JPH01291683A - 電動機の速度制御方法 - 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、電動機の速度制御を、オブザーバを使用す
ることで、高速度で制御することができる電動機の速度
制御方法に関する。

〔従来の技術〕

第４図はオブザーバを使用して電動機の速度制御を行う
従来例を示した制御ブロック図である。

この第４図において、電動機ｌを駆動するための電力は
、電源２０から電力変換装置２を経て与えられるのであ
るが、この電動［１の速度を制御するために速度調節ル
ープを備えている。すなわち、電動機１に結合している
速度検出器３が、この電動機１の速度実際値Ｎを出力し
、一方では速度設定器５がこの電動機１の速度指令４ａ
　Ｎ　”を設定しているので、この速度指令値Ｎ９と速
度実際４１　Ｎとの偏差を、比例積分演算器で構成され
ている速度調節回路６に入力させ、これの入力偏差を零
にするように速度調節ループが動作をする。

さらに、この速度調節回路６の出力を除算器７において
電動機磁束Φで除算することにより電流指令値を求め、
電流検出器４で検出される電動機ｌの電流実際値■とこ
の電流指令値との偏差を、比例積分演算器で構成してい
る電流調節回路９へ入力させて、この電流調節回路９か
ら、人力偏差を零にする制御信号を取出すように、この
電流調節ループが動作している。よって電流調節回路９
の出力は位相調整回路１０を経て電力変換装置２へ与え
るようになっている。

上述のように、電動機１の速度制御をするに当って、速
度調節ループと、この速度調節ループの内側にマイナル
ープとして電流調節ループを設けるのが一般的であるが
、このような制御系を構成する場合には、速度調節ルー
プの応答時間は、電流調節ループと干渉しないように、
この電流調節ループの応答時間よりも数倍長い値にして
おく必要がある。

そこで、たとえば圧延機を駆動する電動機の場合、上体
のように速度調節ループはその応答時間が長いので、圧
延材料をロールに噛み込んだときのトルクの急変による
速度の変動に素早く応答することができなくなり、速度
変動が大きくなる不都合がある。

そこで電動機１の速度実際値Ｎと電流実際値Ｉとを常時
監視して、この両者の値から外乱トルクを推定するオブ
ザーバ１１を設けておき、このオブザーバ１１で得られ
た値を前述の速度調節回路６の出力（第４図に示す従来
例回路では除算器７の出力）に加算して電流指令値とし
、このように補正された電流指令値を電流調節ループに
与えることで、外乱トルクの急変に対応する応答性を向
上させ、速度変動を最小に抑制しようとしている。

第５図は第４図の従来例回路に図示のオブザーバ１１の
内部を示した制御ブロック図である。

この第５図に示すように、オブザーバ１１　は積分器１
２と１６、乗算器１３、比例ゲイン１４　と１５、およ
び除算器１７　とにより構成されていて、電動ｉｉの速
度実際値Ｎならびに電流実際値■を入力しており、これ
により外乱トルクの象、変を推定しており、その結果こ
のオブザーバ１１から出力される外乱トルク推定価に相
当する電流変化分の信号Ａを、前述したように電流調節
ループに与えられる電流指令値に加算しており、これに
より速度調節ループの応答遅れをカバーするようにして
いる。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述したように電流調節ループをマイナループとして備
えている電動機ｌの速度制御装置では、速度調節ループ
の応答時間を電流調節ループのそれよりも長い値にしな
ければならず、この長い応答時間に起因する大きな速度
変動を、外乱トルクを推定するオブザーバ１１の使用で
カバーするようにしているが、それでもトルクが２．変
した場合の、速度実際値が速度指令値と同一の値に復帰
しようとする際のオーバシュートが大きくなり、かつこ
の速度変動が整定するまでの時間が長いという不都合が
ある。

第６図は第４図に示す従来例回路（オブザーバｌｌ付き
）における外乱トルク急変時の速度変動を示したタイム
チセードであって、横軸が時間（単位秒）を、縦軸が速
度偏差をあられしている。

この第６図であきらかなように、従来例回路の場合、外
乱トルクの急変で落込んだ速度が逆方向に大きく跳上が
るオーバシュート量が大であり、かつこの速度変動が整
定するまでに０．２秒の時間を必要としている。

そこでこの発明の目的は、電流調節ループをマイナルー
プとした速度制御系を備えている電動機のトルクが急変
した場合に、当該電動機の速度復帰時のオーバシュート
を抑制し、かつ速度整定時間を短縮できるようにするこ
とにある。

