JPS6142286A - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、電動機の速度制御方法に係り、荷に、例えば
圧延機において圧延機の・】−ルへの噛み込み時（で生
ずる電動機の速度変動を抑制するに好適な速度制御方法
に関する。

〔発明の背景〕

圧延機においてはその駆動用電動機として直流ｒ電動機
（以Ｆ１単に電動機という、）が用いられている。この
電動機の回転速度を予め定められた速度指令に応じて安
定な値に維持するため、いわゆるフィードバック制御を
用いるのが一般的である。この速度制御系の一般的な形
！２！を第５図に示し、その伝達関数で表わしたブロッ
ク図を第６図に示す。

捷ず、概要を述べる。第５図に示す速度セ１１伸ノステ
ムは、電動機２の実回転速度全速度検ｔ１臂：：）３に
より検出し、その速度検出信号ルを負帰還り、て速度指
令に加えて制御するメジャーループと、「１■変制御電
源であるサイリスタ全波制御整流回路】に与える電流を
変流器ＣＴにより検出し、その電流検出信号■を負帰還
させて電流を制御するマイナーループとで構成される。

さらに詳しく説明すると、次の通りである。サイリスタ
による逆並列三相全波制御整流回路ｌは、三相交流電圧
ｅＡｃを全波整流制御して所定の直流電圧に変換し１、
その直流電圧を電動機２に与えて回転速度を可変制御す
る。電動機２の電機子に流れる電流ＩＡは、交ｍｌ側に
設置した変流器ＣＴおよび電流検出器５によね瞬時に等
価直流電流■としてマイナー電流制御系の帰還信号とな
る。一方、′・に動機２の実回転速度は電動機２に直結
されたパルスゼネレータやルノルバ等の速度検出器３お
よび速度検出器７により検出され、精密にかつ時間遅れ
なく（あったとしても速度制御等に問題とならない程度
）速度帰還信号比として速度指令Ｓｐと比較されるうそ
の偏差は、速度制御器４に入力され、この速度制御器４
から上記偏差に応じたＩｐが出力される。さらに゛’Ｐ
ＰｂＲ指令Ｉｐと等価直流電流工との偏差に応じ電流制
御４６により整流回路１が点弧制御され、目的の回転速
度がイ；）られるよう出力直流電圧が制御される。

第６図は、第５図の制御系を伝達関数を用いたブロック
図に変換したものである。ここで角速度ωを′Ｃ機予電
流ＩＡと負荷トルクＴＤの関係Ｃ示すと となり、負荷外乱（負荷トルク）Ｔｏが加わるとそれを
補償すべき電機子電流ＩＡを与えることができるならば
、角速度ωは全く変動しない具がわかる。不制御系にお
いて、この補償すべき？ＩＣ磯子戒流ＩＡは、速度制御
器Ｇ８の出力とし与えられ、電流制御器Ｇｃの出力とし
て′１流ｆ１１＋が求凍るため、速度制御系および電流
制御系の応答に大幅に左右されることとなるう このような制御系において、負荷外乱Ｔｏとして最も大
きなものは、圧延機のロール間への圧延材の噛み込みで
ある。

この圧延材の噛み込み時に生じる回転速度の低下はイン
パクトドロップといわれ、これを補償するこトラインパ
クト・ドロップ・コンペンセイションという。インパク
トドロップが生じると、上述の制御器では、メジャール
ーズによる修正動作とともに、マイナールーズによる修
正動作があいまって行なわれることとなる。しかしなが
ら、電動機の駆動のための主回路を含めて、制御系には
電動機の慣性能率（ＧＤ”　）や摩擦等の機械的遅れ要
素、制御ループのインダクタンス成分等ノミ気的遅れ要
素が存在するため、応答速度を向上させる場合に制限が
あり、ある値より少なくすることは極めて困難である。

なお、電動機の負荷急減を補償する制御例として、特公
昭５４−５８８７５号に開示されたものがある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、電動機の回転速度を安定に制御する場
合に、本来の制御ループにある速度制御器、電流制御器
を経由することなく速度変動を急速かつ安定して最小限
に抑制しうる制御方法を提供するにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するために、本発明による直流電動機の
速度制御方法は、電動機に駆動電力を供給する可変制御
電源装置と、前記電動機の実回転速度を検出する速度検
出器と、この速度検出器からの速度検出信号と速度指令
信号との偏差から電流指令を作り、この電流指令により
前記電動機に流れる駆動電流を補償するマイナールーズ
の電流制御回路と、により電動機の速度を制御する方法
において、前記電動機の駆動電流とトルク定数とから求
めた負荷外乱の加わらない状態での速度成分および上記
速度検出信号により前記電動機に加わる負荷外乱を推定
し、この推定負荷外乱に基づいて前記電動機の等価駆動
電流値を演算し、演算された等価駆動電流値を前記マイ
ナールーズの電流制御回路（与える点に特徴を有する。

