CN108012576A - 电动机的速度控制装置 - Google Patents
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Abstract
提供能够抑制对于电动机的补偿转矩的变动的电动机的速度控制装置。电动机的速度控制装置具备:速度控制器,基于电动机的旋转速度的指令值和所述电动机的旋转速度的响应值,输出电动机的转矩基准值;以及干扰观测器,基于作用于所述电动机的负载转矩的推定值,以与所述速度控制器输出电动机的转矩基准值的周期相比更长的周期,对所述速度控制器的电动机的转矩基准值进行前馈补偿。
Description
技术领域
本发明涉及电动机的速度控制装置。
背景技术
专利文献1公开电动机的速度控制装置。该速度控制装置使用干扰观测器计算作用于电动机的扭矩的推定值。该速度控制装置使用基于扭矩的推定值的补偿转矩,对电动机的转矩基准进行前馈补偿。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开昭60-177906号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是,在专利文献1所记载的速度控制装置中,干扰观测器进行不完全微分。因此,由于电动机的旋转速度的响应值中包含的噪声的影响,对于电动机的补偿转矩的变动剧烈。
本发明是为了解决上述的课题而完成的。本发明的目的在于,提供能够抑制对于电动机的补偿转矩的变动的电动机的速度控制装置。
用于解决课题的手段
本发明所涉及的电动机的速度控制装置具备:速度控制器,基于电动机的旋转速度的指令值和所述电动机的旋转速度的响应值,输出电动机的转矩基准值;以及干扰观测器,基于作用于所述电动机的负载转矩的推定值,以与所述速度控制器输出电动机的转矩基准值的周期相比更长的周期,对所述速度控制器的电动机的转矩基准值进行前馈补偿。
本发明所涉及的电动机的速度控制装置具备:速度控制器,基于电动机的旋转速度的指令值和所述电动机的旋转速度的响应值,输出电动机的转矩基准值;以及干扰观测器,基于针对所述电动机的转矩基准值和所述电动机的旋转速度的响应值的多个采样值的平均值,以与所述速度控制器输出电动机的转矩基准值的周期相同的周期,对所述速度控制器的电动机的转矩基准值进行前馈补偿。
本发明所涉及的电动机的速度控制装置具备:速度控制器,基于电动机的旋转速度的指令值和所述电动机的旋转速度的响应值,输出电动机的转矩基准值;以及干扰观测器,基于从通过最小二乘法近似了针对所述电动机的转矩基准值和所述电动机的旋转速度的响应值的多个采样值而成的曲线或直线得到的值,以与所述速度控制器输出电动机的转矩基准值的周期相同的周期,对所述速度控制器的电动机的转矩基准值进行前馈补偿。
发明效果
根据这些发明,电动机的旋转速度的响应值中包含的噪声的影响被抑制。因此,能够抑制对于电动机的补偿转矩的变动。
附图说明
图1是应用了本发明的实施方式一中的电动机的速度控制装置的轧制机的结构图。
图2是用于说明应用了本发明的实施方式一中的电动机的速度控制装置的电动机的轴旋转振动的立体图。
图3是以拉普拉斯算子来表现应用了本发明的实施方式一中的电动机的速度控制装置的电动机的轴旋转振动的图。
图4是用于说明本发明的实施方式一中的电动机的速度控制装置所进行的速度控制的框图。
图5是用于说明本发明的实施方式一中的电动机的速度控制装置所进行的速度控制的模拟结果的图。
图6是用于说明本发明的实施方式一中的电动机的速度控制装置所进行的速度控制的模拟结果的图。
图7是本发明的实施方式一中的电动机的速度控制装置的硬件结构图。