（課題を解決するための手段〕 上記の目的を達成するために、この発明の速度制御方法
は、電動機の速度指令値と速度実際値との偏差を零に制
御ｌする速度調節ループと、この速度調節ループの出力
信号と前記電動機の電流実際値との偏差を零に制御する
電流調節ループとにより、この電動機の速度を制御する
とともに、前記速度実際値と電流実際値とを入力して当
該電動機の外乱トルクを推定するオブザーバを備え、こ
のオブザーバが出力する信号を前記速度調節ループの出
力信号に加算している電動機の速度制御動作において、
前記オブザーバから外乱トルクの変化率信号を取出して
、この値が所定値以上のときにｎｊｌ記速変速度調節ル
ープ例積分演算動作から比例演算動作に切換え、前記速
度指令値と速度実際値との差が一定値以内に減少すれば
、前記速度調節ループを比例演算動作から比例積分演算
動作に戻すものとする。

〔作用〕

従来のオブザーバ付き電動機速度制御装置では、速度偏
差を補償するために使用している速度調節回路の積分演
算器は、外乱トルクが象、変じた場合には、速度変動に
よる速度偏差分を積分することで、速度変動後の回復時
間を速めているが、この速度変動回復後には逆に積分量
をはき出すために、反対方向への速度オーバシュートが
大に、かつ整定時間も長くなっている。そこでこの発明
はこの点に着目し、通常の速度制御時には比例積分子４
算を行っている速度調節回路を、外乱トルクが急変して
電動機速度が変動してから、再び速度偏差が一定値以内
になるまでの期間は、この速度調節回路を比例演算のみ
の動作となるように切換えることで、外乱トルク急変時
の速度変化幅ならびに整定時間を抑制しようとするもの
である。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施例をあられした制御ブロック図で
ある。

この第１図において、電ａ２０からの電力を電力変換装
置２を経て電動１！Ａ１に与えてこの電動機１を駆動す
るのであるが、速度制御のために、速度検出器３からの
速度実際値Ｎと速度設定器５からの速度指令値Ｎ′″と
の偏差を零に制御する速度調節回路３０で構成された速
度調節ループと、この速度調節回路３０の出力と電流検
出器４からの電流実際値■との偏差を零に制御する電流
調節回路９で構成された電流調節ループが備えであるの
は、第４図で既述の従来例回路の場合と同じである。ま
た、速度調節回路３０の出力を磁束Φで除算して電流指
令値を得るための除算器７、ならびに電流調節回路９の
出力を受けて電力変換装置２八点弧位相信号を出力する
位相調整回路１０を備えているのも、第４図の従来例回
路の場合と同じである。

本発明に使用している速度調節回路３０は、比例積分演
算動作と比例演算動作との切換えのできることが、第４
図の従来例回路に使用している速度調節回路６とは異な
っている。

また本発明で使用しているオブザーバ３１　は、Ｂなる
外乱トルク推定値に対応した信号を出力できるのが、第
４図の従来例回路に使用しているオブザーバ１１　とは
異なっている。

さらに第１図に示す実施例回路では、オブザーバ３１　
が出力する外乱トルク推定信号Ｂの変化率が所定値以上
であるか否かを判断する変化率検出回路３２　と、速度
指令値Ｎ′と速度実際値Ｎとの偏差が一定値以下である
か否かを判断する速度偏差検出回路３３、およびこれら
変化率検出回路３２からの信号と速度偏差検出回路３３
からの信号を入力して、速度調節回路３０へ演算動作の
切換えを指令する切換え回路３４　とが設置されている
。

第２図は第１図に図示の実施例回路に使用しているオブ
ザーバ３１　の内部をあられした制御ブロック回である
。

この第２図に示すオブザーバ３】　は、積分器１２と１
６、乗算器１３、比例ゲイン１４　と１５、ならびに除
算器１７　とで構成されていて、電’ｊＪ＋　ＪＡｌの
速度実際値Ｎと電流実際値■とを入力し、電流変化率に
相当する信号Ａを出力するのは、第４図と第５図の従来
例回路で使用しているオブザーバ１１　と同様であるが
、このオブザーバ３１　は、外乱トルク推定値に対応し
た信号Ｂを変化率検出回路３２へ出力しているのが、従
来例のものと異なることろである。

この第１図と第２図に示す実施例回路による本発明の速
度制御動作は次のとおりである。すなわち、圧延ロール
に材料が噛み込まれたときのように、大きな外乱トルク
が発生したため電動機速度実際値Ｎが象、激に変化しは
じめると、この速度実際値Ｎと電流実際値Ｉとを入力し
ているオブザーバ３１　は、外乱トルクが急変したこと
を推定して出力信号Ｂを変化させる。

