JPS626437B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は鉄鋼プロセスライン等に適用される直
流電動機の速度制御装置に係り、特に強め界磁時
−弱め界磁時等を問わず運転全域に渡つて制御系
のループゲインを一定に保持することによつて、
加−減速時の制御性能がよく、しかも安定性が非
常に高い制御装置を提供しようとするものであ
る。一般に電縫管設備、連続メツキ設備等の鉄鋼
プロセスラインでは、共用電源方式が採用され、
各スタンドのロール駆動用電動機としての直流電
動機群個々は、個別の界磁制御によつて所定の速
度制御が行なをれているが、かかるプロセスライ
ンの具体的な構成を示したのが第１図で、同図で
１_０〜１ｎは各スタンドのロールを駆動する直流
電動機の電機子を示し、２_０〜２ｎはその界磁巻
線である。３_０〜３ｎは各電動機の実速度を取り
出す速度検出用小発電機で、４は基準電動機１_０
の界磁用電源でサイリスタを純ブリツジ接続して
構成したサイリスタ整流器が適用される。５は共
用電源としてのサイリスタ整流器で所定の力行運
転、回生運転等を行なうべく２組のサイリスタ整
流器を逆並列接続したものが適用される。６は電
源側の交流入力電流を取出す為の電流検出用変流
器で、７は速度指令信号と実速度検出信号とを比
較する第１の比較回路で、８は速度制御用増幅器
でこれら比較回路７→増幅器８とでメジヤールー
プの速度制御系が構成される。９は電流設定信号
と電流検出信号とを比較する第２の比較回路で、
１０は電流制御用増幅器で、１１はパルス発生回
路で、これら比較回路９−増幅器１０−パルス発
生回路１１とでマイナーループの電流制御系が構
成される。かかる構成を以つて各電動機群の共用
母線の電源電圧を指令値通りに保持すべく所定の
制御が行なわれるものであるが、次にロール駆動
用電動機の制御系を１_１の電動機を例にとつて述
べるに、１２_１〜１２ｎは各電動機の電機子電流
を取出す為のシヤント抵抗で、１３は速度設定指
令信号と実速度検出信号とを比較する第３の比較
回路で、１４は速度制御用増幅器でこれら比較回
路１３−増幅器１４とでメジヤーループの速度制
御系が構成される。１５は電流設定指令信号と電
機子電流検出信号とを比較する第４の比較回路
で、１６は電機子電流制御用増幅器で、これら比
較回路１５−増幅器１６とでマイナーループの電
機子電流制御系が構成される。１７は界磁電流設
定指令信号と界磁電流検出信号とを比較する第５
の比較回路で、１８は界磁電流制御用増幅器で、
１９はパルス発生回路でこれら比較回路１７−増
幅器１８−パルス発生回路１９でマイナーループ
の界磁電流制御系が構成される。２０は界磁の可
変電源となるサイリスタ整流器で、２１は界磁電
流を取出す為の電流検出用変流器である。なおか
かる界磁電流制御系は他の電動機群、例えば図で
は１ｎの電動機でも全く同一の回路構成である。