图8是用于说明本发明的实施方式二中的电动机的速度控制装置所进行的速度控制的模拟结果的图。
图9是用于说明本发明的实施方式三中的电动机的速度控制装置所进行的速度控制的主要部分的框图。
图10是用于说明本发明的实施方式三中的电动机的速度控制装置所进行的速度控制的模拟结果的图。
具体实施方式
按照附图说明用于实施本发明的方式。另外,在各图中,对相同或相当的部分赋予同一标号。适当地简化或省略该部分的重复说明。
实施方式一
图1是应用了本发明的实施方式一中的电动机的速度控制装置的轧制机的结构图。
如图1所示,轧制机具备上侧工作辊1a和下侧工作辊1b。上侧工作辊1a和下侧工作辊1b在铅直方向上排列。上侧工作辊1a和下侧工作辊1b夹入未图示的金属材料(轧材)。上侧支承辊2a被设置在上侧工作辊1a的上方。下侧支承辊2b被设置在下侧工作辊1b的下方。
电动机3被设置在上侧工作辊1a和下侧工作辊1b的一侧。转矩传递机械4的输入侧与电动机3的旋转轴连接。转矩传递机械4的输出侧与上侧工作辊1a和下侧工作辊1b连接。例如,转矩传递机械4具备联轴器5、小齿轮6、上侧轴7和下侧轴8。
驱动装置9的输出侧与电动机3的输入侧连接。速度传感器10被设置于驱动装置9。速度控制装置11的输入侧的一方与未图示的外部的装置的输出侧连接。速度控制装置11的输入侧的另一方与速度传感器10的输出侧连接。速度控制装置11的输出侧与驱动装置9的输入侧连接。
速度传感器10检测电动机3的旋转速度。速度传感器10基于检测结果,输出响应值ωm res(rad/s)。
速度控制装置11从外部的装置受理电动机3的旋转速度的指令值ωm cmd(rad/s)的输入。速度控制装置11从速度传感器10受理电动机3的旋转速度的响应值ωm res的输入。
速度控制装置11基于指令值ωm cmd和响应值ωm res,输出电动机3的转矩基准值TR(N·m)。驱动装置9基于转矩基准TR而驱动电动机3。其结果,电动机3将转矩Tm(N·m)赋予转矩传递机械4。上侧工作辊1a和下侧工作辊1b基于转矩Tm以大致相同的速度旋转。其结果,金属材料被轧制成期望的厚度。此时,由于来自轧制机的反作用,负载转矩TF(N·m)作用于电动机3。
接着,使用图2和图3,说明电动机的轴旋转振动。
图2是用于说明应用了本发明的实施方式一中的电动机的速度控制装置的电动机的轴旋转振动的立体图。图3是以拉普拉斯算子来表现应用了电动机的速度控制装置的电动机的轴旋转振动的图。
图2和图3表示设为将电动机3和轧制机通过扭簧连结的二质点系统的模型。在图2中,ωroll res(rad/s)为上侧工作辊1a的旋转速度的响应值。在图3中,Troll(N·m)为来自轧材的负载转矩。JMill(kg·m2)为轧制机的惯性。J1(kg·m)为惯性。s为拉普拉斯算子。
在转矩传递机械4(在图2和图3中未图示)中,各结构通过具有扭转弹性的轴而结合。其结果,转矩传递机械4成为多惯性共振系统。因此,不能使电动机3的旋转速度和上侧工作辊1a的旋转速度始终一致。虽未图示,但也不能使电动机33的旋转速度和下侧工作辊1b的旋转速度始终一致。
上侧工作辊1a及下侧工作辊1b通过电动机3的转矩Tm进行旋转。此时,反作用的扭矩作为干扰而作用于电动机3。进而,若加速电动机3的旋转速度,则与该旋转速度对应的频率接近于从电动机3至上侧工作辊1a及下侧工作辊1b的机械系统的共振频率。在该情况下,可能产生轴旋转振动。
接着,使用图4,说明速度控制装置11的速度控制。
