JPH0564476A

JPH0564476A - 電動機の速度制御装置

Info

Publication number: JPH0564476A
Application number: JP3244637A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Chino; 俊彦千野
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1991-08-29
Filing date: 1991-08-29
Publication date: 1993-03-12

Abstract

(57)【要約】【目的】あるゆる負荷の状態に応じて適切な加速・減
速電流を電動機に与えて、常に一定の速度応答特性を確
保できると共に、安定な速度制御を実現し得るようにす
る。【構成】電動機６の速度を制御する速度制御器２と、
電動機６の電流を制御する電流制御器３と、電動機６の
加速・減速電流を制御する加速・減速電流演算部２４を
有する電動機速度制御装置において、電動機６にかかる
負荷の慣性モーメントＪl の大きさに応じたゲイン指令
Ｋ′により、加速・減速電流演算部２４のゲインＫff×
Ｋ′を変化させる。これにより、負荷が増大しても一定
の速度応答性が得られるようにする。又、速度制御器２
のゲインを所定の値に固定する。これにより、負荷が急
変しても速度応答が上がり過ぎることがなく速度制御の
安定性を維持できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電動機の速度制御装置
に係り、特に、例えばプロセスラインのロールの速度制
御を初めとして、全ての電動機の速度制御に用いるのに
好適な、電動機の速度を制御する速度制御手段と、電動
機の電流を制御する電流制御手段と、電動機の加速・減
速電流を制御する加速・減速電流制御手段とを有する電
動機の速度制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、鉄鋼業のプロセスラインにおい
ては、ロールの駆動源として、通常、電動機が用いられ
る。プロセスラインの安定操業の観点から、この電動機
の速度は、所望する速度に精度良く制御する必要があ
る。

【０００３】このため、電動機の速度制御装置には、電
動機の速度を制御する速度制御器（以下、ＡＳＲ；Ａut
omatic Ｓpeed Ｒegulator）と、電動機の電流を制御
する電流制御器（以下、ＡＣＲ；Ａutomatic Ｃurrent
Ｒegulator）とが設けられている。

【０００４】一般に、ＡＳＲの速度制御ゲインは半固定
であり、電動機の速度が、負荷に関係なく安定して制御
できるように、当該ＡＳＲ速度制御ゲインは、予め適正
値に調整された後に固定される。この速度制御ゲインの
調整は、次のように行われる。

【０００５】即ち、実際に電動機にかかる負荷がない状
態で速度制御装置を試運転し、要求する応答が得られる
よう速度制御ゲインは調整されていた。このように調整
を行うのは周知の事柄である。

【０００６】従って、実際に電動機に負荷がかかった場
合、その負荷の慣性モーメントが原因して（負荷の慣性
モーメントは運転状態によって変化するため）、ＡＳＲ
の応答が変化し、速度制御装置に、本来の要求される応
答が得られなくなる場合があった。

【０００７】これに対して、負荷がかかってもＡＳＲに
要求する応答が得られるようにする速度制御技術が種々
提案されている。

【０００８】その技術の１つとして、出願人が既に特開
平２−３０７３８１号公報で開示したものがある。これ
は、運転時の負荷慣性モーメントの変化に着目して、当
該慣性モーメントから要求応答を得るための速度制御ゲ
インを逆算して求め、求めた速度制御ゲインで、前記試
運転時に調整したＡＳＲの速度制御ゲインを補正するも
のである。図３は、この開示した電動機の速度制御装置
のブロック図である。

【０００９】図３に示す速度制御装置においては、速度
指令が第２加算点１０を介して第１の加算点９に正の信
号として入力される。又、電動機６の回転速度を速度パ
ルスジェネレータ等の速度センサ７で検出し、検出速度
信号に対して、速度帰還演算部８で速度帰還ゲインＫf
を乗じて第１の加算点９に負の信号として入力する（速
度フィードバックする）。この第１の加算点９の出力は
ＡＳＲ２に入力される。ＡＳＲ２は速度制御信号を出力
し、この出力は、ドルーピング量演算部４において、ド
ルーピング係数Ｋd が乗じられてドルーピング量とな
り、第２の加算点１０に負の信号として入力される。

【００１０】速度指令には、この第２の加算点１０にお
いて、前記ドルーピング量が減じられ、これにより、速
度指令に垂下特性が付与される。その後、第１の加算点
９において、この速度指令から速度フィードバック信号
が減じられ、これにより、速度指令Ｓ実際の速度との偏
差がＡＳＲ２に入力される。

