JPS6031433Y2 - 電動機の速度制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は、複数個の回転体を互いに速度差をつけて駆
動する電動機の制御装置に関する。

例えば、紙、ゴム、プラスチックなどの連続した長尺物
の製造工程においては、回転体の周辺速度の差よる張力
を利用して上記長尺物を適当な厚さに加工する方法がよ
く採用されている。

このような製造工程では、多数個の回転体（例えばロー
ラ）を互いに異なる周辺速度で回転するように制御する
ことが必要である。

第１図は、回転体の位置とその周辺速度との関係を示す
説明図である。

第１図に示すように送出点にある回転体の周辺速度は低
く、巻取点にある回転体の周辺速度を高くなるようにあ
らかじめ設定される。

このあらかじめ設定された速度差は、標準速度差と呼ば
れ、この速度差によって長尺物に張力を加えて加工する
のである。

実際の製造工程では、一旦、上記のように標準速度差を
設定した後に、各回転体の周辺速度を変化させて微調整
をおこなうことが必要であるが、そのときの速度差は可
変速度差と呼ばれている。

各回転体をそれぞれ駆動する電動機を制御する制御装置
には、一般にアナログ制御系とディジタル制御系が併用
される。

従来のディジタル制御系は、ある一定の仮想の主速度基
準に対する割合でもって標準速度差を求めるようにして
いたので、可変速度差の可変範囲が狭く、回転体の径が
減摩すると電動機が過速度で回転される等の欠点があっ
た。

第２図は、回転体に対してそれぞれ設けられ、その制御
をする従来のこの種の電動機の速度制御装置を示すブロ
ック図である。

又、第４図は従来の速度設定法の一例を示すもので、図
中の曲線は速度基準信号、斜線部分は可変速度差設定範
囲をそれぞれ示す。

第２図において、１はポテンショメータからなる主速度
基準設定回路 ２はポテンショメータからなる速度差設
定回路、３は可変抵抗器、４はアナログディジタル変換
器、５は速度基準設定回路、６は速度偏差回路、７はデ
ィジタルアナログ変換器、８は回転体径設定器、９はサ
ンプリング時間設定回路、１０は速度計測回路、１１は
電動機駆動制御回路、１２は電動機、１３はギヤ、１４
は回転体、１５は速度検出器、１６はパルス発生器であ
る。

また、ＶＭｒＯは主速度基準設定回路１の全電圧、ＭＥ
は主速度基準設定回路１の全電圧に対する出力電圧の割
合、■２は主速度基準設定回路１の出力である仮想主速
度基準、ＳＥは速度差設定回路２の全電圧に対する出力
電圧の割合、Ｖ ＲＥｐはディジタル値の速度基準信号
、ＶｐＢは回転体１４のディジタル値の周辺速度を示す
速度帰還信号、ＶＥＲＲは速度基準信号■Ｒあと速度帰
還信号ＶＦＩ３との差であるディジタル値の速度偏差信
号、ＡＲＥＦは速度差設定回路２の全電圧と可変抵抗器
３の電圧との和からなるアナログ値の速度基準信号、Ａ
ＦＢは回転体１４のアナログ値の回転速度Ｑからなる帰
還信号、ＡＥＲＲは速度基準信号ＡＲＥＰと速度帰還信
号Ａｐ Ｂとの差であるアナログ値の速度偏差信号を示
す。

第２図に示す速度制御装置は、電動機１２の起動時には
アナログ制御系のみが運転され、平常時にはアナログ制
御系とディジタル制御系が併用して運転される。

ディジタル制御系は電動機１２を高精度に制御するため
に使用される。

次に第２図に示す速度制御装置の動作を説明する。

最初に、各回転体１４は、その基準点の周辺速度に対し
て第１図に示すような標準速度差を有する周辺速度が設
定される。

この標準速度差は、回転体１４と電動機１２とを接続す
るギヤ１３のギヤ比を適当な値に設定することにより得
られる。

しかる後に、すべての回転体１４の速度基準信号ＡＲＥ
Ｆを同一の値にしてアナログ制御系で各回転体１４に設
けられた電動機１２を同一速度で回転させる。

速度基準信号ＡＲＩ！Ｆは、主速度基準設定回路１の出
力を速度差設定回路２及び可変抵抗器３で調整して得ら
れる。

このとき、各電動機１２の速度基準信号ＡＲＥＦを等し
くさせているが、速度差設定回路２の全電圧に対する出
力の割合ｓＥは、各電動機１２毎に異なる値とする必要
がある。

