DE112006003736B4

DE112006003736B4 - Motorsteuereinheit und Motorsteuerverfahren

Info

Publication number: DE112006003736B4
Application number: DE112006003736.6T
Authority: DE
Inventors: Hidetoshi Ikeda; Satoshi Mizogami; Hiroki Ishii; Tomoaki Sekiguchi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp; Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp; Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2006-02-08
Filing date: 2006-02-08
Publication date: 2020-07-23
Anticipated expiration: 2026-02-09
Also published as: KR20080083707A; DE112006003736T5; TW200731654A; US7733047B2; WO2007091319A1; TWI307209B; KR100976670B1; JP4801679B2; JPWO2007091319A1; US20090175601A1; CN101366166A; CN101366166B

Abstract

Motorsteuereinheit (110, 210, 310), die auf der Basis einer Motordrehzahl (ωm) einen Motordrehmomentbefehl (τmr) berechnet und bewirkt, dass ein Motor (1) ein dem Motordrehmomentbefehl (τmr) entsprechendes Drehmoment erzeugt, um eine mit dem Motor (1) gekoppelte Maschinenlast (3) anzutreiben, wobei die Motorsteuereinheit (110) Folgendes aufweist:einen Drehzahlkompensator (103; 203; 303), der ein Drehzahlkompensationsdrehmoment (τsc) auf der Basis von mindestens der Motordrehzahl (ωm) berechnet, der eine Drehzahlabweichung (ωe) berechnet, die eine Abweichung zwischen einem Referenzdrehzahlsignal (ωref) und der Motordrehzahl (ωm) ist, und ein Hochpassfilter (104) sowie einen Drehzahlverstärkungskompensator (105) umfasst, wobei das Hochpassfilter (104) die Drehzahlabweichung (ωe) empfängt und der Drehzahlverstärkungskompensator (105) das Ausgangssignal des Hochpassfilters (104) empfängt und das Drehzahlkompensationsdrehmoment (τsc) ausgibt; undeinen Drehmomentaddierer (106; 206; 306), der den Motordrehmomentbefehl durch Hinzuaddieren mindestens eines von außen eingegebenen Feedforward-Drehmomentsignals (τff) und des Drehzahlkompensationsdrehmoments (τsc) erzeugt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Technologie zum Steuern eines Motors, der als Antriebsvorrichtung für verschiedene Industrieanlagen verwendet wird. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Motorsteuereinheit und ein Motorsteuerverfahren zur Verwendung beim Transport von Transportmaterialien, d. h. zu transportierenden Materialien wie etwa Stahlplatten, Papierbögen oder Folien.
STAND DER TECHNIK
Eine Vielzahl von aufeinanderfolgend angeordneten Transportrollen werden typischerweise dazu verwendet, bandförmige Transportmaterialien wie etwa Stahlplatten, Papierbögen oder Folien zu transportieren, und jede der Transportrollen wird von einem zweckgebundenen Motor angetrieben. Eine Motorsteuereinheit dient dazu, solche Motoren zu steuern. Eine typische herkömmliche Motorsteuereinheit weist eine Drehzahlsteuereinheit auf, welche die Eingabe einer Abweichung zwischen einem Drehzahlbefehl und einer Motordrehzahl empfängt, auf der Basis der Berechnung einer Proportional-Regelung (P-Regelung) oder einer Proportional-Integral-Regelung (PI-Regelung) auf der Grundlage der empfangenen Abweichung ein Drehzahlkompensationsdrehmoment berechnet, das bewirkt, dass der Drehzahlbefehl mit einer Ist-Drehzahl übereinstimmt, und das Drehzahlkompensationsdrehmoment zu einem Motordrehmomentbefehl addiert. Eine derartige Motorsteuerung ist beispielsweise in der US 6 992 454 B2 beschrieben.
Bei der obigen Motorsteuereinheit wird das zu transportierende Material festgehalten und mit den Transportrollen transportiert. Wenn bei diesem Vorgang zwischen dem Drehzahlbefehl und der Drehzahl eines Motors, der in Verbindung mit dem Transportmaterial arbeitet, ständig auch nur eine geringfügige Differenz auftritt, führt die Drehzahlsteuereinheit die Steuerung so aus, dass nicht ständig ein großes Drehmoment erzeugt wird. Um dies zu realisieren, wird eine Proportionalabweichungssteuerung verwendet. Bei der Proportionalabweichungssteuerung wird beispielsweise ein Drehzahlbefehl von einem Wert einer Drehzahlproportionalabweichung subtrahiert, der durch proportionale Multiplikation des Drehzahlkompensationsdrehmoments erhalten wird. Um dem Drehzahlbefehl während einer Beschleunigung und Verzögerung eines Transportmaterials genau zu folgen, wird außerdem eine Steuerung ausgeführt, bei der auf der Basis eines Drehzahlbefehls ein Beschleunigungs- und Verzögerungskompensationsdrehmoment, die zum Beschleunigen und Verlangsamen eines Motors erforderlich sind, berechnet, und das Beschleunigungs- und Verzögerungskompensationsdrehmoment wird zu einem Motordrehmomentbefehl addiert (siehe beispielsweise Patentliteratur 1).
Eine andere Steuerung wird ebenfalls ausgeführt, bei der eine Feedforward-Kompensation zu einem Drehmomentbefehl addiert wird. Diese Feedforward-Kompensation kann ein Drehmoment sein, das zum Aufbringen von mechanischer Spannung auf ein Transportmaterial erforderlich ist, oder ein Drehmoment zum Kompensieren von Maschinenverlusten aufgrund von Reibung oder dergleichen sein (siehe beispielsweise Nicht-Patentdokument 1).

[Patentdokument 1] JP-Offenlegungsschrift Nr. JP H04- 121 086 A (1)
[Nicht-Patentliteratur 1] CHINO, T. (et al.): Technology for strip tension control in continuous annealing line. In: Proceedings of the Japan Industry Applications Society Conference 1991, Seiten 800-801

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
VON DER ERFINDUNG ZU LÖSENDES PROBLEM
Der Ist-Durchmesser einer Transportrolle könnte von einem Sollwert abweichen, oder ein Transportmaterial kann sich um die Transportrollen herum ausdehnen oder zusammenziehen. Daher ist es bei der herkömmlichen Motorsteuereinheit zum Aufrecherhalten einer konstanten Spannung auf das Transportmaterial erforderlich, eine geringfügige Differenz zwischen dem Drehzahlbefehl und der Drehzahl eines Motors, der in Verbindung mit dem Transportmaterial arbeitet, zu erzeugen. Da die Drehzahlsteuereinheit so arbeitet, dass die Differenz zwischen dem Drehzahlbefehl und der konstanten Motordrehzahl klein gehalten wird, erzeugt die Drehzahlsteuereinheit infolgedessen auch dann, wenn die Proportionalabweichungssteuerung ausgeführt wird, ständig ein großes Drehmoment. Eine solche Steuerung schafft daher das Problem, dass eine mechanische Spannung oder ein Druck, die/der auf das Transportmaterial aufgebracht wird, von einem von außen empfangenen Drehmomentbefehl stark abweicht.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts des Problems gemacht, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Motorsteuereinheit und ein Motorsteuerverfahren anzugeben, die es ermöglichen, dass ein Motor ein Drehmoment erzeugt, das gleich einem Vorgabewert ist, auch wenn eine Motordrehzahl und ein Drehzahlbefehl ständig verschieden sind, und die ferner eine präzise und stabile Steuerung einer Transportgeschwindigkeit ermöglichen, die dem Drehzahlbefehl entspricht, wobei mechanische Spannung oder Druck, die/der von außen vorgegeben ist, auf ein Transportmaterial aufgebracht wird.