すなわち、要約すると、電動機の逆起電圧定数および慣
性能率をシミュレートし、その模擬結果と現在の電動機
の駆動電流を用いて角速度を推定し、さらに推定した角
速度と負荷外乱のない状態での角速度を用いて負荷外乱
を推定し、その推定結果から補償電流を算出し、算出値
を電流指令に加え合せて、フィードフォワード的な補償
制御をするものである。

〔発明の実施例〕

次に、本発明による電動機の速度制御方法を図面に基づ
いて説明する。

第１図に本発明による速度制御方法の要部を制御ブロッ
ク図で示す。なお、本実施例において第５図、第６図と
重複する部分には同一の符号あるいは記号を附して以下
説明する。

先にも述べたようにＣＨ２図、第６図風電動機２０角速
度は（１）式で与えられ、電機子電流Ｉａは速度制御器
Ｇ６の出力として与えられ、また電流制御器Ｇｃの出力
として電流ＩＤが求まるために、速度制御系および電流
制御系の応答に大幅に左右されるものであった。

そこで、本発明では、第１図に示す如く、それぞれ逆起
電圧定数ζφおよび慣性率Ｊをシミュレートシ、それぞ
れ模擬逆起圧定数ζφ′、模擬慣性能率Ｊ′として与え
、現在直流電動機に与えられている電機子電流Ｉムより
角速度ωを推定するωＢ−□　ζφ′工Ａ　　　　　　
　　　・（２）Ｊ’Ｓ となる、今模擬逆起電圧定数ζφ′、模擬慣性能率Ｊ′
は正確にシミュンーションできたとし、それぞれＪ＝Ｊ
’＝Ｊ、　　ζφ−ζφ′＝ζφ′とする。

（２）式より（１）式を引くと ・°・ＴＤ＝ＪＳ（ωＢ−ω）　　　　　　　・・・（
３）となり、負荷外乱丁りが正確に推定出来る事になる
。ここで問題となるのは逆起電圧定数ζφ、慣性能率Ｊ
の７ミユレー７ヨンの正確度、およびいずれにしろ微少
な速度変化をとらえる必要性から高い速度検出精度を必
要とすることである。しかし、これらは、今日発達して
いるディジタル化技術、マイコン等を使用することによ
り精度上の問題は解決される。

負荷外乱ＴＤが求まると逆起電圧定数ζφおよび電流検
出ゲインの換算を行ない、負荷変動を補償するための補
償電流Ｉｎは下式 ここでＦＣとＶｉＩｔ流検出ゲインで求まるっこの補償
％、流Ｉｏをそのま＼１Ｌ流制御系の嘱流指咎Ｉ　ｐに
加えあわせれば、速度制御器の助けをかりることなく、
一種のフィードフォワード的に負荷外乱を補償する事が
できる。

ところが、実際の電流制御系においては、電流指令Ｉｐ
から実際の電機子電流１’ａまでは応答遅れがあるため
、その応答の遅れ分だけ補償した形での補償ＰａｔＩｏ
’を作る方がより速い形で補償できるので電流の応答遅
れを補償したＩｎ’を下式で求める。

Ｉｏ’　　＝　（１−１−’ｒ：　５）Ｉｏ　　　　　
　・−（５）Ｓ　ニジグラス演算子 ’ｒｃ：電流応答遅れ時間 （５）式で求めた補償Ｐａｔ、Ｉｎ’を電流指令Ｉｐに
加えあわせる。実際の電流制御器Ｊｃの伝達関数および
負ｆ・・ｆ外乱補償ブロックを加味した速度制御系のブ
ロック図を第２図に示す。実際の制御系においては、第
１図において示す負荷推定に必要な速度ω、電流ＩＡは
それぞれ速度検出器、Ｔｌｉｌ検流器を経由して検出し
ているため第２図においてはそれぞれの帰還信号にゲイ
ンＨ８、Ｆｃの逆数をかけて角速度ω、電機子電流ＩＡ
を求めているうまた、一般的には電流制御器ｄｃＶｉ第
２図に示す如く積分器１／ＴＳとゲインＫＰ　（三相全
波整流全波制御の制御ゲイン）に分離する事が出来る（
電流制御系としては、ダンピング補償、電流レート制御
材等あるがいずれの場合においても前向き要素としては
、積分系になる。）。トルク推定ブロックに含まれてい
る微分要素をディジタルに精度よく、かつ充分なる応答
性をもって実施する事は非常に困難な問題で、実施にあ
たっての障害にならざるを得ない。そこで、本発明にお
いてはａ流制御系の積分器に注目し、補正ｐａｔ、を積
分器の後段にもってくると、丁度トルク推定ブロックの
微分器をはぶく事ができ、微分回路を使う事なく応答の
早い迎」飾糸を作る事ができる。