图4是用于说明本发明的实施方式一中的电动机的速度控制装置所进行的速度控制的框图。在图4中,gdis(rad/s)为低通滤波器的截止频率。Jm(kg·m2)为电动机3的惯性。J’m(kg·m2)为名义(标称)惯性。
如图4所示,速度控制装置11具备速度控制器12和干扰观测器13。
速度控制器12为PI控制器。例如,速度控制器12的采样周期T为1ms。速度控制器12基于电动机3的旋转速度的指令值ωm cmd与电动机3的旋转速度的响应值ωm res之间的偏差,输出电动机3的转矩基准值TR。
干扰观测器13不具有微分算子。因此,干扰观测器13抑制电动机3的旋转速度的响应值ωm res中包含的噪声的放大。进而,干扰观测器13具备抽取(decimation)的功能。具体而言,干扰观测器13具备低通滤波器的滤波的功能和下采样14的功能。因此,干扰观测器13的采样周期T’与速度控制器12的采样周期T相比变得更长。例如,干扰观测器13的采样周期T’成为10ms。
干扰观测器13在每个采样周期T’计算作用于电动机3的负载转矩的推定值。干扰观测器13基于作用于电动机3的负载转矩的推定值而计算补偿转矩T’F(N·m)。干扰观测器13通过补偿转矩T’F,对速度控制器12的电动机3的转矩基准值TR进行前馈补偿。
接着,使用图5和图6,说明速度控制装置11所进行的速度控制的模拟结果。
图5和图6是用于说明本发明的实施方式一中的电动机的速度控制装置所进行的速度控制的模拟结果的图。
图5的左侧是表示在时刻0.1(s)作为电动机3的旋转速度的指令值ωm cmd而步进输入了200rpm时的电动机3的旋转速度的响应值ωm res和上侧工作辊1a的响应值ωroll res的图。此时的速度控制器12的采样周期T为1ms。响应值ωm res包含模拟噪声的1000rad/s的正弦波。
图5的右侧是在图5的左侧的图中步进输入了电动机3的旋转速度的指令值ωm cmd时的补偿转矩T’F。此时的干扰观测器13的采样周期T’为5ms。
图6的左侧是表示在时刻0.1(s)作为电动机3的旋转速度的指令值ωm cmd而步进输入了200rpm时的电动机3的旋转速度的响应值ωm res和上侧工作辊1a的响应值ωroll res的图。此时的速度控制器12的采样周期T为1ms。响应值ωm res包含模拟噪声的1000rad/s的正弦波。
图6的右侧是在图6的左侧的图中步进输入了电动机3的旋转速度的指令值ωm cmd时的补偿转矩T’F。此时的干扰观测器13的采样周期T’为10ms。
如图5的右侧所示,干扰观测器13的采样周期T’长,所以补偿转矩T’F的变动被抑制。此外,如图6的右侧所示,随着干扰观测器13的采样周期T’变长而补偿转矩T’F的变动进一步被抑制。
根据以上说明的实施方式一,以与速度控制器12输出电动机3的转矩基准值TR的周期相比更长的周期,对速度控制器12的电动机3的转矩基准值TR进行前馈补偿。因此,电动机3的旋转速度的响应值ωm res中包含的噪声的影响被抑制。其结果,能够抑制对于电动机3的补偿转矩T’F的变动。
接着,使用图7,说明速度控制装置11的例子。
图7是本发明的实施方式一中的电动机的速度控制装置的硬件结构图。
速度控制装置11的各功能能够通过处理电路来实现。例如,处理电路具备至少一个处理器15a和至少一个存储器15b。例如,处理电路具备至少一个专用的硬件16。