MITTEL ZUM LÖSEN DES PROBLEMS
Zur Lösung der obenstehenden Aufgabe werden eine Motorsteuereinheit mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie ein Motorsteuerverfahren mit den Merkmalen von Anspruch 5 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
In der vorliegenden Beschreibung bedeutet Beharrungszustand-Verstärkung eine Verstärkung bei der Frequenz 0 im Frequenzverhalten. Außerdem bezieht sich der „sehr kleine Wert“ in dem oben erwähnten „sehr kleinen Wert einschließlich 0“ beispielsweise auf einen Wert gleich wie oder kleiner als ungefähr ein Fünftel der maximalen Verstärkung im Frequenzverhalten.
WIRKUNG DER ERFINDUNG
Nach der ersten und fünften Erfindung kann ein Motor mit stabiler Drehzahl arbeiten, was eine Reduzierung der Differenz zwischen einem von dem Motor ständig erzeugten Drehmoment und einem von außen vorgegebenen Feedforward-Drehmomentsignal ermöglicht. Ein mit dem Motor transportiertes Transportmaterial kann also stabil transportiert werden, so dass die Differenz zwischen einer mechanischen Spannung und einem Druck, die bzw. der auf das Transportmaterial aufgebracht wird, und einem Vorgabewert klein gemacht werden kann.
Nach der zweiten bis sechsten Erfindung kann der Motor mit stabiler Drehzahl arbeiten, so dass die Differenz zwischen einem von dem Motor konstant erzeugten Drehmoment und einem von außen vorgegebenen Feedforward-Drehmomentsignal ein sehr kleiner Wert einschließlich 0 sein kann. Ein mit dem Motor transportiertes Transportmaterial kann also stabil transportiert werden, so dass die Differenz zwischen einer mechanischen Spannung oder einem Druck, die/der auf das Transportmaterial aufgebracht werden, und einem Vorgabewert ein sehr kleiner Wert einschließlich 0 sein kann.
Nach der dritten und siebten Erfindung kann der Motor mit stabiler Drehzahl mit folgenden ausgezeichneten Eigenschaften arbeiten: Er folgt Änderungen im Motorbetriebsbefehl, so dass die Differenz zwischen einem von dem Motor konstant erzeugten Drehmoment und einem von außen vorgegebenen Feedforward-Drehmomentsignal reduziert werden kann. Ein Transportmaterial kann also durch Folgen des Betriebsbefehls transportiert werden, so dass die Differenz zwischen einer mechanischen Spannung oder einem Druck, die/der auf das Transportmaterial aufgebracht wird, und einem Vorgabewert reduziert werden kann.
Nach der vierten und achten Erfindung kann der Motor mit stabiler Drehzahl arbeiten, um während der Beschleunigung und Verzögerung eine exakte Beschleunigung und Verzögerung auszuführen, so dass die Differenz zwischen einem von dem Motor konstant erzeugten Drehmoment und einem von außen eingegebenen Feedforward-Drehmomentsignal reduziert werden kann. Dadurch wird eine Verringerung der Differenz zwischen einer mechanischen Spannung oder einem Druck, die/der auf das Transportmaterial aufgebracht wird, und einem Vorgabewert auch während der Beschleunigung und Verzögerung erreicht.
Figurenliste

1 ist ein Blockbild einer Motorsteuereinheit nach einer ersten Ausführungsform.
2 ist ein Schema eines Transportsystems, bei dem die Motorsteuereinheit angewandt wird.
3 ist ein Blockbild eines herkömmlichen Drehzahlkompensators für Vergleichszwecke.
4 ist ein Diagramm einer Verstärkung im Frequenzverhalten eines herkömmlichen Drehzahlkompensators für Vergleichszwecke.
5 ist ein Diagramm einer Verstärkung im Frequenzverhalten eines Hochpassfilters nach der ersten Ausführungsform.
6 ist ein Diagramm einer Verstärkung im Frequenzverhalten eines Drehzahlkompensators nach der ersten Ausführungsform.
7 ist ein Blockbild einer Motorsteuereinheit nach einer zweiten Ausführungsform.
8 ist ein Blockbild einer Motorsteuereinheit nach einer dritten Ausführungsform.

ERLÄUTERUNGEN VON BUCHSTABEN ODER ZAHLEN

1: Motor
3: Maschinenlast
103, 203, 303: Drehzahlkompensator
106, 206, 306: Drehmomentaddierer
108: Beschleunigungs- und Verzögerungskompensationsrechner
110, 210, 310: Motorsteuereinheit

BESTE ART(EN), DIE ERFINDUNG AUSZUFÜHREN
Erste Ausführungsform.
1 ist ein Blockbild einer Motorsteuereinheit nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie 1 zeigt, empfängt eine Motorsteuereinheit 110 nach der vorliegenden Ausführungsform ein Feedforward-Drehmomentsignal τff und einen Drehzahlbefehl ω cmd von außen, empfängt ein von einem Drehzahldetektor 2 detektiertes Motordrehzahlsignal ωm und gibt einen Motordrehzahlbefehl τmr aus, wie nachstehend erläutert wird. Ein Motor 1 erzeugt ein Drehmoment, das mit dem Motordrehmomentbefehl τmr übereinstimmt, entsprechend den Funktionen einer normalen Drehmomentsteuerschaltung und einer normalen Leistungsumwandlungsschaltung (beide nicht gezeigt), um den Motor 1 und eine Maschinenlast 3 anzutreiben. Die Maschinenlast 3 ist beispielsweise eine mit dem Motor 1 gekoppelte Transportrolle.
Dabei empfängt im Inneren der Motorsteuereinheit 110 ein Referenzdrehzahlgenerator 107 den Drehzahlbefehl ω cmd, führt beispielsweise eine Berechnung erster Ordnung aus, um ein Referenzdrehzahlsignal ω ref zu berechnen, das dem Drehzahlbefehl ω cmd folgt, und gibt das Referenzdrehzahlsignal ω ref aus. Ein Drehzahlkompensator 103 empfängt das Referenzdrehzahlsignal ω ref und das Motordrehzahlsignal ωm, und gibt ein Drehzahlkompensationsdrehmoment τsc aus. Ein Beschleunigungs- und Verzögerungskompensationsrechner 108 berechnet entsprechend Änderungen des Drehzahlbefehls ω cmd ein Drehmoment, das zum Beschleunigen und Verlangsamen des Motors 1 und der mit dem Motor 1 gekoppelten Maschinenlast 3 erforderlich ist, und gibt das berechnete Drehmoment als ein Beschleunigungs- und Verzögerungskompensationsdrehmoment τacc aus. Das Beschleunigungs- und Verzögerungskompensationsdrehmoment τacc wird nach einer Methode berechnet, die beispielsweise ein Ableitungssignal des Referenzdrehzahlsignals ωref, d. h. ein Referenzbeschleunigungs- und -verzögerungssignal, berechnet und das Ableitungssignal mit einem Trägheitsmoment des Motors 1 und der Maschinenlast 3 multipliziert.