第２図においで０点より０点１での前向き伝達関数は、 となる。上式において第１項の微分器と第３項の積分器
が相殺しあい を得る。そこで、補償ｐａ　ｔ　、を積分器の後段０点
にもってくると全く微分回路を使用した場合と等価に、
かつ、補償効果をそこねることなく制御ループを組む事
ができる。

従来の速度制御器の出力はりミツターにより制限されて
おり、逸流制限回路の役目をもしていたが、本発明によ
ると、リミッタ内部においても補正ｐａｔが加わる事に
なり、従来のりミツター回路のままでは電流制限が効か
ない事になる。そこで、実際の電流■を常時チェックし
てオーバーロード制御を越える場合には各速度制御器、
電流制御器、トルク推定制御器の出力を保持ブーるよう
にして電流制限の役目をもたすようにする。水制４１系
（まいずれにしろ微少な変化を精度よく演算するために
ディジタル制御系で構成する必要がらり、ディンタル制
御系においては、ある条件において複数の出力の保持を
同時にかける事は問題なり■１能である。

次に、第３図に本発明による制御系に電流制限器を組み
込んだ場合のブロック図を示す。

電流帰還慎重と、速度帰還値Ｉｔに／ｉ５づいてそれぞ
れ演算を９とない、かつ電流制御系の特性、応答遅れを
加味して微分器を使用しないでトルク補償信号を算出し
、サイリスタのゲート制御信号に重畳する。＋１！流制
限は、直流１Ｓ動機の過負荷時イ」二に併わせ、その特
性体を越えた場合は電流制限器の出力により速度制御器
、電流制御器、トルク補償演算回路の出力をそれぞれク
ランプする。また本制御系は全てディジタル制御系で（
Ｒ成するのが好ましい。

本制御系は、速度制御系を特に負荷外乱（負荷トルクの
変動）に対し助ける役目をなし、かつ、マイナールーズ
のループゲインは約１となるため、ハンチングの心配が
ない全く安定した制御系となっている。また正確さが必
要とされるζφ′、Ｊ′に対してももし狂ったとしても
速度制御系の外乱要素として評価窟れるが最終的にはメ
ジャーループの速度制御系の応答で補正される事となり
、従来の速度制御系の応答よシ悪くなる心配は全くない
、従来の速度制御系は一種のモニター制御として評価さ
れる。

ここで、本発明を適用して補償した場せと適用しない場
合の負荷外乱に対する′１１！機子電流工、および回転
速度ωの応答性の違いを第４図に示す。

第４図において、実線が本発明を適用した場合、破線が
不適用の場合を示している。この図から、本発明を適用
した場合には、不適用の場合に比べて、速度量で３．４
倍、回復時間で３．６倍、面積的には１２倍もよくなっ
ている事がわかり第５図。

第６図のような単なるフィードバック制御系では決して
得る事が出来ない制御系になっている事がわかる。

本実施例は、直流電動機の場合を示したが、全く同様に
父流成動機の速度制御系に簡単に適用出来る事が云える
っ 〔発明の効果〕 以上述べた叩く、本発明によれば、負荷外乱の推定によ
り補償電流値を演算し、この補償電流値を、ａυ１こ制
御ループの逗流指令値に加え合せるので、従来のように
、メジャーループやマイナーループによる制御を介在す
ることなく電流の補償をする二とができ、七の結果、マ
イナールーズ、メジャーループによる制限を受けること
なく負荷外乱による電動機の速度変動を急速にかつ安定
して抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による負荷外乱推定のためのブロック図
、第２図は本発明による負荷外乱補償を適用した速度制
御系のブロック図、第３図は他の例を示すブロック図、
第４図は本発明による補償の有無による特性の違いを示
す説明図、第５図は従来の一般的な速度制御系を示すブ
ロック図、第６図は第５図の制御系を伝達関数表示で示
したブロック図である。 １・・・三相全波制御整流回路、２・・直流電動機、３
・・速度検出器、４・・・速度制御器、訃・・電流検出
器、６・・・電流制御器、几・・・速度検出信号、ＳＰ
・・・速度指令、Ｉｐ・・・電流指令、Ｉｎ’・・・応
答遅れを補償した補償電流、ω・・・角速度、工＾・・
・電機子電流、ＴＤ・・・負荷外乱（トルク）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、電動機に駆動電力を供給する可変制御電源装置と、
   前記電動機の実回転速度を検出する速度検出器と、この
   速度検出器からの速度検出信号と速度指令信号との偏差
   から電流指令を作り、この電流指令により前記電動機に
   流れる駆動電流を補償するマイナーループの電流制御回
   路と、により電動機の速度を制御する方法において、前
   記電動機の駆動電流とトルク定数とから求めた負荷外乱
   の加わらない状態での速度成分および上記速度検出信号
   により前記電動機に加わる負荷外乱を推定し、この推定
   負荷外乱に基づいて前記電動機の等価駆動電流値を演算
   し、演算された等価駆動電流値を前記マイナーループの
   電流制御回路に与えることを特徴とする電動機の速度制
   御方法。