これは、アナログ制御系が、各電動機１２の回転速度を
検出して制御するように構成されているが、ディジタル
制御系が、各回転体１４の周辺速度を検出して制御する
ように構成されているから、速度基準信号ＶＲＥＦが各
回転体１４の周辺速度すなわち標準速度差に対応して各
回転体１４毎に異なる値にする必要があることを理由と
する。

速度差設定回路２の出力の割合Ｓ。

を各回転体１４毎に異なる値に設定することにより、上
記の如く各回転体１４毎の速度基準信号ＶＲＥＰを異な
る値にすることができる。

可変抵抗器３は、速度差設定回路２の出力の割合ＳＥの
値が各回転体１４毎に異なるときに、各回転体１４の速
度基準信号Ａつ、を等しくするように調節される。

第２図の速度制御装置のディジタル制御系の動作を以下
に説明する。

電圧ＶＭＴＯＦを分圧して得た主速度設定器１の出力Ｖ
ｙｒ６ｐ Ｘ ＭＥは、アナログディジタル変換器４で
ディジタル信号の仮想主速度基準信号ｖＭに変換されて
速度基準設定回路５に供給される。

速度基準設定回路５は次の式に従ってディジタル制御系
の速度基準信号■Ｒｆ、、ｐを発生する。

ＶＲＥＦ ＝ ＶＭ （１ａｓｔｉｒ）
−−−（ｔ）０＜ａ＜１ ０≦ＳＥ≦１ ここでａは、最大速度差設定値を示す定数である。

式（１）から明らかなように、従来の速度制御装置のデ
ィジタル制御系では、仮想主速度基準■８から各回転体
１４の速度基準信号Ｖヤ。

を得ていた。

従って、速度差設定回路２の出力の割合ＳＥは、式（１
）から算出される各回転体の速度基準信号■Ｒいがギヤ
１３で定められる標準速度差に対応した値となるように
設定されるのである。

一方、速度計測回路１０は、回転体１４の実際の周辺速
度Ｑを検出して速度帰還信号ＶＦＢを出力している。

速度偏差回路６は速度基準信号ＶＲＥＦと速度帰還信号
ＶＰＢとの差を求めて速度偏差信号Ｖ ＥＲｖｔを出力
する。

速度偏差回路６の速度偏差信号■。

ＲＲは、ディジタルアナログ変換器７でアナログ信号に
変換された後、速度偏差信号ＡＥＲＲと加算されて電動
機駆動制御回路１１に印加される。

ただし、電動機１２の速度を精度良く制御するため、例
えばアナログ制御系の速度偏差信号Ａ８ＲＲがＩＶであ
れば、ディジタル制御系の速度偏差信号■。

ＲＲは、０．ＩＶ程度にされる。速度偏差信号ＶＥＲＲ
は間歇的な信号であるから、速度偏差信号Ａオ。

に対する割合をあまり大きくすると電動機１２の円滑な
回転が妨げられる不都合が生ずる。

上記のように、各回転体１４は、その周辺速度に標準速
度差をつけて速度制御されるが、長尺物を加工する工程
においては、一旦標準速度差を設定した後、更に速度を
調節する必要がある。