Ein Drehmomentaddierer 106 gibt den Motordrehmomentbefehl τmr aus, der ein durch Addition des Feedforward-Drehmomentsignals τff, des Beschleunigungs- und Verzögerungskompensationsdrehmoments τacc und des Drehzahlkompensationsdrehmoments τsc erhaltenes Resultat ist. Schließlich gibt die Motorsteuereinheit 110 den Motordrehmomentbefehl τmr aus.
In dem Drehzahlkompensator 103 empfängt ein Hochpassfilter 104 die Drehzahlabweichung ωe, die eine Abweichung zwischen dem Referenzdrehzahlsignal ω ref und dem Motordrehzahlsignal ωm ist, und gibt ein Resultat einer Hochpassfilterberechnung mit der Beharrungszustand-Verstärkung von 0 oder einem sehr kleinen Wert aus. Ein Drehzahlverstärkungskompensator 105 empfängt das Ausgangssignal des Hochpassfilters 104 und gibt das Drehzahlkompensationsdrehmoment τsc durch Verstärkungsberechnung wie etwa eine Proportional-Berechnung oder eine Pseudo-Proportional-Integral-Berechnung unter Anwendung eines Pseudo-Integrals mit einer endlichen Beharrungszustand-Verstärkung aus.
Nachstehend werden Operationen nach der vorliegenden Ausführungsform und dadurch erzielte Vorteile erläutert. 2 ist ein Schema eines Transportsystems, das die Motorsteuereinheit 110 nach der vorliegenden Erfindung aufweist. In dem in 2 gezeigten Transportsystem werden eine erste Transportrolle 23 und eine zweite Transportrolle 24, die an der Aufstromseite und der Abstromseite in einer Transportrichtung eines Transportmaterials 25 vorgesehen sind, von einem ersten Motor 21 bzw. einem zweiten Motor 22 angetrieben, um das bandförmige Transportmaterial 25 wie etwa eine Stahlplatte, einen Papierbogen oder eine Folie zu transportieren. 2 zeigt zwar nur die erste und die zweite Transportrolle 23 und 24, das System kann jedoch viele Transportrollen entlang der Transportrichtung des Transportmaterials 25 aufweisen. In einem solchen Transportsystem wird beim Transport des Materials 25 bevorzugt, dass das Transportmaterial 25 mit einer gewünschten Transportgeschwindigkeit beschleunigt oder verzögert wird, wobei eine gewünschte mechanische Spannung auf das Transportmaterial 25 aufgebracht wird. Die Motorsteuereinheit nach der ersten Ausführungsform dient dazu, beispielsweise den in 2 gezeigten ersten Motor 21 an der Aufstromseite anzutreiben. Der zweite Motor 22 an der Abstromseite könnte mit einer Motorsteuereinheit angetrieben werden, die eine normale Drehzahlsteuerung und Lagesteuerung ausführt.
Nachstehend werden Operationen, die von der Motorsteuereinheit 110 mit der obigen Ausbildung nach der vorliegenden Ausführungsform ausgeführt werden, und dadurch erzielte Vorteile beschrieben. Das Feedforward-Drehmomentsignal τff repräsentiert einen extern berechneten Wert als ein Drehmoment, das zum Aufbringen von mechanischer Spannung auf das Transportmaterial 25 erforderlich ist. Dabei kann das Feedforward-Drehmomentsignal τff erhalten werden durch Addition eines für mechanische Verluste aufgrund von Reibung in dem Motor 1 und der Maschinenlast 3 berechneten Werts zu dem Drehmoment, um auf das Transportmaterial 25 Spannung aufzubringen.
Wie bereits beschrieben, erzeugt die Motorsteuereinheit 110 das Referenzdrehzahlsignal ω ref aus dem Drehzahlbefehl ω cmd, berechnet das Beschleunigungs- und Verzögerungskompensationsdrehmoment τacc, das zum Beschleunigen und Verlangsamen des Motors 1 und der Maschinenlast 3 erforderlich ist, um mit dem Referenzdrehzahlsignal ω ref überein zu stimmen, und addiert das Feedforward-Drehmomentsignal τff und das Beschleunigungs- und Verzögerungskompensationsdrehmoment τacc zu dem Motordrehmomentbefehl τmr durch Feedforward-Steuerung. Es sei angenommen, dass das Drehzahlkompensationsdrehmoment τsc (nachstehend beschrieben) 0 ist, d. h. der Drehzahlkompensator 103 entfällt und die Motorsteuereinheit 110 nur mittels Drehmomentsteuerung wirksam ist. In diesem Fall sind eine Beschleunigung und Verlangsamung des Motors 1 und der Maschinenlast 3 unter Aufbringen einer gewünschten mechanischen Spannung auf das Transportmaterial möglich, solange das Feedforward-Drehmomentsignal τff und das Beschleunigungs- und Verzögerungskompensationsdrehmoment τacc exakt berechnet werden und es keine Störung wie etwa eine Reibungsänderung gibt. Dadurch wird eine gewünschte Steuerung der mechanischen Spannung und der Drehzahl realisiert.
Wenn jedoch der Motor 1 tatsächlich nur auf der Basis des Feedforward-Drehmomentsignals τff und des Beschleunigungs- und Verzögerungskompensationsdrehmoments τacc angetrieben wird, ändert sich die Motordrehzahl aufgrund von verschiedenen Störungen. Solche Störungen umfassen eine von dem Motor 1 erzeugte Drehmomentpendelung, eine Drehzahlpendelung aufgrund von mechanischer Exzentrizität der Transportrollen und der Maschinenlast 3, eine Reibungsänderung und andere Änderungen aufgrund von mechanischen Verlusten und Kompensationsfehler unter Berücksichtigung von transienten dynamischen Eigenschaften des Motors 1 und der Maschinenlast 3 bei der Berechnung des Beschleunigungs- und Verzögerungskompensationsdrehmoments τacc. Dies führt zu dem Problem, das dass Transportmaterial nicht stabil transportiert wird.
Nachstehend werden Eigenschaften und Vorteile des Drehzahlkompensators 103 nach der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Der Drehzahlkompensator 103 kann die Erzeugung von Änderungen der Motordrehzahl aufgrund der Störungen unterdrücken. Um Vorteile der vorliegenden Ausführungsform zu beschreiben, sind die herkömmlichen Technologien und ihre Probleme nachstehend unter Bezugnahme auf 2 erläutert. Bei dem in 2 gezeigten Transportsystem haben die zwei Transportrollen 23 und 24 im Allgemeinen einen Rollendurchmesser mit einer geringfügigen Abweichung von einem Sollwert. Wenn sich außerdem die mechanische Spannung um die Transportrollen 23 und 24 herum ändert, ändert sich die Transportgeschwindigkeit des Transportmaterials 25 um die Transportrollen 23 und 24 herum aufgrund der Ausdehnung und Kontraktion des Transportmaterials 25. Um eine Konstantspannung auf das Transportmaterial 25 aufrechtzuerhalten, das mit den Transportrollen festgehalten und transportiert wird, muss deshalb eine geringfügige Differenz zwischen dem Drehzahlbefehl und der Drehzahl des in Verbindung mit dem Transportmaterial 25 arbeitenden Motors aufrechterhalten werden. Wenn die Motordrehzahl so gesteuert wird, dass sie mit einem Sollwert perfekt übereinstimmt, wird eine zu große mechanische Spannung auf das Transportmaterial 25 aufgebracht, wodurch ein zu großes Motordrehmoment erzeugt wird, das dieser Spannung in dem Motor äquivalent ist.
