JPH02219485A - 電動機の回転速度制御装置 - 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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、電動機の制御装置に係り、特に電動機の回転
速度の急激な減少（インパクトドロップ）を低減するよ
うにした電動機の回転速度制御装置に関する。

Ｂ０発明の概要 本発明は、電機子電流とトルク定数を基に電動機の発生
トルクを得、この発生トルクと負荷トルクを基に加速ト
ルクを得ると共に、加速トルクと回転慣性を基に回転速
度信号を得、この回転速度信号と前記発生トルクを基に
前記負荷トルクを推定して回転速度を制御するようにし
たものにおいて、 前記回転速度信号を検出し、この回転速度検出信号と回
転速度指令信号を基に電機子電流指令信号を得るメジャ
ーループと、前記推定した負荷トルクを基に電流信号を
得、この電流信号を前記電機子電流指令信号に加減算す
るマイナーループを設けることにより、 回転速度のインパクトドロップを大幅に低減できる電動
機の回転速度制御装置を得る。

Ｃ１従来の技術 可変速制御できる電動機を含む制御系において、電動機
の回転速度を一定に保持した場合、負荷トルクの変動は
外乱となる。そこで、負荷トルクを推定して、この推定
値に基づいて所定の制御処理を施して回転速度のインパ
クトドロップを低減させる電動機の回転速度制御装置は
種々提案を見るところである。

Ｄ１発明が解決しようとする課題 第４図は従来の電動機の回転速度制御装置における負荷
トルク推定手段の位置例を示し、ｌａは電機子電流１ａ
を入力としトルク定数Ｋ。をもとに電動機発生トルクτ
８を算出する発生トルク算出部、２ａは発生トルク算出
部！ａにより算出された電動機発生トルクτ１４Ｓ負荷
トルクτ、を加減算して加速トルクτ６を得る第１の加
減算部、３ａは加速トルクτａを入力とし回転慣性ＴＭ
と微分要素Ｓとの積Ｔｍ・Ｓの逆数１　／　Ｔ　Ｍ・Ｓ
を伝達関数として速度信号Ｎを算出する速度算出部、４
は速度信号Ｎを微分して加速度信号Ｎ−Ｓを出力する加
速度計である。５は加速度信号Ｎ−Ｓを入力とし回転慣
性Ｔ、を伝達関数として信号ＴＭ・Ｓ−Ｎを算出する回
転慣性算出部、ｔｂは電機子電流■ａを入力としトルク
定数ＫＴを伝達関数として電動機発生トルクτ８を得る
第２の発生トルクの算出部、２ｂは発生トルク信号τ９
と回転慣性算出部５の出力信号７１’Ｍ・Ｓ−Ｎを加減
算する第２の減算部であって、これらの第２の発生トル
ク算出部１ｂ、第２の加減算部２ｂおよび回転慣性算出
部５によって負荷トルク推定回路６が構成される。

ここで、測定可能な量は電機子電流■＆と回転速度Ｎの
みであり、これらの電機子電流１ａと回転速度Ｎから負
荷トルクで、を求めるには次式による。

＊ ｒ　　Ｌ−ｒｓ−ｒ　ａ−ＫＴ−１ａ−ＴＭ・　Ｓ　　
−Ｎつまり、トルク定数ＴＨと回転慣性ＴＭが分かって
いれば、電機子電流１ａと回転数Ｎから負荷ト＊　　　
　　　　　　　　　　　　＊ ルクτ　、を求めることかできる。ここでて　Ｌは推定
トルクである。

負侑トルクを推定するにあたって加速度計４を電動機軸
に取り付け、速度を直接検出する。しかし、現状では、
加速度計４は性能２価格の点で満足すべきものがない。

また、第５図に示すように、負荷トルク推定回路６にお
いて微分器７を付設して速度信号を微分することにより
、上述のように負荷トルクを推定することもできるが、
微分器７に適当な高域しゃ所持製を持たせることは難し
い。

さらに、第６図に示すように、オブザーバ回路＊ によって推定負荷トルクτ　１を算出し、この推定負荷
トルクをフィードバックして回転速度のインパクトドロ
ップを低減することも考えられる。すなわち、第６図に
示すように、第２図の発生トルク算出部１ｂ、第２の加
減算部２ｂ、第３の加減算部２ｃ、第１のゲイン調整部
８および第２のゲイン調整部９によってオブザーバ回路
ＩＯを構成し、負荷トルクを調整する。しかし、オブザ
ーバ回路をオペアンプ等のアナログ回路で組むことを考
えると、図中ゲインｇｒ、ｇｔが非常に大きく（数１０
０程度必要）、現実的でない。

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、その
目的は回転速度信号を基に速度差分を求め、この速度差
分を括に推定負荷トルクを求めると共に、この推定負荷
トルクと回転速度検出信号を基に負荷トルクに対応する
電機子電流を制御することにより、インパクトドロップ
を低減でき高性能な電動機の回転速度制御装置を提供す
ることである。