第２図において、回転体１４の速度の調節は、速度差設
定回路２の出力の割合ＳＥを変化させておこなう。

割合ＳＥの値を変化させると、速度基準信号ＡＲや及び
速度基準信号ＶＲＥＦが変化するから回転体１４の速度
も変化する。

パルス発生器１６は、電動機１２の１回転につき一定数
のパルスを発生するものである。

回転体径設定器８は、回転体１４の直径Ｄ（設定値）を
サンプリング時間設定回路９に出力する。

サンプリング時間設定回路９は、次式で算出されるサン
プリング時間ΔＴを設定する。

ΔＴ＝Ｋｉ ・・・（２）ここで、Ｄ
は回転体１４の直径、Ｒはギヤ比、Ｋは比例定数である
。

一方、速度計測回路１０は、電動機１２の回転数Ｎが単
位時間当りのパルス数に比例するから、サンプリング時
間ΔＴ内にパルス発生器１６が発生するパルス数を計数
することにより、一回転体１４の周辺速度Ｑに関連する
速度帰還信号ＶｐＢを得、前述のように速度偏差回路６
に供給する。

なお、回転体１４の周辺速度Ｑは次式で求められる。

ｆＤＮ ・・・（３） Ｑ＝Ｒ ここでＮは電動機１２の単位時間当りの回転数である。

式（２）及び式（３）から明らかなように、回転体１４
の周辺速度Ｑはサンプリング時間ΔＴと電動機１２の回
転数Ｎの積ＮΔＴに比例する。

ところで、回転体１４の径が減摩すると、ディジタル制
御系の速度基準信号ＶＲＥＦは変化しないが、速度帰還
信号Ｖｐａが減少するから、速度帰還信号ＶＰＢの減少
分だけ速度偏差信号ＶＥＲＲが増加する。

このようになると、電動機１２は定格速度に比して相当
に高い速度で回転させられ、その寿命が短くなり、好ま
しくない。

また、各回転体１４毎にギヤ１３のギヤ比を変えて周辺
速度に標準速度差をつけるべく、ディジタル系の速度基
準信号Ｖ□２を仮想主速度基準ｖＭにより式（１）から
算出する際、速度差設定器２の出力の割合Ｓ５を各回転
体１４毎に異なる値に設定する必要があった。

回転体１４の周辺速度Ｑを調節するときには、上記のよ
うにして一旦設定した割合ＳＥ値を再び変化させること
になる。

従って、速度差設定器２の出力の割合Ｓよの調節範囲が
狭く制限され、場合によっては十分な可変速度差が得ら
ない事態が生ずる。

つまり、標準速度差をつけて各回転体１４を回転させる
ときには、各回転体１４の割合Ｓよの値を例えば０．２
〜０．８としなければならない。

しかし、割合８５が０．２に設定された回転体１４では
、割合Ｓやの値の調節範囲が下方には０．２シか余裕が
ないから、必然的に回転体１４の周辺速度Ｑの可変調節
範囲が狭く制限されたことになる。

従来の速度制御装置は、以上説明したように、回転体の
径が減摩するとディジタル制御系で速度帰還信号が減少
するが、速度基準信号は変化しないから、電動機の過速
運転を招く欠点があった。

また従来の速度制御装置は、標準速度差を設定する場合
や回転体の周辺速度を調節する場合も、速度差設定回路
の出力の割合の値を変化させていたから、周辺速度の調
節範囲が狭く制限されざるを得ない欠点があった。

通常連続した長尺物を加工する場合、長尺物に張力を与
える回転体の周辺速度の可変調節範囲が狭いと、加工が
できなくなる危険があるので、上記問題点を解決した速
度制御装置の出現が望まれていた。

この考案は、上記の問題点に鑑みてなされたものでディ
ジタル制御系の速度基準信号を算出するにあたって、１
個の主となる回転体（以下主回転体と呼ぶ）の速度基準
信号に基づいて他の従となる回転体（以下従回転体と呼
ぶ）の速度基準信号を算出し、更にこれを調節するよう
にして上記問題点を解決した速度制御装置を提供するこ
とを目的とする。

