ2 及びｔ3 をそれぞれ検出する。

【００２１】負荷変動予測位置検出手段１０が時刻ｔ1
で重負荷側への負荷の急変が予測される位置Ｌ1 を検出
すると、操作量修正手段１１は、速度検出手段４が検出
する電動機の実回転速度の時間的な変化を検出する。こ
の実回転速度の時間的な変化は、今回の実回転速度のサ
ンプリング値と、前回の実回転速度のサンプリング値と
の差を取ることにより検出することができる。また、負
荷が重くなったときには実回転速度が低下し、負荷が軽
くなったときには実回転速度が上昇するので、負荷変動
が重負荷側への変動であるのか、軽負荷側への変動であ
るのかは、実回転速度の時間的な変化の極性から知るこ
とができる。

【００２２】本実施例においては、時刻ｔ1 で、重負荷
側への負荷の急変が予測される位置Ｌ1 が検出されたと
きに、実回転速度のサンプリング値を取り込んで、実回
転速度の今回のサンプリング値と前回のサンプリング値
との差をとり、今回のサンプリング値が前回のサンプリ
ング値よりも低くなっていることが所定の回数（数回）
検出されたときに、負荷変動予測位置Ｌ1 で重負荷側へ
の負荷変動が生じたことを検出する。負荷変動予測位置
Ｌ1 で重負荷側への負荷変動が生じたことが検出された
ときには、その負荷変動による回転速度の低下を抑える
方向に（回転速度を上昇させる方向に）、予測される負
荷の変動幅に見合った量だけ、電動機駆動部８に与える
操作量を強制的に変化させる（電動機の駆動電流を増加
させる）。これにより、電動機を増速し、その回転速度
の低下を抑制する。実回転速度の今回のサプリング値と
前回のサンプリング値との比較から、回転速度の低下が
止まったことが検出されたときには、操作量の変更を解
除して、定常時の制御に移行させる。

【００２３】また時刻ｔ2 で負荷が急に軽くなることが
予測される位置Ｌ2 が検出されたときには、実回転速度
の今回のサンプリング値が前回のサンプリング値よりも
大きくなっていることが所定の回数検出された場合に、
軽負荷側への負荷変動が生じたことを検出し、このとき
電動機駆動部８に与えられる操作量を、電動機の回転速
度を抑える方向に、予測される負荷変動に適合した量だ
け変化させる。これにより電動機の実回転速度の上昇を
抑え、速度変動を抑制する。実回転速度の今回のサプリ
ング値と前回のサンプリング値との比較から、回転速度
の上昇が止まったことが検出されたときには、操作量の
変更を解除して、定常時の制御に移行させる。

【００２４】電動機として、逆転可能なものを用いる場
合には、予測される軽負荷側への負荷の変動幅が大き
く、回転速度の大幅な上昇が予測される場合に、電動機
に一時的に逆転方向の駆動電流を流して、電動機に制動
をかけるようにすることもできる。

【００２５】時刻ｔ3 で特定位置Ｌ3 が検出され、実回
転速度の時間的な変化から、重負荷側への負荷変動が生
じたことが検出されたときには、直に、電動機を増速す
る方向に操作量を修正して回転速度の低下を抑え、速度
変動を抑制する。実回転速度の今回のサプリング値と前
回のサンプリング値との比較から、回転速度の低下が止
まったことが検出されたときには、操作量の変更を解除
して、定常時の制御に移行させる。

【００２６】図２（Ｄ）に示すような負荷の急変が生じ
る場合、従来通りのフィードバック制御のみを行なわせ
た場合には、図２（Ｂ）に示したように、負荷が急変し
た際に回転速度が大幅に変化するのを避けられない。こ
れに対し、上記実施例のように予測制御を併用した場合
には、図２（Ｃ）に示すように、負荷の急変に対する回
転速度の変動幅を小さくすることができ、電動機の回転
を安定にすることができる。

【００２７】上記の実施例では、位置検出器により負荷
の基準位置を検出して、この基準位置から回転センサの
出力パルス（位置検出パルス）を計数することにより、
負荷の急変が予測される各位置を負荷変動予測位置とし
て検出するようにしたが、各負荷変動予測位置にそれぞ
れ位置検出器を配置して、各負荷変動予測位置を各位置
検出器により直接検出するようにしてもよい。

【００２８】上記実施例において、操作量修正手段１１
は、負荷変動予測位置が検出されて、実際に負荷変動が
生じたことが検出されたときに、電動機駆動部に与える
操作量を強制的に修正するように構成すればよく、操作
量の修正方法は任意である。例えば操作量演算手段７が
演算した操作量に修正分を加算または減算することによ
り操作量を修正するようにしてもよく、また操作量演算
手段におけるＰＩＤ演算の定数を変更することにより、
操作量を修正するようにしてもよい。