８１課題を解決するための手段 本発明は、上述の目的を達成するために、電動機の電機
子電流を入力とし、トルク定数を伝達関数として電動機
の発生トルク算出し、この発生トルクと負荷トルクを加
減算して加速トルクを得ると共に、この加速トルクを回
転慣性を伝達関数として前記電動機の回転速度信号を算
出する回転速度信号算出手段と、前記回転速度信号を入
力とし今回の速度検出値と前回の速度検出値とを基に速
度差分信号をディジタル値として算出する速度差分算出
手段と、前記速度差分算出手段の速度差分信号を入力と
し回転慣性信号を算出すると共に、この回転慣性信号と
前記電動機の発生トルク信号とを加減算して電動機の推
定負荷トルク都心号を算出する負荷トルク推定手段と、
前記回転速度算出手段によって得られた速度信号を入力
として速度検出信号を得られた、この速度検出信号と電
動機の速度指令信号を基に電機子電流指令信号を得るメ
ジャーループ手段と、前記負荷トルク推定手段によって
得られた推定トルク信号をトルク定数を伝達関数として
電流信号を得、この電流信号を電機電流指令信号と加減
算するマイナーループ手段により回転速度のインパクト
ドロップを低減した回転速度制御装置を構成する。

Ｆ１作用 ゲインタルレオナード回路によって（（今回スキャン速
度検出値）−（前回スキャン速度検出値））を演算して
速度差分をディジタル的に算出する。

また、アナログの負荷トルク推定回路によって速度差分
信号の高域カットを行いかつ負荷トルク推定演算を行っ
て推定負荷トルクを算出する。さらに、メジャーループ
により電動機の回転速度検出して回転速度検出信号を得
、この回転速度検出信号と回転速度指令信号を基に電動
機電流指令信号を得ると共に、ママイナーループにより
前記推定トルクに基づく電流信号を得、この電流信号と
前記電機子電流指令信号を基に負荷トルクに見合った電
機子電流を得て回転速度のインパクトドロップを大幅に
低減させる。

Ｇ、実施例 以下に本発明の実施例を第１図〜第３図によって説明す
る。

第１図は本発明はの実施例による電動機の回転速度制御
装置に示し、２は速度信号Ｎを入力とし伝達関数ΔＮ／
△ｔをもとに速度差分のディジタル信号算出する速度差
算出部でディジタルレオナード回路１２を形成する。１
３は速度差算出部１１の出力信号を入力とするローパス
フィルタ（ＬＰＦ）で回転慣性算出部５．第２の発生ト
ルク算出部１ｂおよび第２の加減算部１ｂとともに負荷
トルク推定回路ｌＯＡを構成する。

１４は負荷トルク推定回路１０Ａの推定負荷ト＊ ルク信号でτ　１を入力としｌ／ＫＴを伝達関数とする
電流算出部、１５は電流ゲイン調整部でこれらの電流算
出部１４と電流ゲイン調整部１５によって電流制御のマ
イナーループ１６が形成される。

２ｃは第３の加減算部、２ｄは第４の加減算部、１７は
速度制御アンプゲインに１と速度制御アン１＋Ｔ＋Ｓ ブ積分時定数Ｔ１からなるに、　　　　　　を伝達Ｔ、
Ｓ 関数とする速度制御信号増幅部、１８は電流マイナール
ープゲインＫＡＣＲと電流マイナーループ−次送れ時定
数ＴＡＣＲからなるＫ　ＡＣＲ／　（１＋　Ｔ　ＡＣＲ
）を伝達関数とする電流増幅部である。１９は速度検出
ゲインＫ　Ｎｄ５ｔを伝達関数とする速度検出部で速度
制御のメジャーループ２ｏを形成する。

上記構成の回転速度制御装置において、ディジタルレオ
ナード回路１２内で（（今回スキャン速度検出値）＝（
曲回スキャン速度検出値））を演算して速度差分を算出
する。また、アナログの負荷トルク推定回路１０Ａのロ
ーパスフィルタ！３によって速度差分信号の高域カット
を行い、さらに第２の発生トルク算出部１ｂ、回転慣性
算出部５および第２の加減算部によって負荷トルク推定
演算を行う。したがって、速度検出はディジタルである
から検出遅れが殆ど無くなると共に、アナログ回路を簡
単に構成することが出来る。

また、推定負荷トルクを入力とする電流算出部１４と電
流ゲイン調整部１５からなる電流制御のマイナーループ
１６を通して、負荷トルク推定回路１０Ａから得られた
推定負荷トルクに対応する電機子電流を余分に流してや
れば、外乱としての負荷トルクτ１の影響を小さくする
ことが出来る。