【００１１】ＡＳＲ２は、入力偏差に、所定のゲインを
乗じてこの偏差が解消できるような速度制御指令信号を
出力する。出力された速度制御指令信号出力は、第３の
加算点１１を介してＡＣＲ３に入力され、所定のゲイン
が乗じられて電力変換部５に入力される。この電力変換
部５からは、電動機６への電流値が前記第３の加算点１
１にフィードバックされ、電動機電流が前記電流制御指
令に従ったものとなるように制御されている。

【００１２】前記の速度制御装置においては、試運転時
にＡＳＲ２のゲインを調整し、負荷運転時に電動機にか
かる負荷（プロセスラインにおけるストリップ等）の慣
性モーメントから、要求するべき応答を得るためのＡＳ
Ｒ２の速度制御ゲインを逆算し、前記ＡＳＲ２のゲイン
が逆算したゲインとなるように補正する。

【００１３】又、特願平２−２３５５２３で、電動機を
加速・減速させるのに必要な加速・減速電流値（加減速
電流値）を求める加速・減速電流（加減速電流）制御手
段１を設けて、速度指令の変動でドルーピング量が大き
く変動するのを防止した電動機の速度制御装置を提案し
ている。

【００１４】この速度制御装置は、図４に示すブロック
図のような構成を有しており、加速・減速電流演算器
（加速・減速電流制御手段に相当）１が備えられてい
る。この加速・減速電流演算器１は、速度指令を入力し
て、当該速度指令に所定の演算を行う。次いで、その演
算結果を第４の加算点１２へ入力し、ＡＳＲ２から出力
される速度制御指令に信号する。つまり加速・減速電流
演算器１を介して速度指令をフィードフォワードする。

【００１５】この演算器１の演算時定数は、電動機６の
電気的時定数よりはるかに大きくできる。従って、速度
指令が大きく変化してもドルーピング量が変動しなくな
ることから、速度制御の安定性が良くなり速度制御の調
整が簡単に行えるようになる。

【００１６】この速度制御装置において、加速・減速電
流演算手段１とＡＳＲ２のゲインを負荷の慣性モーメン
トに応じて自動的に変化させるようにすることが考えら
れる。

【００１７】

【発明の解決しようとする課題】しかしながら、前記特
開平２−３０７３８１号公報のように速度制御手段（Ａ
ＳＲ）のゲインのみを負荷の慣性モーメントに応じて補
正したり、前記特願平２−２３５５２３のように、速度
制御手段のゲイン及び加速・減速電流制御手段（加速・
減速電流演算器）のゲインのいずれをも負荷の慣性モー
メントに応じて補正しようとすると、次のような問題点
が生じる。

【００１８】即ち、電動機から速度制御装置に至る速度
制御において、電動機と速度制御装置との間、電動機と
負荷との間、又は速度制御装置と連続した負荷との間
に、当該速度制御系を不安定化させる要因が存在する場
合がある。この要因には例えば減速機のバックラッシ
ュ、電動機とロールとをつなぐ軸の弾性や剛性、又は金
属薄帯の弾性等がある。

【００１９】例えば前記バックラッシュにより、あたか
も電動機と負荷との機械的な縁が瞬間的に切れた状態と
なり、この切れた瞬間に速度制御系が不安定となる。こ
の際、速度制御手段のゲインが大き過ぎると、速度制御
手段の閉ループの応答が上がり過ぎることになり、これ
により速度制御系の不安定さが増しハンチング現象が発
生したり、電動機とロールとをつなぐ軸の剛性によるね
じり振動が発生したりする。

【００２０】従って、前記のような速度制御系の不安定
化要因の存在から、速度制御手段のゲインは上げること
ができない場合は多く、前記従来の技術の如く負荷の慣
性モーメントに応じて当該ゲインを補正し上げてしまう
と、速度制御系が不安定な状態となってしまい、安定し
た速度制御が実現できなくなる。

【００２１】本発明は、前記従来の問題点を解消するべ
くなされたもので、あらゆる負荷の状態に応じて常に適
切な加速・減速電流を電動機に与えて常に一定の応答を
確保できると共に、安定な速度制御を高精度に実現し得
る速度制御装置を提供することを課題とする。