以下、図面に基づいてこの考案に係る電動機の速度制御
装置について説明する。

第３図はこの考案に係る電動機の速度制御装置の一実施
例をある１個の従回転体を制御するものにつき示すブロ
ック図である。

又、第５図はこの考案による速度設定法の一実施例を示
すものである。

第３図において、第２図と同一符号は同一部分を示す。

また、１７は標準速度差を設定する標準速度差設定回路
、１８は標準速度差設定回路１７の出力を調節する可変
速度差設定回路である。

標準速度差設定回路１７にはサンプリング時間設定回路
９からサンプリング時間ΔＴが入力される。

主速度基準設定回路１の出力Ｖ ＭＴｏＰＸ ＭＥは、
主回転体の速度基準信号としてアナログディジタル変換
器４により信号ＶＮに変換される。

標準速度差設定回路１７には主回転体（図示なし）に対
応して同じように設けられている制御装置よりサンプリ
ング時間ΔＴＮも入力されており、ここで、次式に従っ
て標準速度差■、が算出され、設定値として出力される
。

△Ｔ ＶＮ ｘ、、Ｔ、、” Ｖｓ ”’（４）
式（２）、式（３）から明らかなように、回転体１４の
周辺速度Ｑは、サンプリング時間Δ丁と電動機１２の回
転数Ｎとの積に比例している。

従って、式（４）のサンプリング時間の比ΔＴ／ΔＴＮ
は、主回転体と従たる回転体１４の周辺速度Ｑとの比い
等しい値を有する。

標準速度差Ｖｓは、回転体１４を回転させるときのディ
ジタル制御系の速度基準信号ＶＲＥＦとなる。

可変速度差設定回路１８は、標準速度差を、更に、周辺
速度Ｑを調節することが必要となることに対応すべく、
次式にしたがって標準速度差設定回路１７の標準速度差
Ｖｓを調節してディジタル制御系の速度基準信号■Ｒヤ
を設定する。

ＶＲＥＦ ＝ ＶＳ （ｔ ｂ 十ＳＥ）
・・・＋５＋０＜ｂ＜１ ０≦ＳＥ≦１ ここで、ｂは最大速度差設定値を示す定数である。

ただし調節を要しないときは、（１−ｂ＋ＳＥ）を“１
゛にする。

また速度基準信号ＶＲＥＦの調節は割合ＳＲを変化させ
ることにより得られ、これによりその可変調節範囲を広
くさせている。

動作において、回転体１４が第１図に示す基準点、巻取
点間にあるものとすると、電動機駆動回路１１は、速度
偏差信号ＡＥＲＲとディジタルアナログ変換器７から出
力される速度偏差信号Ｖオ。

に基づく信号との和からなる入力信号に従い、電動機１
２を駆動する。

電動機１２は、ギヤ１３を介して回転体１４に機械的に
結合され、これを回転させる。

回転体１４が有する回転速度Ｑは、速度検出器１５及び
パルス発生器１６に接続された速度計測回路１０により
それぞれ検出される。

速度検出器１５は回転速度Ｑを帰還信号ＡＦＢに変換す
る。

帰還信号ＡｐＢは、速度差設定回路２から出力される速
度基準信号ＡＲＥＰとの差がとられ、速度偏差信号ＡＥ
ＲＲとなる。

一方、速度計測回路１０は、パルス発生器１６より供給
され回転速度Ｑに比例したパルスを速度帰還信号ＶＰＢ
に変換して速度偏差回路６に入力する。

速度偏差回路６は、可変速度差設定回路１８から出力さ
れる速度基準信号ＶＲＥＦと速度帰還信号■ＦＢとの間
の差から速度偏差信号■。

ＲＲを検出し、これをディジタルアナログ変換器７に供
給してディジタル信号に変換させる。

このディジタル信号は速度偏差信号ＡＥＲＲと共に電動
機駆動回路１１に前述のように入力信号として供給され
る。

従って、回転体１４は、速度検出器１５を含むアナログ
制御系と、パルス発生器１６、速度計測回路１０、速度
偏差回路６及びディジタルアナログ変換器７を含むディ
ジタル制御系とによりフィードバック制御され、速度偏
差信号ＡＥＲＲ及びＶＥＲＲが最小となるように駆動さ
れる。