Um diesem Problem Beachtung zu schenken, wird wie bei den in dem Patentdokument 1 und dem Nicht-Patentdokument 1 beschriebenen herkömmlichen Motorsteuereinheiten häufig eine Proportionalabweichungssteuerung angewandt, die von einem Drehzahlbefehl einen Proportionalabweichungsbetrag subtrahiert, der erhalten wird durch Multiplikation eines Drehmomentsignals, das ein Ausgangssignal von einer eine Proportional-Integral-Regelung (PI-Regelung) ausführenden Drehzahlsteuereinheit ist, mit einer vorbestimmten Verstärkung. Auch wenn ständig eine geringfügige Drehzahldifferenz auftritt, verhindert das Ausführen einer solchen Proportionalabweichungssteuerung die Erzeugung eines zu großen Motordrehmoments, so dass die Erzeugung einer extrem großen (oder extrem kleinen) auf das Trägermaterial aufzubringenden mechanischen Spannung verhindert wird.
3 ist ein Blockbild eines herkömmlichen Drehzahlkompensators zum Vergleich mit dem Drehzahlkompensator 103 nach der vorliegenden Ausführungsform. Zum leichteren Verständnis der Eigenschaften und Probleme der herkömmlichen Proportionalabweichungssteuerung wird die herkömmliche Proportionalabweichungssteuerung der vorliegenden Ausführungsform als ein Äquivalent (eine Alternative) gegenübergestellt. Anders ausgedrückt, es kann ein Steuersystem gezeigt werden, bei dem der in 1 gezeigte Drehzahlkompensator 103 in der Motorsteuereinheit 110 der vorliegenden Erfindung durch einen in 3 gezeigten Drehzahlkompensator 11 ersetzt ist.
Der in 3 gezeigte Drehzahlkompensator 11 empfängt ein Referenzdrehzahlsignal ω ref und ein Motordrehzahlsignal ωm und gibt ein Drehzahlkompensationsdrehmoment τsc aus. In dem Drehzahlkompensator 11 empfängt ein Proportional-Integral-Rechner 12 ein Signal, das erhalten ist durch Subtraktion eines Proportionalabweichungsbetrags ωdrp (nachstehend beschrieben) von einer Drehzahlabweichung ωe, die eine Abweichung zwischen dem Referenzdrehzahlsignal ω ref und dem Motordrehzahlsignal ωm ist. Der Proportional-Integral-Rechner 12 führt eine Proportional-Integral Berechnung PI(s) an dem Eingangssignal aus und gibt das Resultat als das Drehzahlkompensationsdrehmoment τsc aus. Ein Proportionalabweichungskompensator 13 berechnet einen Proportionalabweichungsbetrag ωdrp durch Multiplikation des Drehzahlkompensationsdrehmoments τsc mit einem vorbestimmten Multiplikator Kdrp. Auf diese Weise gibt der Drehzahlkompensator 11 das Drehzahlkompensationsdrehmoment τsc aus.
Bei dem Drehzahlkompensator 11 von 3 empfängt der Proportional-Integral-Rechner 12 ein Signal, das erhalten ist durch Subtraktion des Proportionalabweichungsbetrags ω drp von der Abweichung zwischen dem Referenzdrehzahlsignal ω ref und dem Motordrehzahlsignal ωm. Unter einem anderen Aspekt wird diese Ausbildung als ein Äquivalent dazu angesehen, dass der Proportional-Integral-Rechner 12 eine Abweichung zwischen einem Signal, das erhalten ist durch Subtraktion des Proportionalabweichungsbetrags ωdrp von dem Referenzdrehzahlsignal ωref, und dem Motordrehzahlsignal ωm empfängt. Dabei wird durch Implementieren einer solchen Proportionalabweichungssteuerung das Referenzdrehzahlsignal ω ref so modifiziert, dass es klein ist, wenn das Drehzahlkompensationsdrehmoment τsc groß wird. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass verhindert wird, dass das Drehzahlkompensationsdrehmoment τsc extrem groß wird.
Eine Übertragungsfunktion PI(s) des Proportional-Integral-Rechners 12 in der herkömmlichen Proportionalabweichungssteuerung wird berechnet, wie durch Gleichung (1) ausgedrückt ist: $PI (s) = (Kp \cdot s + Ki) / s$
wobei s einen Laplace-Operator bezeichnet.
Ferner wird eine Übertragungsfunktion von der Drehzahlabweichung ωe zu dem Drehzahlkompensationsdrehmoment τsc durch Gleichung (2) ausgedrückt: $τ sc/ ω e = (Kp \cdot s + Ki) / [(1 + Kdrp \cdot Kp) s + Kdrp \cdot Ki]$
Gleichung (2) ist gleich wie eine Übertragungsfunktion von dem Motordrehzahlsignal ωm zu dem Drehzahlkompensationsdrehmoment τsc, (mit Ausnahme von) Plus- und Minus Symbolen.
Nachstehend ist eine Verstärkung im Frequenzverhalten von der Drehzahlabweichung ωe oder dem Motordrehzahlsignal ωm zu dem Drehzahlkompensationsdrehmoment τsc einfach als Verstärkung im Frequenzverhalten in dem Drehzahlkompensator bezeichnet.
Wenn keine Proportionalabweichungssteuerung angewandt wird, ist die durch Gleichung (2) ausgedrückte Verstärkung im Frequenzverhalten in dem Drehzahlkompensator gleich wie die durch Gleichung (1) ausgedrückte, und die Beharrungszustand-Verstärkung mit s = 0 wird unendlich. Wenn ständig eine geringfügige Drehzahlabweichung ωe vorliegt, wird eine Berechnung ausgeführt, um ein unendliches Drehzahlkompensationsdrehmoment τsc zu erzeugen.
Wenn dagegen eine Proportionalabweichungssteuerung angewandt wird, ist eine Verstärkung im Frequenzverhalten in dem Drehzahlkompensator entsprechend der in Strichlinien gezeigten Approximation in 4. Die Beharrungszustand-Verstärkung ergibt sich mit 1/Kdrp durch Setzen von s=0 in Gleichung (2), und das Drehzahlkompensationsdrehmoment τsc wird auch dann endlich, wenn die Drehzahlabweichung ωe konstant auftritt. Verglichen mit dem Fall, in dem keine Proportionalabweichungssteuerung implementiert ist, wird verhindert, dass der Motordrehmomentbefehl τmr zu groß wird.