【００２９】尚偏差検出手段６、操作量演算手段７及び
操作量修正手段１１は、アナログ演算回路により構成し
てもよく、また所定のプログラムによってマイクロコン
ピュータを動作させることにより実現するようにしても
よい。

【００３０】上記の実施例では、速度設定手段５がパル
ス状の基準信号を発生するとしたが、偏差検出手段６及
び操作量演算手段７等をコンピュータにより実現する場
合には、ＣＰＵに設定回転速度をデジタル的に与える回
路により速度設定手段を構成することができる。

【００３１】上記の実施例では、位置検出器９を設けて
いるが、回転センサ３として、電動機の出力軸または負
荷の絶対位置を検出し得るものを用いる場合には、該回
転センサの出力から負荷の各位置を検出できるため、位
置検出器９を設ける必要はない。

【００３２】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、実回転
速度と設定回転速度との偏差を零にするように電動機の
駆動電流を制御して定速度制御を行なう場合に、負荷の
急変が予測される特定の位置を負荷変動予測位置として
検出して、負荷変動予測位置が検出される毎に予測され
た負荷変動が生じているか否かの検出を行ない、予測さ
れた負荷変動が生じていることが検出されたときに該負
荷変動による回転速度の変動を抑える方向に電動機の駆
動電流を強制的に変化させるようにしたので、負荷が急
変した場合に回転速度の変動を抑える方向に駆動電流を
適確な量だけ迅速に変化させることができ、負荷が急変
した場合に、回転速度の変動が大きくなる前にその変動
を抑えて、負荷の急変時の回転速度の変動幅を小さくす
ることができる。また定常時には従来通りのフィードバ
ック制御が行われるため、定常時の負荷変動に対する回
転速度の変動幅が大きくなることはない。

【００３３】従って本発明によれば、定常時の速度変動
率に何等影響を与えることなく、負荷の急変時の速度変
動を抑制することができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の構成を示すブロック図であ
る。

【図２】（Ａ）ないし（Ｄ）は図１の実施例の動作を説
明するための線図である。

【図３】従来の定速度制御装置の構成を示すブロック図
である。

【図４】（Ａ）及び（Ｂ）は偏差検出手段の動作を説明
するための波形図である。

【符号の説明】

１ 電動機 ２ 負荷 ３ 回転センサ ４ 速度検出手段 ５ 速度設定手段 ６ 偏差検出手段 ７ 操作量演算手段 ８ 電動機駆動部 ９ 位置検出器 １０ 負荷変動予測位置検出手段 １１ 操作量修正手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 変位の過程の特定の位置で急変が予測さ
   れる負荷を駆動する電動機の実回転速度を検出し、該実
   回転速度と設定回転速度との偏差を零にするように電動
   機の駆動電流を制御する電動機の定速度制御方法におい
   て、 前記負荷の急変が予測される特定の位置を負荷変動予測
   位置として検出し、 負荷変動予測位置が検出される毎に予測された負荷変動
   が生じているか否かを検出し、予測された負荷変動が生
   じていることが検出されたときには該負荷変動による回
   転速度の変動を抑える方向に、前記電動機の駆動電流を
   予測される負荷の変動幅に適合した量だけ強制的に変化
   させることを特徴とする電動機の定速度制御方法。
2. 【請求項２】 変位の過程の特定の位置で急変が予測さ
   れる負荷を駆動する電動機の回転速度を設定回転速度に
   保つように制御する電動機の定速度制御装置において、 前記電動機の回転を検出する回転センサの出力を一定時
   間毎にサンプリングして前記電動機の実回転速度の情報
   を含む回転速度検出信号を発生する速度検出手段と、 前記電動機の設定回転速度の情報を含む速度設定信号を
   発生する速度設定手段と、 前記回転速度検出信号から得られた実回転速度と前記速
   度設定信号により得られた設定回転速度とを比較して、
   設定回転速度と実回転速度との偏差を検出する偏差検出
   手段と、 前記偏差を零にするために電動機に流す必要がある駆動
   電流に相応した量を操作量として演算する操作量演算手
   段と、 前記操作量に応じて前記電動機に駆動電流を流す電動機
   駆動部と、 前記負荷の急変が予測される特定の位置を負荷変動予測
   位置として検出する負荷変動予測位置検出手段と、 前記負荷変動予測位置が検出される毎に実回転速度の時
   間的な変化を検出して、該実回転速度の時間的な変化か
   ら予測された負荷変動が生じていることが検出されたと
   きに、該負荷変動による回転速度の変動を抑える方向に
   前記操作量を予測される負荷の変動幅に適合した量だけ
   強制的に変化させる操作量修正手段とを具備したことを
   特徴とする電動機の定速度制御装置。