以上のように構成される従来装置の動作は、例
えば第２図に示す界磁電流If−速度Ｎ特性図で、
よく知られているように基底回転数NBまでは、
界磁を強めにして２０のサイリスタ整流器で最強
め界磁電流IRを界磁巻線２_１に流し得るように
し、一方共用母線の母線電圧、即ち電動機群の電
機子電圧は５のサイリスタ整流器で指令値通りに
コントロールされ略々定格電圧値まで持ち上げて
行く所定の電機子電圧制御が行なわれる。かかる
状態で電動機速度を定格回転数NRまで加速制御
する場合は、第２図の特性図の如く、界磁制御系
のメジヤーループの速度制御系およびマイナール
ープの各電流制御系を介して界磁電流Ifを最強め
界磁電流IRより最弱め界磁電流IBまで除々に絞
つて行く所定の界磁制御が行なわれ、定格回転数
まで加速される。なおかかる界磁制御域では、電
動機群の電機子電圧は共用電源のサイリスタ整流
器５で所定値の定格電圧に自動的にコントロール
されることは申す迄もない。このように定常時
は、各電動機の界磁制御系を介して電動機個々に
所定の界磁制御が行なわれスピードコントロール
或はトルクコントロールが行なわれるものである
が、かかる運転方法で問題となるのは、第２図の
特性図で基底回転数NBまでの電機子電圧制御域
では、例えば界磁電流Ifの値を変化しても回転数
の変化幅ΔＮはさ程大きくはならないが、基底回
転数NBより定格回転数NRまでの界磁制御域では
図より明らかなように、例えば界磁電流Ifの値を
少なめに変化しただけでも回転数の変化幅は非常
に大きな値となつて表われ、特に界磁電流Ifの値
が最強め界磁電流IRの付近より最弱め界磁電流
IBの近傍付近で、回転数の変化幅ΔＮが大きく
なつていることが理解できると同時に、さらに界
磁電流の値によつて回転数の変化幅が異なつてい
ることも理解できる。かかる事象は何を意味する
のかと云えば、強め界磁制御域と弱め界磁制御域
では制御系のループゲインが大幅に異なることを
意味し、特に強め界磁制御域ではループゲインが
最も小さく、弱め界磁制御域ではループゲインが
大きく最弱め界磁電流IB付近でループゲインが
最も大きいことを意味している。このように弱め
界磁制御域で特にループゲインが大きく変化する
ので、第１図に示す従来装置では、例えばゲイン
の変化が激しい弱め界磁制御域での安定性を高め
るべく、弱め界磁制御域を基準として界磁制御系
のループゲインを決定している。従つて弱め界磁
制御域で特にゲインの変化が小さい範囲では安定
した運転を行なうことができるが、これに対して
ゲインの変化が大きくなる最弱め界磁電流IBの
付近では安定した運転は到底望め得ないものとな
る。さらに強め界磁制御域であるが、制御系のル
ープゲインが弱め界磁制御域より非常に小さいの
で、制御系の応答性が悪く速応性をもつた制御が
行なえないことである。このように個々の電動機
に於て強め界磁制御域と弱め界磁制御域とのルー
プゲインの相違により、制御性および応答性の面
で問題があるばかりでなく、特に重要なことは第
１図に示すような共用電源方式の場合、上記問題
点を相俟つて個々の電動機に於て界磁電流−速度
特性がそれぞれ異なることと、制御系に与える設
定指令量がそれぞれ異にすること等の因子によつ
て、棒鋼等の製品たる材料で機械的に直結される
ロール駆動用の電動機相互間に於て、例えば加−
減速時の回転数、加速度dN／dtに差を生じて引
つ張りトルク、押しつけトルクが働らき、製品に
損傷を与える等の致命的な欠点がある。

本発明はこの点に鑑みて発明されたものであつ
て以下第８図の実施例に基づき詳述するものとす
る。この第８図の実施例は第１図に示す１_１の電
動機を例にとつてその界磁制御系の具体的な回路
構成図を示したもので、同実施例で第１図と同一
のものは同一符号を付しており、２２は所要のバ
イアス量を設定する為のバイアス量設定器で、２
３は設定されたバイアス量と界磁電流検出信号と
を比較する第６の比較回路で、２４は比較回路よ
りの偏差量、即ち補正信号を増幅する為のリミツ
タ付きアンプで、２５はゲイン補正信号の下限値
を設定する為の下限リミツタ設定器で、２５−２
７は補正信号の最大値を導出する為の最大値導出
回路である。これら設定値２２−２５及び比較回
路２３−アンプ２４−最大値導出回路はそれぞれ
本願の要部たるゲイン補正信号を発生する関数発
生回路を構成し、かかるゲイン補正信号とは、第
５図に示すような界磁電流Ifに対する出力信号
Ｙ，Ｖの特性を有し、この補正信号たる出力信号
Ｙとは、例えば第２図に示す界磁電流If−速度Ｎ
特性図で界磁電流Ifの変化率ΔIfに対する電動機
速度Ｎの変化率ΔＮの特性図を先ず求め、この変
化率ΔＮ／ΔIf特性図を示したのが第３図で、こ
の第３図の変化率特性を第４図に示す如く直線で
接線近似して求めるようにしている。なお第４図
の特性図で曲線イは第３図の変化率ΔＮ／ΔIf特
性をそのまま表わしたもので、同様に直線ロはイ
の特性を直線で接線近似したものである。このよ
うにして得られるゲイン補正信号を発生するもの
が上記した構成よりなる関数発生回路で、リミツ
タ付アンプ２４は例えば第５図の特性図で最強め
界磁電流IRの時点より最弱め界磁電流IBの時点
までの特性を有する所要のゲイン補正信号Ｙ，Ｖ
を発生するよう、アンプ特性とバイアス量の設定
値とは予じめ前以つて規定してある。さらに補正
信号の下限リミツタ値を出力する設定器２５は、
第５図に示す強め界磁制御域で所要特性の信号
Ｙ，Ｖが得られるよう下限のリミツタ値とアンプ
出力との対応関係は予じめ前以つて規定してあ
る。再び第８図の実施例に戻つて２８は割算回路
で、この回路は電機子電流制御系より与えられる
界磁電流の指令信号Ｘを補正信号Ｙで除算する回
路で、この演算結果の特性Ｚは第６図の特性図に
示すように第３図の変化率特性とはＹ軸を対象と
して特性となる。２９は演算回路の出力Ｚ＝−
KX／Ｙなる界磁電流の指令信号を一旦増幅する
為の増幅回路である。