Wenn jedoch die Proportionalabweichungssteuerung angewandt wird, ist die Beharrungszustand-Verstärkung 1/Kdrp größer als eine Hochfrequenzverstärkung K_p/(1+Kdrp•Kp) und zeigt Charakteristiken, nach denen die Beharrungszustand-Verstärkung in der Verstärkung im Frequenzverhalten maximal wird. Wenn eine geringfügige Differenz zwischen der Motordrehzahl und dem Drehzahlbefehl vorgesehen ist, um eine konstante mechanische Spannung auf das Transportmaterial aufrechtzuerhalten, wird die Transportgeschwindigkeit des Transportmaterials, das mit einer Vielzahl von Transportrollen festgehalten und transportiert wird, zu einem großen Wert. Wenn ferner der von außen an den Motor 1 gegebene Drehzahlbefehl eine geringfügige Differenz aufweist, wird das Drehzahlkompensationsdrehmoment τsc zu einem großen Wert. Dies führt zu dem Problem, dass die auf das Transportmaterial 25 aufgebrachte mechanische Spannung von der mit dem Feedforward-Drehmoment τff aufgebrachten mechanischen Spannung stark abweicht.
5 ist ein Diagramm einer Verstärkung im Frequenzverhalten, das Charakteristiken des Hochpassfilters 104 nach der vorliegenden Ausführungsform zeigt. 6 ist ein Diagramm einer Verstärkung im Frequenzverhalten, das Charakteristiken des Drehzahlkompensators 103 nach der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Im Gegensatz zu dem herkömmlichen Drehzahlkompensator 11 weist der Drehzahlkompensator 103 nach der vorliegenden Ausführungsform auf: das Hochpassfilter 104, für das eine Beharrungszustand-Verstärkung mit 0 oder einem sehr kleinen Wert vorgegeben ist; und den Drehzahlverstärkungskompensator 105, der eine Proportional-Berechnung oder eine Pseudo-Proportional-Integral-Berechnung ausführt, indem eine Beharrungszustand-Verstärkung als ein endlicher Wert vorgegeben wird. Wie 5 zeigt, hat das Hochpassfilter 104 solche unteren Grenzfrequenzcharakteristiken, dass ein Dämpfungswert zunimmt, während die Frequenz in dem niedrigeren Frequenzbereich relativ zu der Grenzfrequenz als einer Grenze niedriger wird. Dabei hat das Hochpassfilter 104 untere Grenzfrequenzcharakteristiken, die durch eine graduelle Abwärtsneigung nach links in einem Diagramm gezeigt sind, das eine Vertikal- und eine Horizontalachse als Logarithmen anwendet. Ferner sind die unteren Grenzfrequenzcharakteristiken derart, dass kombinierte Charakteristiken des Hochpassfilters 104 und des Drehzahlverstärkungskompensators 105, d. h. Charakteristiken des Drehzahlkompensators 103, entsprechend 6 sind, und dass eine Beharrungszustand-Verstärkung ein sehr kleiner Wert einschließlich 0 ist (was sich beispielsweise auf einen Wert bezieht, der gleich wie oder kleiner als die Hälfte eines Fünftels einer maximalen Verstärkung im Frequenzverhalten ist).
Auch wenn eine geringfügige Differenz zwischen der Motordrehzahl und dem Drehzahlbefehl vorgesehen ist, um eine konstante mechanische Spannung auf das Transportmaterial aufrechtzuerhalten, wird also ein Beharrungszustandswert des Drehzahlkompensationsdrehmoments τsc, der auf der Basis der Differenz ausgegeben wird, zu einem sehr kleinen Wert einschließlich 0. Der Einfluss der konstanten Drehzahldifferenz kann also ignoriert werden, und in dem Motor wird ein Drehmoment erzeugt, das dem Wert entspricht, der von außen durch das Feedforward-Drehmomentsignal τff gegeben wird. Ferner kann eine dem Drehmoment entsprechende mechanische Spannung auf das Transportmaterial aufgebracht werden.
Durch Einstellen derart, dass die Grenzfrequenz des Hochpassfilters 104 ein viel kleinerer Wert ist als der in dem Drehzahlsteuerungsbereich, wenn das Hochpassfilter 104 nicht vorgesehen ist (der kleinere Wert fällt beispielsweise in einen Bereich der unteren Hälfte relativ zu der Mitte des Drehzahlsteuerungsbereichs), und dass die Grenzfrequenzcharakteristiken eine Abwärtsneigung nach links wie in dem Diagramm von 5 bilden, kann das Hochpassfilter 104 allmählich nur die konstante Differenz zwischen dem Drehzahlbefehl ω cmd oder dem Referenzdrehzahlsignal ω ref und dem Motordrehzahlsignal ωm entfernen. Ferner können wie bei normalen Drehzahlsteuersystemen Änderungen des Motordrehzahlsignals ωm aufgrund der Störung unterdrückt werden, wodurch ein Betrieb mit einem stabilen Motordrehzahlsignal ωm realisierbar ist.
Der Drehzahlverstärkungskompensator 105 kann eine endliche Beharrungszustand-Verstärkung haben und kann eine Proportional-Berechnung wie beschrieben oder beispielsweise eine Berechung zum Ermitteln von Asc(s) durchführen, wie durch Gleichung (3) ausgedrückt ist: $Asc (s) = (Kp \cdot s + Ki) / (s + K0)$
Der Drehzahlverstärkungskompensator 105 kann so ausgebildet sein, dass er eine Proportional-Integral-Berechnung durchführt, bei der eine Proportionalabweichungssteuerung wie in Gleichung (2) und 3 implementiert wird.
Ferner kann der Drehzahlverstärkungskompensator 105 eine Berechnung einschließlich eines Tiefpassfiltervorgangs durchführen, der Hochfrequenzrauschkomponenten und Schwingungskomponenten entfernt.
Die Beharrungszustand-Verstärkung des Drehzahlverstärkungskompensators 105 ist im Idealfall ein sehr kleiner Wert einschließlich 0, wie beschrieben wurde. Wenn die Beharrungszustand-Verstärkung kleiner als der Maximalwert der Verstärkung im Frequenzverhalten in dem Drehzahlkompensator 103 ist, können mehr oder weniger die gleichen Vorteile erzielt werden. Wenn ferner die Beharrungszustand-Verstärkung gleich wie oder kleiner als ein Fünftel des Maximalwerts der Verstärkung im Frequenzverhalten ist, können im Vergleich mit einer herkömmlichen Motorsteuereinheit erhebliche Vorteile erzielt werden.
Nach der vorliegenden Ausführungsform weist die Motorsteuereinheit 110 mit der obigen Ausbildung den Drehzahlkompensator 103 auf, der das Referenzdrehzahlsignal ω ref und das Motordrehzahlsignal ωm empfängt, und berechnet das Drehzahlkompensationsdrehmoment τsc, um untere Grenzfrequenzcharakteristiken zu zeigen, die derart sind, dass die Beharrungszustand-Verstärkung von dem Motordrehzahlsignal ωm zu dem Drehzahlkompensationsdrehmoment τsc ein sehr kleiner Wert einschließlich 0 ist. Die Motorsteuereinheit 110 weist ferner den Drehmomentaddierer 106 auf, der den Motordrehmomentbefehl τmr erzeugt, indem er mindestens das von außen eingegebene Feedforward-Drehmomentsignal τff und das Drehzahlkompensationsdrehmoment τsc hinzuaddiert. Dies ermöglicht es, dass der Motor 1 mit stabiler Drehzahl arbeitet, und ermöglicht auch, dass das von dem Motor 1 konstant erzeugte Drehmoment mit dem von außen vorgegebenen Feedforward-Drehmomentsignal übereinstimmt. Der Motor 1 kann also mit stabiler Drehzahl arbeiten, wodurch ermöglicht wird, dass die mechanische Spannung oder der Druck, die/der auf das mit dem Motor 1 und der Maschinenlast 3 transportierte Transportmaterial aufgebracht wird, mit einem von außen vorgegebenen Wert übereinstimmen.
