JPH01218389A - 電動機の速度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、電動機の速度制御装置に関する。

〔従来の技術〕

電動機の速度制御装置における制御定数の自動肩整方法
として、例えば特開昭６１−８８７８０’号公報に示す
ものが知られている。これは、電動機のトルクを変え、
回転速度を変化させて、その時のトルクの積分量と回転
速度の変化幅の比から機械系の慣性モーメントを求め、
その結果から速度調節器の制御定数を自動的に設定する
ものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、この方法では常に実運転前に慣性モーメ
ントを演算するためのテスト運転（速度の加減速運転）
が必要であり、しかも、巻取機のように運転中に慣性モ
ーメントが変化する装置には適用が困難である。

したがって、この発明はテスト運゛転が不要で。

しかも制御対象が巻取機のような装置においても、速度
調節器の制御定数を自動的かつ高精度に設定−ニア：；
”′：１・ｎ＊＊ｍｍ１ｕｔ’を翻す±４１を〔課題を
解決するための手段〕 電流実際値、速度実際値および機械系の慣性モーメント
設定値から電動機の外乱を推定するオブ′ザーパと、所
定の信号を発生して速度調節器の出力に付加する信号発
生手段と、該信号を速度調節器出力に印加しつ＼オブザ
ーバの慣性モーメント設定値を変化させたときの、該慣
性モーメント設定値とオブザー・−の推定トルク値の変
動分とから機械系の慣性モーメント値を求め、該計算さ
れた慣性モーメント値に対応する制御定数を演算する演
算手段とを設け、該制御定数にもとづき速度制御を行う
。

〔作用〕

電動機の速度制御装置に電流実際値、速度実際値および
機械系の慣性モーメント設定値から電動機の外乱を推定
するオブザーバを設け、電動機の駆動トルクをオブザー
バの折点周波数よりも充分小さな周波数を有する正弦波
信号として変化させる−と、推定トルクの変動分がオブ
ザーバの慣性モー゛メント設定値に比例する点に着目し
、速度調節器の出力に一定の振幅と周波数をもつ正弦波
信号を重畳することにより電動機トルクを変化させる一
方、オブザーバの慣性モーメント設定値を変化させ、そ
のときの推定トルクの変動量と慣性モーメント設定値と
の関係から慣性モーメント値を求め、これに比例す名制
御ゲインを速度調節器に設定して速度制御ができるよう
にする。

〔実施例〕

第１図はこの発明の実施例を示すブロック図、第２図は
第１図のオブザーバの具体例を示す回路図である。なお
、第１図において、１は電動機、２は静止電力変換器、
３は速度検出器、４は電流検出器、５は整流器、６は速
度調節器（ＡＳＲ）、７は電流調節器（ＡＣＲ）、８は
信号発生器、９はオブザーバ、１０は制御定数演算器で
ある。

一方、オブザーバ９は第２図に示されるように乗算器９
１、加算器９２Ａ、９２Ｂ、積分器９３Ａ。

９３Ｂ１除算器９４および係数器９５Ａ、９５Ｂ等より
構成される。

いま、＃！１゛図の系を伝達関数を用いて表現すると、
＃Ｉ３図のようＫなる。１１は速度調節器、１２は電流
調節器、１３は電動機、１４は加算器を示し、Ｋ、とＴ
、は速度調節器の比例ゲインと時定数、ＫとＴｃは電流
ｍｙｉｎ器の比例ゲインと時定数、ＴＭは電動機機械系
の慣性モーメント（起動時定数）をそれぞれ表わす。Ｓ
はラプラス演算子である。

このようにすると、第１図のオブザーバ９の伝達関数は
、 −叩・・（１） となる。これは、第２図の加算器９２の入出力の関係か
ら、 °・°°・　（２） が得られ、同じく積分器９３Ｂおよび係数器９５Ｂの入
出力の関係から、 が導かれ、また第３図の加算器１４のへ出方の関係から
、 τウーτ、−ＮＥＴＭ　　　　　　　　明・・（４）が
得られると〜もに、電動機では τウーｉφ　　　　　　　　　　　　　・・・・・・　
（５）なる関係が成立することに依る。な！、τ１は電
動機の外乱トルク（負荷トルク）、τ１はその推定値、
τつは電動機の駆動トルク、ＴＭはＴＭの設定値、ｇ１
ｐｇ２は起倒ゲイン、ｉは電流実際値、φは磁束、Ｎは
速度実際値、Ｎはその推定値をそれぞれ表わす。