【００２２】

【課題を達成するための手段】本発明は、電動機の速度
を制御する速度制御手段と、電動機の電流を制御する電
流制御手段と、電動機の加速・減速電流を制御する加速
・減速電流制御手段とを有する電動機の速度制御装置に
おいて、電動機にかかる負荷の慣性モーメントの大きさ
に応じて、加速・減速電流制御手段のゲインを変化させ
るための手段を備え、速度制御手段のゲインを所定の値
に固定したことにより、前記課題を解決するものであ
る。

【００２３】

【作用】本発明においては、加速・減速電流制御系のゲ
インを負荷の慣性モーメントの大きさに応じて変化させ
ることから、無負荷の状態でも、負荷がある状態でも、
更に、その負荷の状態が異なっても、あらゆる負荷状態
の慣性モーメントに対応して電動機の加速・減速時に、
常に適切な加速・減速電流を電動機に与えることができ
る。従って、常に要求する応答性で電動機速度を制御す
ることができる。

【００２４】又、速度制御手段のゲインは、所定の値、
例えば速度制御装置単体で試運転するときに調整した値
に固定するため、速度制御系の応答が負荷変動の移動を
受けることがなく、従って電動機速度を安定した状態で
制御可能であり、ハンチングや電動機及びロール間の軸
のねじり振動等の現象が発生しない。

【００２５】本発明によれば、あらゆる負荷の状態に応
じて常に適切な加速・減速電流を電動機に与えて、常に
一定の応答を確保できると共に、安定な速度制御を高精
度に実現し得る。

【００２６】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００２７】図１に、本発明の実施例にかかる電動機の
速度制御装置を示す。

【００２８】図１の速度制御装置は、主に、コントロー
ル（制御）段２０と、電力変換段２２とを備える。

【００２９】前記速度制御装置は、コントロール段２０
の加速・減速電流演算器（以下、ＦＦと称する）２４の
ゲインを上位コントローラ２６の指令に従って補正でき
るようにしたものである。

【００３０】前記上位コントローラ２６は、詳細には図
２に示すような構成を有し、次の手順でゲイン指令Ｋ′
を求めてＦＦ２４に入力し、当該ＦＦのゲインを変化さ
せるものである。

【００３１】即ち、このコントローラ２６は、まず、負
荷（プロセスラインにおけるストリップ等）の慣性モー
メントＪl を算出する。負荷の慣性モーメントは、例え
ば出願人が既に特開平２−３０７３８１の明細書中に開
示した手法により求めることができ、その他、種々の手
法により求めることができる。

【００３２】次いで、算出された慣性モーメントＪl と
電動機６の慣性モーメント（主に回転子の慣性モーメン
ト）Ｊmo、当該電動機６に直結された負荷駆動手段（ス
トリップに駆動等するペイオフリール、ルーパロール、
ハースロール、テンションリール等）の慣性モーメント
Ｊmaから、次式（１）でゲイン指令Ｋ′を算出する。

【００３３】Ｋ′＝（Ｊmo＋Ｊma＋Ｊl ）／（Ｊmo＋Ｊma） …（１）

【００３４】次いで、次式（２）のように、このゲイン
指令Ｋ′をＦＦ２４の当初設定されたゲインＫffに乗じ
て、ＦＦ２４のゲインＧ（s ）ffを変化させる。

【００３５】Ｇ（s ）ff＝（Ｋff×Ｋ′）／（１＋ＴＳ） …（２）

【００３６】なお、ＴはＦＦ２４の時定数、Ｓはラプラ
ス演算子である。

【００３７】又、（２）式のように、実施例のＦＦ２４
は１次遅れの特性を有している。

【００３８】又、前記電動機の慣性モーメントＪmo及び
負荷駆動手段の慣性モーメントＪmaの値は、予め算出し
上位コントローラ２６に入力しておくことができる。

【００３９】前記上位コントローラ２０には、例えばプ
ログラマブル・ロジック・コントローラを用いることが
できる。

【００４０】前記電力変換段２２は、直流電源（ＤＣ）
又は交流電源（ＡＣ）をコントロール段２０の速度制御
指令、電流制御指令に従って、ＡＣ→ＤＣ変換、電圧変
換、周波数変換等を行って、電動機６を制御するもので
ある。