Die Motorsteuereinheit 110 weist ferner auf: den Beschleunigungs- und Verzögerungskompensationsrechner 108 und den Drehmomentaddierer 106, der das für die Erhöhung und Verringerung der Drehzahl des Motors 1 und der Maschinenlast 3 erforderliche Beschleunigungs- und Verzögerungskompensationsdrehmoment τacc so berechnet, dass es mit dem Referenzdrehzahlsignal ω ref übereinstimmt, und den Motordrehmomentbefehl τmr erzeugt durch Hinzuaddieren des Beschleunigungs- und Verzögerungskompensationsdrehmoments τacc, des Feedforward-Drehmomentsignals τff und des Drehzahlkompensationsdrehmoments τsc. Diese Ausbildung ermöglicht es, dass der Motor 1 mit stabiler Drehzahl arbeitet, während gleichzeitig der Motor 1 präzise beschleunigt und verzögert wird, so dass auch das von dem Motor 1 erzeugte Drehmoment mit dem von außen vorgegebenen Feedforward-Drehmomentsignal im Beharrungszustand übereinstimmt. Selbst während der Beschleunigung und Verzögerung kann also der Motor mit stabiler Drehzahl arbeiten, und die mechanische Spannung oder der Druck, die/der auf das mit dem Motor 1 und der Maschinenlast 3 transportierte Transportmaterial aufgebracht wird, können mit einem von außen vorgegebenen Wert übereinstimmen.
Die Motorsteuereinheit 110 nach der vorliegenden Ausführungsform empfängt den Drehzahlbefehl ωcmd. Wenn beispielsweise die Motorsteuereinheit 110 alternativ mittels Lagesteuerung so wirksam ist, dass ein benachbarter Motor einem Lagebefehl entspricht, kann der Lagebefehl selbstverständlich in die Motorsteuereinheit 110 eingegeben werden, und das Referenzdrehzahlsignal ω ref und das Beschleunigungs- und Verzögerungskompensationsdrehmoment τacc können auf der Basis des Lagebefehls in der Motorsteuereinheit 110 berechnet werden. Der Referenzdrehzahlgenerator 107 gibt das Referenzdrehzahlsignal ωref aus, das ein durch Ausführen einer Verzögerungsberechnung erster Ordnung an dem empfangenen Drehzahlbefehl ωcmd erhaltenes Signal ist. Der Referenzdrehzahlgenerator 107 kann den Drehzahlbefehl ω cmd ausgeben, ohne ihn zu verarbeiten.
In der Motorsteuereinheit 110 nach der vorliegenden Ausführungsform hat der Drehzahlkompensator 103 die in 1 gezeigte Ausbildung. Der Drehzahlkompensator 103 kann eine andere Ausbildung haben, solange er eine äquivalente Berechnung durchführt. Beispielsweise können durch Vorsehen von zwei Hochpassfiltern, welche die Berechnung durchführen, wie sie von dem Hochpassfilter 104 durchgeführt wird, das Referenzdrehzahlsignal ω ref und das Motordrehzahlsignal ωm in jedes der Hochpassfilter eingeben werden, so dass ein Differenzsignal zwischen Ausgangssignalen von den Hochpassfiltern in den Drehzahlverstärkungskompensator 105 eingegeben werden kann. Selbstverständlich ermöglicht diese Ausbildung auch die äquivalente Berechnung.
Zweite Ausführungsform
7 ist ein Blockbild einer Motorsteuereinheit nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei der vorliegenden Ausführungsform entfällt der Referenzdrehzahlgenerator 107 nach der ersten Ausführungsform. Ferner entfallen auch der Beschleunigungs- und Verzögerungskompensationsrechner 108 und die Anwendung des Beschleunigungs- und Verzögerungskompensationsdrehmoments τacc auf den Motordrehmomentbefehl τmr. Wie 7 zeigt, empfängt eine Motorsteuereinheit 210 ein Feedforward-Drehmomentsignal τff und einen Drehzahlbefehl ω cmd von außen und empfängt ein von dem Drehzahldetektor 2 detektiertes Motordrehzahlsignal ωm und gibt durch folgende Operationen einen Motordrehmomentbefehl τmr aus. Der Motor 1 erzeugt ein Drehmoment, das mit dem Motordrehmomentbefehl τmr entsprechend den Operationen einer normalen Drehmomentsteuerschaltung und einer normalen Leistungsumwandlungsschaltung (beide nicht gezeigt) übereinstimmt, um den Motor 1 und die Maschinenlast 3 wie etwa eine mit dem Motor 1 gekoppelte Transportrolle anzutreiben.
Der Drehzahlbefehl ω cmd wird als ein Referenzdrehzahlsignal ω ref in die Motorsteuereinheit 210 eingegeben, und der Drehzahlkompensator 203 empfängt das Referenzdrehzahlsignal ω ref und das Motordrehzahlsignal ωm. In dem Drehzahlkompensator 203 empfängt ein Hochpassfilter 204 eine Drehzahlabweichung ωe, die eine Abweichung zwischen dem Referenzdrehzahlsignal ω ref und dem Motordrehzahlsignal ωm ist, führt eine Hochpassfilter-Berechnung mit der Beharrungszustand-Verstärkung von 0 oder einem sehr kleinen Wert durch und gibt das Resultat aus. Ein Drehzahlverstärkungskompensator 205 empfängt das Ausgangssignal von dem Hochpassfilter 204 und führt eine Verstärkungsberechnung wie etwa eine Proportional-Berechnung oder eine Pseudo-Proportional-Integral-Berechnung unter Anwendung eines Pseudo-Integrals mit einer endlichen Beharrungszustand-Verstärkung durch und gibt ein Drehzahlkompensationsdrehmoment τsc aus. Der Drehzahlkompensator 203 gibt das Drehzahlkompensationsdrehmoment τsc aus.
Ein Drehmomentaddierer 206 erzeugt den Motordrehmomentbefehl τmr, der ein Signal ist, zu dem das von außen eingegebene Feedforward-Drehmomentsignal τff und das Drehzahlkompensationsdrehmoment τsc hinzuaddiert werden, und gibt das Signal als ein Ausgangssignal von der Motorsteuereinheit 210 aus.
Nach der vorliegenden Ausführungsform empfängt die Motorsteuereinheit 210 mit der obigen Ausbildung das von außen eingegebene Feedforward-Drehmomentsignal τff, das einen extern berechneten Wert als ein Drehmoment angibt, das zum Aufbringen von mechanischer Spannung auf das Transportmaterial erforderlich ist. Dabei kann das Feedforward-Drehmomentsignal τff gebildet werden, indem ferner ein Wert hinzuaddiert wird, der für mechanische Verluste aufgrund von Reibung an dem Motor 1 und der Maschinenlast 3 berechnet wird.