そして、電動機の駆動トルクτつをオブザーバ９の折点
周波数よりも充分小さな周波数をもつ正弦波信号として
変化させると、推定トルク−τ−５の変動分は次の（６
）式のように、オブザーバの慣性モー・・・・・・　（
６） た！し、 τＭ＝＝　τＬ＋　τＫｓｕａｌｔ　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　＋ｅ＊＋＋ａ　　　　
（７）とする。こ＼に、τえは振幅値、ωはオブザーバ
の折点周波数より充分小さい角周波数をそれぞれ示す。

そこで、この発明では速度ｉ部器の出力に一定の振幅９
周波数をもつ正弦波信号を重畳する。すなわち、電動機
の運転中に制御定数のチューニング開始指令が発せ”ら
れると、一定周波数で一定の振幅を有した正弦波が信号
発生器８より発生し、速度調節器６の出力に重畳される
。これにより電動機トルクτつが同一周波数で衆化し、
オブザーバ９のＶ定値ＴＭ　が実際の機械系のモーメン
トと異なる時にはオブザーバの推定トルクτ１が第４図
のように変動する。機械系の慣性モーメントが予想でき
る場合は、オブザーバの設定値−を、予想される慣性モ
ーメントより共に大きいか或い検出する。こうすると、
慣性モーメントＴＭは、・・・・・・　（８） の如く求められる。

一方、第３図の一巡伝達関数Ｇ（Ｓ）は次の（９）式％
式％ 機械系の慣性モーメン）（ＴＭ）が変化すると速度制御
系のゲインＫｐが変動することから、先の（８）式で演
算して得たＴＭにより速度ｍｍ器のゲインＫｐをＴＭに
比例して設定することが可能となる。

したがって、速度調節器６としては制御定数の股足、変
更が可能なタイプのものが用いられる。

以上のような処理をマイクロコンピュータの如き制御装
置を用いて行うと、第５図および第６図のようになる。

第５図に一定振幅１周波数の正弦波信号を速度調節器の
出力に印加する処理を示し、第６図に慣性モーメント設
定値と推定トルク値の変動分とから機械系の慣性モーメ
ントを求め、それから速度調節器の制御定数を求めて設
定する処理を示すが、これらの処理が制御装置ｔｋて行
われる以外は第１図と同様なので、その詳細は省略する
０ 以上は機械系の慣性モーメントが予想できる場合につい
て説明したが、これが予想できない場合は第７図の如く
する。なお、同図は機械系の慣性モーメントが予想でき
ない場合の処理動作を説明するための７０−チャートで
ある。

すなわち、第１図または第５図の場合と同様に、電動機
の運転中に制御定数のチューニング開始指令が発せられ
ると、信号発生器８より一定の振幅。

一定の周波数の正弦波信号がトルク指令値に重畳され、
その結果、オブザーバの推定トルクで、が簀 変動する。この状態で、オブザーバ９の設定値ＴＭを一
足の差ΔＴＭを有する３個の値ＴＭｌ　ｔ　１Ｍ２９１
Ｍ３　（ＴＭｌ　＜１Ｍ２　＜７Ｍ３　＠　７Ｍ３−Ｔ
Ｍ２″″ＴＭ２−−０−ΔＴＭ）Ｋ設定し、一定時間経
過後のオブザーバの変動分をそれぞれΔｆ　　、Δτ　
　ΔτＬＩ　　　　　　Ｌ２＃　　　　Ｌ３ として検出しく■参照）、Δτ、□とΔτ１□及びΔτ
１□とΔτ１．との差の絶対値を求める（■参照）。