このような動作において、速度基準信号Ｖ ＲＥｔｙは
、設定値■Ｎを、（４）式に従い、即ち第１図に示す基
準点にある主回転体に対して設定されたサンプリング時
間ΔＴＮに基づき、標準速度設定回路１７により補正し
、更に（５）式即ち、任意に調節される割合Ｓ５及び最
大速度差設定値すに基づき可変速度差設定回路１８によ
り補正して得た設定信号である。

従って、サンプリング時間ΔＴＮを変化させると、速度
基準信号Ｖ ＲＥＰが変化するので、回転体１４の回転
速度Ｑは、その減摩に対応して過速とならないように制
御できる。

各制御装置の周辺速度Ｑに標準速度差Ｖｓをっけて各回
転体１４を回転させるときには、まず、当該の可変速度
差設定回路１８に対してｂ＝０．５とし、かつすべての
制御装置の可変速度差設定回路１８に対して５Ｅ＝０．
５に設定する。

しかる後に、回転体１４の周辺速度Ｑを各制御装置毎に
それぞれ割合Ｓ。

の値を０から１の範囲で設定する。

これによりすべての回転体１４の速度基準信号を±５０
％の範囲で変化させることができる。

この考案に係る電動機の速度制御装置は、上記のように
構成されているから、従来の速度制御装置に比して以下
に示すような優れた効果を有する。

（ａ） 回転体の径が減摩しても電動機が過速運転さ
れることはない。

（ｂ） 回転体の周辺速度の設定範囲を広くすること
ができる。

この考案は、電動機で駆動される複数個の回転体の速度
を制御して、紙、ゴム、プラスチック等。

の連続した長尺物を製造する工程において、製造の効率
を著しく向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は連続して長尺物を製造する工程に使用される回
転体の設置点と周辺速度の関係を示すグラフ、第２図は
従来の電動機の制御装置の一例を示すブロック図、第３
図はこの考案に係る電動機の制御装置の一例を示すブロ
ック図、第４図は従来の速度設定法の一例を示すグラフ
、第５図はこの考案による速度設定法の一実施例を示す
グラフである。 １は主速度基準設定回路、６は速度偏差回路、１２は電
動機、１４は回転体、１７は標準速度差設定回路、１８
は可変速度差設定回路である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 回転体より検出された検出速度と予め設定された基準速
   度との間の速度偏差を減少させるように制御すると共に
   前記基準速度を他の回転体の回転速度と関連させて設定
   した電動機の速度制御装置において、前記回転体のうち
   基準点に設置される主回転体を駆動する電動機の速度基
   準を設定する主速度基準設定回路、前記主回転体の速度
   に対して速度差を与える前記主回転体以外の従回転体の
   速度差設定回路、前記主回転体の周辺速度と前記従回転
   体の周辺速度の比を求めこの比と前記主回転体の速度基
   準信号との積をディジタル的に算出する標準速度差設定
   回路、前記速度差設定回路の出力の割合から標準速度差
   設定回路の出力をディジタル的に可変調節する可変速度
   差設定回路、電動機の回転速度を検出する速度検出器、
   回転体の周辺速度を検出するパルス発生器、回転体の径
   を設定する回転体径設定器、周辺速度をディジタル計測
   する為のサンプリング時間設定回路、回転体周辺速度を
   算出する速度計測回路、前記速度設定回路と前記速度検
   出回路の出力の偏差を求める速度偏差回路、前記可変速
   度差設定回路と前記速度計測回路の出力の偏差をディジ
   タル的に求める速度偏差回路と、前記二つの偏差をアナ
   ログ的に加算した信号により前記電動機を駆動すること
   を特徴とする電動機の速度制御装置。