さらに、速度検出部１９は速度信号Ｎを入力として速度
を検出し、この検出信号を第３の加減算部２ｃに入力す
る。第３の加減算部２ｃは速度指令信号Ｎ　ｒａｔと速
度検出信号との偏差信号を速度増幅部１７に入力する。

速度信号増幅部１７の出力信号は電機子電流指令信号１
　ａｒｍ（とじて得られる。この電機子電流指令信号１
□、ｔと、電流制御のマイナーループ１６によるフィー
ドバック電流信号を第４の加減算部２ｄで加算する。第
４の加減算部２ｄの出力は電流増幅部１８によって増幅
され、電機子電流［ａとして第１の発生トルク算出部１
ａと第２の発生トルク算出部１ｂに入力される。ここで
、電流増幅部１８の出力信号Ｉａは一次遅れで電機子電
流指令信号１　ａｒｓｆに近似している。

上記構成の電機子の回転速度制御装置に関して、シュミ
レーションによって調べた結果、第２図〜第３図のよう
な特性が得られた。

すなわち、第２図はインパクトドロップ低減手段を備え
ていない装置の速度特性を示し、第３図はインパクトド
ロップ低減手段を備えた上記実施例による速度特性を示
す。第２図から明らかなように、インパクトドロップ低
減手段を備えていない場合は、時刻Ｔ＝Ｏで１００％負
荷がかかったとき電動機の回転速度Ｎがほぼ０．０秒で
急激に低下し、設定速度に回復するのに０．５秒であっ
た。これに対して、上記実施例のようにインパクトドロ
ップ低減手段を備えたものでは、第３図から明らかなよ
うに電動機の回転速度Ｎが０．４秒で急激に低下した場
合、設定回転速度に回復するのにほぼ０．８秒であり、
かつ増幅器の遅れや飽和も考慮した結果、０．２秒で完
全に設定速度に回復した。

１（、発明の効果 本発明は、以上の如くであって、可変速制御できる電動
機の制御系において、電動機の回転速度検出信号と回転
速度指令信号を基に電機子電流指令信号を得ると共に、
前記回転速度の速度差分信号に基づいて得られた推定負
荷トルクを得、この推定負荷トルクを基に電流信号を得
て、この電流信号と面記電機子電流指令信号により負荷
トルクに見合った電機子電流を得るようにしたから、簡
単な回路構成にして高速応性でしかも回転速度のインパ
クトドロップを大幅に低減できる電動機の回転速度制御
装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例による電動機の回転速度制御装
置のブロック結線図、第２図および第３図はシュミレー
ションによる特性を示し、第２図は一般の回転速度制御
装置の回転速度特性図、第３図は本発明の実施例による
回転速度制御装置の回転速度特性図、第４図は従来の回
転速度制御装置の負荷トルク推定手段のブロック結線図
、第５図は従来の他の負荷トルク推定手段のブロック結
線図、第６図は従来の更に他の負荷トルク推定手段のブ
ロック結線図である。 １ａ・・・第１の発生トルク算出部、ｔｂ・・・第２の
発生トルク算出部、２ａ・・・第１の加減算部、２ｂ・
・第２の加減算部、２ｃ・・・第３の加減算部、２ｄ・
第４の加減算部、３ａ・・・回転速度算出部、５回転慣
性算出部、ＩＯＡ・・・負荷トルク推定回路、１１・・
速度差分算出部、１２・・ディジタルレオナード回路、
１３・・・ローパスフィルタ、１４・・・電流信号算出
部、１５・・電流ゲイン調整部、１６・・・マイナール
ープ、１７・・・速度信号増幅部、１８・・・電流増幅
部、１９・・・速度検出部、２０・・・メノヤーループ
。 外２名 第 図 第５図 五 第６図 Ｌ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）電動機の電機子電流を入力とし、トルク定数を伝
   達関数として電動機の発生トルク算出し、この発生トル
   クと負荷トルクを加減算して加速トルクを得ると共に、
   この加速トルクを回転慣性を伝達関数として前記電動機
   の回転速度信号を算出する回転速度信号算出手段と、 前記回転速度信号を入力とし今回の速度検出値と前回の
   速度検出値とを基に速度差分信号をディジタル値として
   算出する速度差分算出手段と、前記速度差分算出手段の
   速度差分信号を入力とし回転慣性信号を算出すると共に
   、この回転慣性信号と前記電動機の発生トルク信号とを
   加減算して電動機の推定負荷トルク都心号を算出する負
   荷トルク推定手段と、 前記回転速度算出手段によって得られた速度信号を入力
   として速度検出信号を得られた、この速度検出信号と電
   動機の速度指令信号を基に電機子電流指令信号を得るメ
   ジャーループ手段と、前記負荷トルク推定手段によって
   得られた推定トルク信号をトルク定数を伝達関数として
   電流信号を得、この電流信号を電機電流指令信号と加減
   算するマイナーループ手段と、 によって構成したことを特徴とする電動機の回転速度制
   御装置。