以上のように構成される本実施例の動作を述べ
るに、電動機速度が基底回転数NBに達するまで
の強め界磁制御域では、速度設定指令量に比し電
動機の実速度検出信号が小さいのでマイナールー
プの電機子電流制御系に最大値の電動機電流設定
指令量が与えられ、これによつて比較回路１５→
電機子電流制御用増幅器１６の経路を通して２８
の割算回路には最強めのＸなる界磁電流指令信号
が与えられている。これに対して本願の要部たる
関数発生回路では、界磁電流の実検出信号と２２
のバイアス量設定器より与えられるバイアス量の
設定信号とが略バランスがとれており、リミツタ
付アンプ２４→ダイオード２６の経路で与えられ
る信号に比し下限リミツタ設定器２５→ダイオー
ド２７の経路で与えられる信号の方が大きく、こ
れによつて第５図の特性図で最強め界磁電流IR
に相当するゲイン補正信号Y₁が２８の割算回路
に入力されることになる。従つて２８の割算回路
ではそれぞれ入力される信号Ｘ，Ｙを基に−
KX／Ｙ（但しＫは定数）なる所定の演算を行な
つて、この演算結果を２９の増幅回路で一旦増幅
してマイナーループの界磁電流制御系の所要の界
磁電流指令として与える。この界磁電流指令信号
Ｚは第６図の特性図に示す如く最強めの界磁電流
指令量であるので、強め界磁制御域では、この最
強め界磁電流指令通りに界磁電流制御系を介して
界磁電流が制御される。

次に基底回転数NBより定格回転数NRまで加速
する弱め界磁制御域では、関数発生回路に於て設
定バイアス量と界磁電流検出信号とのバランスが
崩れ始め偏差量を生ずる。この偏差量を増幅した
信号と下限のリミツタ指令信号との関係はリミツ
タ指令信号の方が小さく、これによつて２６のダ
イオードより導びかれるゲイン補正信号が２８の
割算回路に入力され、この割算回路で入力される
信号Ｘと電機子電流制御系より導びかれる界磁電
流指令信号Ｙとで所定の除算がなされ、この演算
結果を基に界磁電流が指令値通りにコントロール
される訳であるが、関数発生回路より導びかれる
ゲイン補正信号Ｙは、界磁電流Ifの値に応じてバ
イアス設定量と界磁電流検出信号との偏差量が次
第に大きくなつて行くので、第５図の特性図のよ
うに界磁電流が減少するのと反比例して直線的に
上昇して行く。これに対してメジヤーループの速
度制御系では、速度設定指令量と実速度検出信号
との偏差量が大きく依然として１４の速度制御用
増幅器は飽和状態にあり、マイナーループの電機
子電流制御系では加速トルクを一層増大すべく１
６の電機子電流制御用増幅器も略飽和状態を維持
する。従つて２８の割算回路より出力される信号
Ｚは、関数発生回路より導びかれるＹなる信号が
増加した分だけ第６図の特性図に示す如く界磁電
流の値に応じて次第に低下して行く。かかる割算
回路２８の出力信号Ｚの特性と実際の電動機の微
少変化分の比ΔＮ／ΔIfとの対応関係を示したも
のが第７図に示す特性図で、この特性図でイは割
算回路の出力信号特性を同様にロは微少変化分の
比ΔＮ／ΔIfの特性をそれぞれ示し、この第７図
の特性図より明らかなように、特に弱め界磁制御
域に於て、実際の電動機特性は界磁電流の微少変
化分ΔIfに対して電動機速度の微少変化分ΔＮの
方が大きく、しかも界磁電流Ifが小さくなればな
る程相対的にその比率も次第に大きくなつて行く
が、これに対して２８の割算回路より出力される
界磁電流の指令信号Ｚの特性は、上記した電動機
特性イとは全く正反対に界磁電流が減少した分だ
け電動機速度が上昇するのを抑え込もうとする動
きを行なうので、等価的に制御系のループゲイン
は、界磁電流が変化した割合だけ電動機速度も変
化すると云うように常に一定となつて、特にこの
ループゲインが一定となることは弱め界磁制御時
にその効果面として顕著に表われる。なお本実施
例はゲイン補正信号として電動機の速度−界磁電
流特性を２点でプロツトし直線近似した方法を用
いたが、多数点をプロツトして接線近似を行なう
ことも可能で、この場合、補正信号が電動機特性
に一層近似するので非常に制御性のよい装置を実
現できることとなる。さらにゲイン補正信号とし
てΔＮ／ΔIfを直線近似した場合を述べたが、速
度と界磁電流を微分回路を通して変化率を求めて
これを直接利用してもよい。さらに界磁電流の微
少変化分をとり出してこれをゲイン補正信号とし
て直接利用してもよい。