変化率検出回路３２は、この外乱トルク准定植の変化率
が所定値を越えたことを検出すると、切換え回路３４に
対してこれをセットする信号Ｃを出力する。切換え回路
３４はこのセット状態を保持して速度調節回路３０にＥ
なる演算切換え信号を送出するので、速度＃Ｍ節回路３
ｏはこの時点から比例積分演算動作が比例演算動作に切
換ゎる。

この後に、これら速度１！節回路３０　とオブザーバ３
１　による速度制御動作の結果、電動機ｌの速度変動が
回復して、速度実際値Ｎが速度指令値Ｎ“に接近し、両
者の偏差が一定値以内になったことを速度偏差検出回路
３３が検出すると、この速度偏差検出回路３３が出力す
る信号りにより、前述の切換え回路３４　はリセットさ
れる。この切換え回路３４のリセットにより、速度調節
回路３０は比例演算動作から比例積分演算動作に戻る。

第３図は第１図に示す実施例回路における外乱トルクゑ
変時の速度変動を示したタイムチャートであって、横軸
が時間（単位秒）、縦軸が速度偏差をあられしている。

この第３図であきらかなように、本発明の実施例回路を
適用することで、外乱トルクの急変により落ち込んだ速
度が回復するときの逆方向への跳上がりはごく僅かとな
り、従ってこの速度変動が整定するまでの時間も０．１
秒程度と、従来例（第６図参照）にくらべて半減してい
る。

なお、第１図に示す実施例回路では、外乱トルクの変化
率の変化により速度調節回路３０を比例演算動作に切換
えているが、外乱トルクのレヘルの変化により切換え動
作を行っても差支えないことは勿論である。

（発明の効果） この発明によれば、速度調節回路は通常は比例積分演算
動作により電動機速度を制御しているので、速度指令値
を変更したときの応答度を良好にし、かつオブザーバの
推定誤差に起因する速度偏差を補償することができる。

そして外乱トルクが大きく変化して速度変動が大になる
と、速度指令値と速度実際値との偏差が一定以内に縮小
するまでは、前述の速度ｔＪ４節回路が比例演算動作に
切換わっているので、トルク急変時の速度を回復するさ
いの速度変化幅を小さく抑制するとともに、速度実際値
が整定するまでの時間を短縮できる効果が（１られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例をあられした制御ブロック図、
第２図は第１図に図示の実施例回路に使用しているオブ
ザーバの構成をあられした制御ブロック図、第３図は第
１図に示す実施例回路における外乱トルク急変時の速度
変動を示したタイムチャートであり、第４図はオブザー
バを使用して電動機の速度制御を行う従来例を示した制
御ブロンク図、第５図は第４図の従来例回路に図示のオ
ブザーバの構成を°示した制御ブロック図、第６図は第
４図に示す従来例回路における外乱トルク２゜変時の速
度変動を示したタイムチャートである。 １・・・電動機、２・・・電力変換装置、３・・・速度
検出器、４・・・電流検出器、５・・・速度設定器、６
，３ｏ・・・速度調節回路、７，１７・・除算器、９・
・・電流調節回路、１０・・・位相調整回路、ＩＩ、　
３１・・・オブザーバ、１２゜１６・・・積分器、１３
・・・乗算器、１４．１５・・・比例ゲイン、２０・・
・電源、３２・・・変化率検出回路、３３・・・速度偏
差検出回路、３４・・・切換え回路。 ３１７１サーバ 名　２　図 ｂ　５　図 第　６　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）電動機の速度指令値と速度実際値との偏差を零に制
   御する速度調節ループと、この速度調節ループの出力信
   号と前記電動機の電流実際値との偏差を零に制御する電
   流調節ループとにより、この電動機の速度を制御すると
   ともに、前記速度実際値と電流実際値とを入力して当該
   電動機の外乱トルクを推定するオブザーバを備え、この
   オブザーバが出力する信号を前記速度調節ループの出力
   信号に加算する電動機の速度制御方法において、前記オ
   ブザーバから外乱トルクの変化率信号を取出して、この
   値が所定値以上のときに前記速度調節ループを比例積分
   演算動作から比例演算動作に切換え、前記速度指令値と
   速度実際値との差が一定値以内に減少すれば、前記速度
   調節ループを比例演算動作から比例積分演算動作に戻す
   ことを特徴とする電動機の速度制御方法。