Nach der vorliegenden Ausführungsform weist die Motorsteuereinheit 210 mit der obigen Ausbildung den Drehzahlkompensator 203 auf, der das Referenzdrehzahlsignal ω ref und das Motordrehzahlsignal ωm empfängt, und berechnet das Drehzahlkompensationsdrehmoment τsc, um untere Grenzfrequenzcharakteristiken zu haben, so dass die Beharrungszustand-Verstärkung von dem Motordrehzahlsignal ωm zu dem Drehzahlkompensationsdrehmoment τsc ein sehr kleiner Wert einschließlich 0 ist. Die Motorsteuereinheit 210 weist ferner den Drehmomentaddierer 206 auf, der den Motordrehmomentbefehl τmr durch Hinzuaddieren des Feedforward-Drehmomentsignals τff und des Drehzahlkompensationsdrehmoments τsc erzeugt. Mit dieser Ausbildung kann der Motor 1 mit stabiler Drehzahl arbeiten, und das von dem Motor 1 konstant erzeugte Drehmoment kann mit einem von außen vorgegebenen Feedforward-Drehmomentsignal τff übereinstimmen. Ferner kann der Motor 1 stabil arbeiten, wodurch ermöglicht wird, dass die mechanische Spannung und der Druck, die auf das mit dem Motor 1 und der Maschinenlast 3 transportierte Transportmaterial aufgebracht werden, mit einem von außen vorgegebenen Wert übereinstimmen.
Die Motorsteuereinheit 210 der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich von derjenigen der ersten Ausführungsform dadurch, dass das Beschleunigungs- und Verzögerungskompensationsdrehmoment τacc nicht auf den Motordrehmomentbefehl τmr angewandt wird. Während der Beschleunigung und Verzögerung stimmt also der Motordrehmomentbefehl τmr nicht mit dem Feedforward-Drehmomentsignal τff überein, so dass die Nachlaufcharakteristiken in Bezug auf den Drehzahlbefehl ω cmd gegenüber der ersten Ausführungsform schlechter sind. Da jedoch der Drehzahlbefehl ω cmd, d. h. das Referenzdrehzahlsignal ωref, in den Drehzahlkompensator 203 eingegeben wird und somit das Drehzahlkompensationsdrehmoment τsc in Abhängigkeit von der Zunahme und Abnahme des Drehzahlbefehls ω cmd transient zu- und abnimmt, werden die Nachlaufcharakteristiken des Motordrehzahlsignals ωm in Bezug auf den Drehzahlbefehl ω cmd nicht erheblich verschlechtert.
Wenn das Feedforward-Drehmomentsignals τff außerhalb der Motorsteuereinheit 210 berechnet wird, kann ein Beschleunigungs- und Verzögerungskompensationsdrehmoment, das zum Beschleunigen und Verzögern des Motors 1 und der Maschinenlast 3 erforderlich ist, um mit dem Drehzahlbefehl ω cmd überein zu stimmen, berechnet und zu dem Feedforward-Drehmomentsignal τff hinzuaddiert werden. Dies ergibt nahezu die gleichen Vorteile, wie sie bei der ersten Ausführungsform erreicht werden.
Dritte Ausführungsform
8 ist ein Blockbild einer Motorsteuereinheit nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei der vorliegenden Ausführungsform entfällt die Eingabe des Drehzahlbefehls ω cmd nach der zweiten Ausführungsform. Gemäß 8 empfängt eine Motorsteuereinheit 310 ein von außen eingegebenes Feedforward-Drehmomentsignal τff und ein von dem Drehzahldetektor 2 detektiertes Motordrehzahlsignal ωm und gibt wie folgt einen Motordrehmomentbefehl τmr aus. Der Motor 1 erzeugt ein Drehmoment, das mit dem Motordrehmomentbefehl τmr entsprechend den Operationen einer normalen Drehmomentsteuerschaltung und einer normalen Leistungsumwandlungsschaltung (beide nicht gezeigt) übereinstimmt, um den Motor 1 und die Maschinenlast 3 wie etwa eine mit dem Motor 1 gekoppelte Transportrolle anzutreiben.
In der Motorsteuereinheit 310 empfängt ein Drehzahlkompensator 303 das Motordrehzahlsignal ωm. In dem Drehzahlkompensator 303 empfängt ein Hochpassfilter 304 ein durch Multiplikation des Motordrehzahlsignals ωm mit -1 erhaltenes Signal, führt eine Hochpassfilter-Berechnung mit der Beharrungszustand-Verstärkung von 0 oder einem sehr kleinen Wert durch und gibt das Resultat aus. Ein nachgeschalteter Drehzahlverstärkungskompensator 305 empfängt das Ausgangssignal von dem Hochpassfilter 304 und führt eine Verstärkungsberechnung wie etwa eine Proportional-Berechnung oder eine Pseudo-Proportional-Integral-Berechnung unter Anwendung eines Pseudo-Integrals mit einer endlichen Beharrungszustand-Verstärkung durch, um ein berechnetes Drehzahlkompensationsdrehmoment τsc als ein Ausgangssignal von dem Drehzahlkompensator 303 auszugeben.
Der Drehmomentaddierer 306 erzeugt den Motordrehmomentbefehl τmr, der ein Signal ist, zu dem das von außen eingegebene Feedforward-Drehmomentsignal τff und das Drehzahlkompensationsdrehmoment τsc hinzuaddiert werden, und die Motorsteuereinheit 310 gibt den Motordrehmomentbefehl τmr aus.
Nach der vorliegenden Ausführungsform empfängt die Motorsteuereinheit 310 mit der obigen Ausbildung das von außen eingegebene Feedforward-Drehmomentsignal τff, das einen extern berechneten Wert als ein Drehmoment angibt, das zum Aufbringen von mechanischer Spannung auf das Transportmaterial erforderlich ist. Dabei kann das Feedforward-Drehmomentsignal τff gebildet werden, indem ferner ein Wert hinzuaddiert wird, der für mechanische Verluste wie etwa Reibung an dem Motor 1 und der Maschinenlast 3 berechnet wird.
Nach der vorliegenden Ausführungsform weist die Motorsteuereinheit 310 mit der obigen Ausbildung den Drehzahlkompensator 303 auf, der das Motordrehzahlsignal ωm empfängt, und berechnet das Drehzahlkompensationsdrehmoment τsc so, dass es untere Grenzfrequenzcharakteristiken hat, bei denen eine Beharrungszustand-Verstärkung von dem Motordrehzahlsignal ωm zu dem Drehzahlkompensationsdrehmoment τsc ein sehr kleiner Wert einschließlich 0 ist. Die Motorsteuereinheit 310 weist ferner den Drehmomentaddierer 306 auf, der den Motordrehmomentbefehl τmr durch Hinzuaddieren des von außen eingegebenen Feedforward-Drehmomentsignals τff und des Drehzahlkompensationsdrehmoments τsc erzeugt. Wie bei der ersten und der zweiten Ausführungsform ermöglicht die obige Ausbildung, dass der Motor 1 mit stabiler Drehzahl arbeitet, und ermöglicht, dass das an dem Motor 1 erzeugte Drehmoment mit einem von außen vorgegebenen Feedforward-Drehmomentsignal τff übereinstimmt. Ferner kann der Motor 1 stabil arbeiten, wodurch ermöglicht wird, dass die mechanische Spannung und der Druck, die auf das mit dem Motor 1 und der Maschinenlast 3 transportierte Transportmaterial aufgebracht werden, mit einem von außen vorgegebenen Wert übereinstimmen.