在处理电路具备至少一个处理器15a和至少一个存储器15b的情况下,速度控制装置11的各功能通过软件、固件、或软件和固件的组合来实现。软件及固件的至少一方作为程序来记述。软件及固件的至少一方被储存至至少一个存储器15b。至少一个处理器15a通过读出并执行在至少一个存储器15b中存储的程序,从而实现速度控制装置11的各功能。至少一个处理器15a也可以称为CPU(中央处理单元(Central Processing Unit))、中央处理装置、处理装置、运算装置、微处理器、微型计算机、DSP。例如,至少一个存储器15b为RAM、ROM、闪存、EPROM、EEPROM等非易失性或易失性的半导体存储器、磁盘、软盘、光盘、CN、迷你盘、DVD等。
在处理电路具备至少一个专用的硬件16的情况下,处理电路例如是单一电路、复合电路、被编程的处理器、被并行编程的处理器、ASIC、FPGA、或组合了它们而成。例如,速度控制装置11的各功能分别通过处理电路来实现。例如,速度控制装置11的各功能汇总而通过处理电路来实现。
关于速度控制装置11的各功能,也可以将一部分通过专用的硬件16来实现,将其他部分通过软件或固件来实现。例如,也可以是关于速度控制器12的功能,通过作为专用的硬件16的处理电路来实现,关于干扰观测器13的功能,通过至少一个处理器15a读出并执行在至少一个存储器15b中储存的程序来实现。
这样,处理电路通过硬件16、软件、固件、或它们的组合,实现速度控制装置11的各功能。
实施方式二
图8是用于说明本发明的实施方式二中的电动机的速度控制装置所进行的速度控制的模拟结果的图。另外,对与实施方式一相同或相当的部分赋予同一标号。省略该部分的说明。
在实施方式一中,干扰观测器13的采样周期T’被设定为比速度控制器12的采样周期T更长。相对于此,在实施方式二中,干扰观测器13的采样周期T’被设定为与速度控制器12的采样周期T相同。
在实施方式二中,干扰观测器13使用包含当前(t=k)在内的过去多次(N次)的采样值的平均值作为输入值。例如,干扰观测器13使用下面的(1)的响应值ωm res作为输入值。
[数1]
干扰观测器13按每N次采样输出补偿转矩T’F。
图8是与实施方式一同样的条件下的模拟的结果。此时,N被设定为5。其结果,补偿转矩T’F按每5ms被输出。与实施方式一相比,补偿转矩T’F的变动的振幅被抑制。
根据以上说明的实施方式二,基于针对电动机3的转矩基准值TR和电动机3的旋转速度的响应值ωm res的多个采样值的平均值,对速度控制器12的电动机3的转矩基准值TR进行前馈补偿。因此,电动机3的旋转速度的响应值ωm res中包含的噪声的影响更可靠地被抑制。其结果,能够更可靠地抑制对于电动机3的补偿转矩T’F的变动。
实施方式三
图9是用于说明本发明的实施方式三中的电动机的速度控制装置所进行的速度控制的主要部分的框图。另外,对与实施方式一相同或相当的部分赋予同一标号。省略该部分的说明。
在实施方式一中,干扰观测器13的采样周期T’被设定为比速度控制器12的采样周期T更长。相对于此,在实施方式三中,干扰观测器13的采样周期T’被设定为与速度控制器12的采样周期T相同。
在实施方式三中,干扰观测器13使用包含当前(t=k)在内的过去多次(N次)的采样值的平均值作为输入值。例如,干扰观测器13使用下面的(2)的响应值ωm res作为输入值。
[数2]
干扰观测器13按每个采样周期T’输出补偿转矩T’F。
接着,使用图10,说明速度控制装置11所进行的速度控制的模拟结果。
图10是用于说明本发明的实施方式三中的电动机的速度控制装置所进行的速度控制的模拟结果的图。
图10是与实施方式一同样的条件下的模拟的结果。此时,N被设定为5。在该情况下,补偿转矩T’F也按每1ms被输出。与实施方式一相比,补偿转矩T’F的变动的振幅被抑制。