【００４１】電力変換段２２には、例えばサイリスタや
トランジスタからなる静止型電力変換機（チョッパ、イ
ンバータ、コンバータ等）を用いることができる。

【００４２】又、本実施例に係る電動機６は、例えば直
流電動機、誘導電動機、同期電動機を初めとして、あら
ゆる種類の電動機が対象となる。

【００４３】その他の実施例の速度制御装置の構成につ
いては、前出図３又は図４に示した速度制御装置と同様
であるため、同様の構成部分に同一の番号を付して、そ
の説明は略する。

【００４４】以下、実施例の作用を説明する。

【００４５】実施例の速度制御装置においては、上位コ
ントローラ２６でまず負荷慣性モーメントＪｌを求め、
次いで（１）式でゲイン指令Ｋ′を求める。このゲイン
指令Ｋ′により前記（２）式のようにＦＦ２４のゲイン
を変化させる。このようにして、ＦＦ２４の初期設定さ
れたゲインＫffを負荷の慣性モーメントＪl 等から求め
たゲイン指令Ｋ′で補正する。

【００４６】従って、無負荷の状態でも、負荷がある状
態でも、更にその負荷の状態が異なっても、あらゆる状
態における負荷の慣性モーメントに対応して、常に適切
な加速・減速電流を電動機６に与え得る。よって、常に
要求する応答性で電動機６の速度を制御することができ
る。

【００４７】又、ＡＳＲ２のゲインは、速度制御装置単
体で試運転時に調整した値に固定している。従って、負
荷の慣性モーメントが急変した場合等、安定した状態で
速度制御を行うことができ、ハンチングといった現象も
発生しない。

【００４８】よって、あらゆる負荷の状態に応じて常に
適切な加速・減速電流を電動機に与えて、常に一定の速
度応答特性を確保できると共に、安定な速度制御を高精
度に実現し得る。

【００４９】例えば、本発明を実施した速度制御装置
を、連続焼鈍設備の各駆動装置（ペイオフリール、ルー
パロール、ハースロール、テンションリール等の駆動電
動機）に適用したところ、いずれの電動機においても、
ＡＳＲの応答を所望していた値に維持することができ、
それぞれの電動機において最終的な目標精度を達成でき
た。このことから本発明の有用性が確認できた。

【００５０】なお、前記実施例においては、プロセスラ
インとして連続焼鈍設備を例示したが、本発明に係る速
度制御装置が適用される対象は、連続焼鈍設備の電動機
に限定されるものではなく、速度制御が必要な電動機で
あればあらゆる種類の電動機に本発明に係る速度制御装
置を用いることができる。

【００５１】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、電
動機にかかる負荷の慣性モーメントの大きさに応じて加
速・減速電流制御部のゲインを可変としたので、慣性モ
ーメントの大きさの変化に拘らず、あらゆる負荷の状態
に応じて常に適切な加速・減速電流を電動機に与えて、
常に一定の速度応答特性を確保できると共に、安定な速
度制御を高精度に実現し得る。

【００５２】その結果、本発明に係る速度制御装置によ
り電動機を制御するものにおいて、まず、電動機により
位置制御をする場合には、位置制御精度が向上する。
又、複数の電動機で薄帯を処理する設備の場合には、各
電動機間の速度誤差が微小となり、揃速性が向上するた
め、薄帯の張力、形状、板厚、板幅の変動が微小となり
得る等の優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の実施例に係る速度制御装置の
全体的な構成を示すブロック図である。

【図２】図２は、前記速度制御装置の加速・減速電流演
算部のゲインを補正するための上位コントローラのロジ
ックを示すブロック図である。

【図３】図３は、従来の速度制御装置の一例を示すブロ
ック図である。

【図４】図４は、速度制御装置の他の従来例を示すブロ
ック図である。

【符号の説明】

２…自動速度制御器（ＡＳＲ）、３…電流制御器（ＡＣＲ）、５…電力変換部、６…電動機、７…速度センサ、８…速度帰還ゲイン、９…第１の加算点、１０…第２の加算点、１１…第３の加算点、１２…第４の加算点、２０…コントローラ段、２２…電力変換段、２４…加速・減速電流演算部（ＦＦ）、２６…上位コントローラ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電動機の速度を制御する速度制御手段と、
電動機の電流を制御する電流制御手段と、電動機の加速
・減速電流を制御する加速・減速電流制御手段とを有す
る電動機の速度制御装置において、電動機にかかる負荷の慣性モーメントの大きさに応じ
て、加速・減速電流制御手段のゲインを変化させるため
の手段を備え、速度制御手段のゲインが所定の値に固定されていること
を特徴とする電動機の速度制御装置。