Nach der vorliegenden Ausführungsform berechnet der Drehzahlkompensator 303 während der Erhöhung und Verringerung der Transportgeschwindigkeit des Transportmaterials das Drehzahlkompensationsdrehmoment τsc auf der Basis des Motordrehzahlsignals ωm und gibt das Drehzahlkompensationsdrehmoment τsc in Bezug auf die Erhöhung und Verringerung transient aus. Der Drehzahlkompensator 303 ist also nicht zum Gebrauch geeignet, wenn die Transportgeschwindigkeit häufig erhöht oder verringert wird. Wenn der Drehzahlkompensator 303 jedoch nur für den Transport mit konstanter Geschwindigkeit verwendet wird, können die gleichen Vorteile wie bei der ersten und der zweiten Ausführungsform erzielt werden.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Wie beschrieben, wird die vorliegende Erfindung bevorzugt bei einer Motorsteuereinheit und einem Motorsteuerverfahren angewandt, die als eine Antriebsvorrichtung für verschiedene Industrieanlagen verwendet wird. Die vorliegende Erfindung wird insbesondere bei einer Motorsteuereinheit und einem Steuerverfahren für einen Motor angewandt, der ein bandartiges Transportmaterial wie etwa eine Stahlplatte, einen Papierbogen oder eine Folie transportiert.

Claims

Motorsteuereinheit (110, 210, 310), die auf der Basis einer Motordrehzahl (ωm) einen Motordrehmomentbefehl (τmr) berechnet und bewirkt, dass ein Motor (1) ein dem Motordrehmomentbefehl (τmr) entsprechendes Drehmoment erzeugt, um eine mit dem Motor (1) gekoppelte Maschinenlast (3) anzutreiben, wobei die Motorsteuereinheit (110) Folgendes aufweist: einen Drehzahlkompensator (103; 203; 303), der ein Drehzahlkompensationsdrehmoment (τsc) auf der Basis von mindestens der Motordrehzahl (ωm) berechnet, der eine Drehzahlabweichung (ωe) berechnet, die eine Abweichung zwischen einem Referenzdrehzahlsignal (ωref) und der Motordrehzahl (ωm) ist, und ein Hochpassfilter (104) sowie einen Drehzahlverstärkungskompensator (105) umfasst, wobei das Hochpassfilter (104) die Drehzahlabweichung (ωe) empfängt und der Drehzahlverstärkungskompensator (105) das Ausgangssignal des Hochpassfilters (104) empfängt und das Drehzahlkompensationsdrehmoment (τsc) ausgibt; und einen Drehmomentaddierer (106; 206; 306), der den Motordrehmomentbefehl durch Hinzuaddieren mindestens eines von außen eingegebenen Feedforward-Drehmomentsignals (τff) und des Drehzahlkompensationsdrehmoments (τsc) erzeugt.
Motorsteuereinheit (110, 210, 310) nach Anspruch 1, wobei der Drehzahlkompensator (103; 203; 303) bewirkt, dass die Frequenzcharakteristiken des Drehzahlkompensators für die Motordrehzahl (ωm) untere Grenzfrequenzcharakteristiken haben, bei denen die stationäre Verstärkung ein sehr kleiner Wert einschließlich 0 ist.
Motorsteuereinheit (110, 210, 310) nach Anspruch 1, wobei der Drehzahlkompensator (103; 203; 303) ein auf der Basis eines von außen eingegebenen Motorbetriebsbefehls (ω cmd) und der Motordrehzahl (ωm) berechnetes Referenzdrehzahlsignal (ωref) empfängt und auf der Basis einer Drehzahlabweichung, die eine Differenz zwischen dem Referenzdrehzahlsignal (ωref) und der Motordrehzahl (ωm) ist, das Drehzahlkompensationsdrehmoment (τsc) berechnet.
Motorsteuereinheit (110, 210, 310) nach Anspruch 3, die ferner einen Beschleunigungs- und Verzögerungskompensationsrechner (108) aufweist, der auf der Basis des Motorbetriebsbefehls ein Beschleunigungs- und Verzögerungskompensationsdrehmoment (τacc) zum Erhöhen und Verringern der Drehzahl des Motors (1) und der Maschinenlast (3) berechnet zur Anpassung an das Referenzdrehzahlsignal, wobei der Drehmomentaddierer (106; 206; 306) den Motordrehmomentbefehl durch Hinzuaddieren des Beschleunigungs- und Verzögerungskompensationsdrehmoments (τacc), des Feedforward-Drehmomentsignals (τff) und des Drehzahlkompensationsdrehmoments (τsc) erzeugt.
Motorsteuerverfahren, das Folgendes aufweist: Berechnen eines Motordrehmomentbefehls (τmr) auf der Basis einer Motordrehzahl (ωm) und Bewirken, dass ein Motor (1) ein dem Motordrehmomentbefehl (τmr) entsprechendes Drehmoment erzeugt, um eine mit dem Motor (1) gekoppelte Maschinenlast (3) anzutreiben, wobei das Motorsteuerverfahren aufweist: ein Berechnen eines Drehzahlkompensationsdrehmoments (τsc) auf der Basis von mindestens der Motordrehzahl (ωm), wobei eine Drehzahlabweichung (ωe), die eine Abweichung zwischen einem Referenzdrehzahlsignal (ωref) und der Motordrehzahl (ωm) ist, einer Hochpassfilterberechnung in einem Hochpassfilter (104) unterzogen wird, das Resultat der Hochpassfilterberechnung einer Verstärkungsberechnung in einem Drehzahlverstärkungskompensator (105) unterzogen wird, und das Resultat der Verstärkungsberechnung als Drehzahlkompensationsdrehmoment (τsc) ausgegeben wird; und Erzeugen des Motordrehmomentbefehls (τmr) durch Hinzuaddieren mindestens eines von außen eingegebenen Feedforward-Drehmomentsignals (τff) und des Drehzahlkompensationsdrehmoments (τsc).
Motorsteuerverfahren nach Anspruch 5, wobei bewirkt wird, dass die Frequenzcharakteristiken des Drehzahlkompensators für die Motordrehzahl (ωm) untere Grenzfrequenzcharakteristiken haben, bei denen eine stationäre Verstärkung ein sehr kleiner Wert einschließlich 0 ist.
Motorsteuerverfahren nach Anspruch 5, wobei ein auf der Basis eines von außen eingegebenen Motorbetriebsbefehls (ωcmd) und der Motordrehzahl (ωm) berechnetes Referenzdrehzahlsignal (ωref) empfangen wird, und das Drehzahlkompensationsdrehmoment (τsc) auf der Basis einer Drehzahlabweichung, die eine Differenz zwischen dem Referenzdrehzahlsignal und der (ωref) Motordrehzahl (ωm) ist, berechnet wird.
Motorsteuerverfahren nach Anspruch 7, die ferner Folgendes aufweist: auf der Basis des Motorbetriebsbefehls (ωcmd) Berechnen eines Beschleunigungs- und Verzögerungskompensationsdrehmoments (τacc) zum Erhöhen und Verringern der Drehzahl (ωm) des Motors (1) und der Maschinenlast (3) zur Anpassung an das Referenzdrehzahlsignal (ωref), und Erzeugen des Motordrehmomentbefehls (τmr) durch Hinzuaddieren des Beschleunigungs- und Verzögerungskompensationsdrehmoments (τacc), des Feedforward-Drehmomentsignals (τff) und des Drehzahlkompensationsdrehmoments (τsc).