両者の差が一致した場合はＴＭｌ　＃　１Ｍ２　ｔ　７
Ｍ３のいずれも求める機械系の慣性モーメントＴＭより
大きいか或いは小さいかであるため、次式によりＴＭを
求め、 （但し、ｎｆｍ、ｎ−１，２，３、ｍ−１，２，３）こ
の値ＴＭにより速度調節器６のゲインＫｐを設定する（
■、■、■参照）。

一方、両者の差が一致しかい場合は求める慣性モーメン
トがＴＭ工と１Ｍ２或いは１Ｍ２と１Ｍ３の間に存在す
るため、新たにＴＭｏより小さいＴＭｏまたはＴ　より
大きいＴＭＡをオブザーバの設定値ＴＭとして設定し、
一定時間経過後のオブザーノ（の変動分をそれぞれΔτ
ＬＯｔΔτいとして検出する（■参照）。その後、以上
の値から次式にて慣性モーメント−を求め（■＃照）、 この値ＴＭにより速度調節器のゲインＫｆＳを得、これ
を設定する。

〔発明の効果〕

この発明によれば、電動機の運転中に速度調節器の出力
に一足の振幅、一定の周波数の正弦波信号を重畳し、電
動機駆動トルク’を変化させることによりオブザーバの
推定トルクを変動させ、オブザーバの設定値（慣性モー
メント）を変化させたときの推定トルクの変動分を求め
、これらの値から機械系のモーメントを精度よく測定し
、この値に基づき速度調節器のゲインＫｐを設定するよ
うにしたため、慣性モーメントを求めるための実運転前
のテスト運転が不要であり、しかも運転中に慣性モーメ
ントが変動する負荷であっても、常に最適応答の制御が
可能である。

なお、実施例は直流機を制御する場合を示したが、交流
機の制御の場合に適用しても同一の効果を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示すブロック図、第２図は
第１図のオブザーバの具体例を示す回路図、第３図は第
１図を伝達関数を用いて示すブロック図、第４図はオブ
ザーバにおける変動波形を示す波形図、第５図は一定振
幅２周波数の正弦波信号を速度屓部器の出力に印加する
処理を示す７μｍチャート、第６図は慣性モーメント設
定値と推定トルク値の変動分とから機械系の慣性モーメ
ントを求め、それから速度調節器の制御定数を求めて設
定する処理を示すフローチャート、第７図は機械系の慣
性モーメントが予想できない場合の第６図と同様の処理
をｌ！明するための７０−チャートである。 符号説明 １．１３・・・・・・電動機、２・・・・・・静止電力
変換器、３・・・・・・速度検出器、４・・・・・・電
流検出器、５・・・・・・整流器、６，１１・・・・・
・速度調節器（Ａ２Ｂ）、７゜１２・・・・・・電流調
節器（ＡＣＲ）、８・・・・・・信号発生器、９・・・
・・・オブザーバ、１０・・・・・・制御定数演算器−
１４，９２Ａ、９２Ｂ・・・・・・加算器、９１・・・
・・・乗算器、９３Ａ、９３Ｂ・・・・・・積分器、９
４・・・・・・除算器−９５Ａ、９５Ｂ・・・・・・係
数器。 代理人　弁理士　並　木　昭　夫 代理人　弁理士　松　、崎　　　　清 ｗＥ　ｌ　図 宵２　図 宵３　図 ｗＥ　Ａ　図 ＄５５Ｉｔ　　　。 零〇　＠

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 少なくとも制御定数の変更が可能な速度調節器を用いて
   電動機の速度制御を行なう制御装置において、 電流実際値、速度実際値および機械系の慣性モーメント
   設定値から電動機の外乱を推定するオブザーバと、 所定の信号を発生して前記速度調節器の出力に付加する
   信号発生手段と、 該信号を速度調節器出力に印加しつゝオブザーバの前記
   慣性モーメント設定値を変化させたときの、該慣性モー
   メント設定値とオブザーバの推定トルク値の変動分とか
   ら機械系の慣性モーメント値を求め、該計算された慣性
   モーメント値に対応する速度調節器の制御定数を演算す
   る演算手段と、を設け、該制御定数にもとづき速度制御
   を行うことを特徴とする電動機の速度制御装置。