根据以上说明的实施方式三,基于针对电动机3的转矩基准值TR和电动机3的旋转速度的响应值ωm res的多个采样值的平均值,以与速度控制器12输出电动机3的转矩基准值TR的周期相同的周期,对速度控制器12的电动机3的转矩基准值TR进行前馈补偿。因此,电动机3的旋转速度的响应值ωm res中包含的噪声的影响被抑制。其结果,能够抑制对于电动机3的补偿转矩T’F的变动。
另外,也可以将干扰观测器13的采样周期T’设定为与速度控制器12的采样周期T相同,基于从通过最小二乘法近似了多个采样值而成的曲线或直线得到的值,计算补偿转矩T’F。例如,也可以如下面的(3)式所示,根据几次(N次)的采样值而求得使最小平方误差的合计值成为最小的曲线或直线,从该曲线或直线得到响应值ωm res的输入值。
[数3]
在该情况下,电动机3的旋转速度的响应值ωm res中包含的噪声的影响也被抑制。其结果,能够抑制对于电动机3的补偿转矩T’F的变动。
此外,也可以将干扰观测器13的采样周期T’的初始值设定为与速度控制器12的采样周期T相同,在运转开始后根据包含补偿转矩T’F在内的转矩的变动而实时使干扰观测器13的采样周期T’变化。例如,也可以根据转矩的变动而使干扰观测器13的采样周期T’变化为速度控制器12的采样周期T的整数倍(2倍、3倍、……N倍)。
在该情况下,电动机3的旋转速度的响应值ωm res中包含的噪声的影响也被抑制。其结果,能够抑制对于电动机3的补偿转矩T’F的变动。
工业实用性
以上那样,本发明所涉及的电动机的速度控制装置能够利用于抑制对于电动机的补偿转矩的变动的系统。
标号说明:
1a上侧工作辊,1b下侧工作辊,2a上侧支承辊,2b下侧支承辊,3电动机,4转矩传递机械,5联轴器,6小齿轮,7上侧轴,8下侧轴,9驱动装置,10速度传感器,11速度控制装置,12速度控制器,13干扰观测器,14下采样,15a处理器,15b存储器,16硬件。
Claims (5)
1.一种电动机的速度控制装置,具备:
速度控制器,基于电动机的旋转速度的指令值和所述电动机的旋转速度的响应值,输出电动机的转矩基准值;以及
干扰观测器,基于作用于所述电动机的负载转矩的推定值,以与所述速度控制器输出电动机的转矩基准值的周期相比更长的周期,对所述速度控制器的电动机的转矩基准值进行前馈补偿。
2.如权利要求1所述的电动机的速度控制装置,
所述干扰观测器基于针对所述电动机的转矩基准值和所述电动机的旋转速度的响应值的多个采样值的平均值,对所述速度控制器的电动机的转矩基准值进行前馈补偿。
3.一种电动机的速度控制装置,具备:
速度控制器,基于电动机的旋转速度的指令值和所述电动机的旋转速度的响应值,输出电动机的转矩基准值;以及
干扰观测器,基于针对所述电动机的转矩基准值和所述电动机的旋转速度的响应值的多个采样值的平均值,以与所述速度控制器输出电动机的转矩基准值的周期相同的周期,对所述速度控制器的电动机的转矩基准值进行前馈补偿。
4.一种电动机的速度控制装置,具备:
速度控制器,基于电动机的旋转速度的指令值和所述电动机的旋转速度的响应值,输出电动机的转矩基准值;以及
干扰观测器,基于从下述曲线或直线得到的值,以与所述速度控制器输出电动机的转矩基准值的周期相同的周期,对所述速度控制器的电动机的转矩基准值进行前馈补偿,该曲线或直线是通过最小二乘法近似了针对所述电动机的转矩基准值和所述电动机的旋转速度的响应值的多个采样值而成的曲线或直线。
5.如权利要求1至权利要求4的任一项所述的电动机的速度控制装置,
所述干扰观测器与所述电动机的转矩的变动相应地,使对所述速度控制器的电动机的转矩基准值进行的前馈补偿的周期变化。
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