以上のように本発明に於ては、制御系のループ
ゲインを補正する補正信号を基に強め界磁制御
域、弱め界磁制御域に於てそれぞれ所定の界磁制
御を行なうものであるから、以下に示すように
種々の効果を奏すものである。

所定の界磁制御時に制御系のループゲインを
一定に保持するものであるから、運転全域に渡
つて非常に安定した所定のスピードコントロー
ル或はトルクコントロールを行なうことができ
る。

上記項の利点を踏まえて、特に加−減速時
の制御性能を高めることができ、揃速制御等を
行なう場合に材料で機械的に直結されるロール
相互間に引張りトルク、押しつけトルク等が何
ら生じないので、非常に生産性を高めることが
できる。

ループゲインを一定とするゲイン補正信号と
して、電動機の速度−界磁電流特性を発生する
ような回路を用いればよいので、回路構成を簡
素化でき経済的な装置を実現することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は共用電源方式で速度制御−トルク制御
等を行なう場合の電動機制御系を示す具体的な回
路構成図、第２図はその場合の速度−界磁電流特
性を示す特性図、第３図はその特性の速度、界磁
電流を微少変化した場合の本願に係るΔＮ／ΔIf
特性図、第４図はその特性を直線近似した場合の
本願に係るゲイン補正信号の特性図、第５図は本
願に係るゲイン補正系より出力される補正信号の
特性を示す特性図、第６図は本願に係る割算回路
より出力される界磁電流指令信号の特性を示す特
性図、第７図は速度−界磁電流の微少変化率Δ
Ｎ／ΔIf特性と界磁電流指令信号特性との対応関
係を示す特性図、第８図は本発明による一実施例
を示す具体的な回路構成図。 １３−１５−１７−２３は比較回路、１４は速
度制御用増幅器、１６は電機子電流制御用増幅
器、１８は界磁電流制御用増幅器、１９はパルス
発生回路、２０は界磁用サイリスタ整流器、２２
はバイアス設定器、２４はリミツタ付アンプ、２
５は下限値設定器、２８は割算回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 速度制御系をメジヤーループとし、その内側
   に電機子電流制御系の第１のマイナーループを設
   け、さらにその内側に界磁電流制御系の第２のマ
   イナーループを設けた界磁制御系で、基底回転数
   までは電機子電圧制御を界磁側は最強めの界磁一
   定制御を行ない、基底回転数より定格回転数まで
   加速する場合は、電機子電圧一定で且つ界磁側は
   弱め界磁制御を行なうようにしたものに於て、電
   動機の速度Ｎ−界磁電流If特性を微少変化率で表
   わした変化率特性ΔＮ／ΔIfをゲイン補正信号と
   して出力する補正系を設けて、この補正系より出
   力される補正信号Ｙを、上記電機子電流制御系よ
   り導びかれる電機子電流偏差量を増幅した信号Ｘ
   で除算する除算回路を電機子電流制御系に挿入
   し、除算回路の出力を上記界磁制御系に界磁電流
   指令信号として与えた事を特徴とする直流電動機
   の速度制御装置。