JP2004201359A

JP2004201359A - モーター駆動制御装置

Info

Publication number: JP2004201359A
Application number: JP2002363263A
Authority: JP
Inventors: Seiji Takayanagi; 誠治高柳
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-12-16
Filing date: 2002-12-16
Publication date: 2004-07-15

Abstract

【課題】速度制御や駆動モータにて駆動される対象物の張力制御の精度を向上させることができるモータ駆動制御装置を得る。
【解決手段】駆動モータ８の主回路電圧Ｖと電流検出器１１によって検出された主回路電流Ｉと駆動モータ８の回転数Ｎに基づき無負荷損演算手段１２にて無負荷損Ｐ０が演算され、駆動モータ８の回転数Ｎに対応させて無負荷損演算手段１２に記憶される。そして、その時々の駆動モータ８の回転数に応じて無負荷損テーブルから無負荷損Ｐ０が求められ、また負荷損演算手段１４にて負荷損ＰＬが演算され、加算器２２にて両者が加算され、補償すべきメカロスＰＭ＝Ｐ０＋ＰＬとして、電流制御器６に入力され、サイリスタ回路７を介して駆動モータ８が制御される。メカロスが的確に補償されるので、速度制御や張力制御の精度が向上する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、単一駆動系や連続製造ライン駆動系等のモータ駆動制御装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、鉄鋼プラントにおけるコイル状に巻かれた帯状の薄鋼板を連続的に焼鈍やメッキ等のプロセス処理を行う連続製造ラインのモータ制御装置において、個々のモータの制御は各モータに対応して設けられた制御装置によりその速度やトルク等の制御が行われる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−３４４０５号公報（段落番号００１５、００１８及び図８）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の上記のようなモータ駆動制御装置において、速度制御の精度を向上させるために、無負荷運転時に測定されたモータの速度対負荷電流（トルク）特性に基づいて損失を補償する制御が行われている。しかし、この補償は実負荷運転時の負荷損等の負荷条件を考慮したものではないため、あまり正確なものではなかった。従って、製品品質に係わる速度や張力の制御精度の向上要求に対応できないという問題点があった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、駆動モータの速度制御や駆動モータにて駆動される対象物の張力制御の精度を向上させることができ、また制御の応答速度を早くすることが可能なモータ駆動制御装置を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るモータ駆動制御装置は、駆動モータを制御する制御装置、駆動モータに供給される電圧及び電流並びに駆動モータの回転数に基づき無負荷損及び負荷損をそれぞれ求める第１及び第２の手段、第１及び第２の手段により求められた無負荷損及び負荷損に基づき制御装置による駆動モータの制御を補償する補償制御手段を備えたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の一形態であるモータ駆動制御装置の構成図である。図１において、速度設定器１にて設定された速度基準ＲＥＦは比較器２１に入力される。比較器２１においてこのＲＥＦと後述の速度検出器９から得られた駆動モータ８の回転数Ｎとの偏差ΔＮが演算され、速度制御器５へ出力される。速度制御器５は上記偏差ΔＮを減少させる信号ＣＮを電流制御器６に出力する。電流制御器６には後で説明する加算器２２から出力された補償すべき無負荷損Ｐ０と負荷損ＰＬと、速度制御器５からの上記信号ＣＮが入力され、電流制御信号ＣＣが出力される。
【０００８】
サイリスタ回路７は、電流制御器６からの電流制御信号ＣＣに基づきサイリスタ回路７を介して駆動モータ８を制御する。駆動モータ８の回転数Ｎは速度検出器９により検出される。また、駆動モータ８の主回路電圧Ｖは電圧検出器１０により、主回路電流（駆動モータ８の負荷電流）Ｉは電流検出器１１によって検出される。無負荷損テーブル作成手段２０は、無負荷損演算手段１２と無負荷損テーブル記憶手段１３とを有する。無負荷損演算手段１２には、駆動モータ８の主回路電圧Ｖと、電流検出器１１によって検出された主回路電流Ｉと、速度検出器９にて検出された駆動モータ８の回転数Ｎが入力され、無負荷損Ｐ０が演算される。無負荷損演算手段１２は、この演算された無負荷損Ｐ０を駆動モータ８の回転数Ｎに対応させて無負荷損テーブルとして記憶している。
【０００９】
無負荷損Ｐ０は、そのときの駆動モータ８の回転数に応じて無負荷損記憶手段１３に記憶された無負荷損テーブルから求められ、加算器２２に入力される。負荷損演算手段１４には、電流検出器１１によって検出された主回路電流Ｉと、速度検出器９にて検出された駆動モータ８の回転数Ｎが入力され、負荷損ＰＬが演算される。演算結果は、補償すべき負荷損ＰＬとして、加算器２２に入力される。無負荷損Ｐ０と負荷損ＰＬとは、加算器２２にて加算され、補償すべきメカロスＰＭ＝Ｐ０＋ＰＬとして、電流制御器６に入力される。この実施の形態におけるモータ駆動制御装置は以上のように接続されている。
【００１０】
次に、動作説明に先立ち、無負荷損と負荷損とを合わせたいわゆるメカロスの求め方について説明する。
メカロスとよばれているものは、主に駆動モータの銅損に代表される負荷損と、機械損に代表される無負荷損に大別される。この２つを合わせて、一般的にメカロスと総称されている。すなわち、
ＰＭ（メカロス）＝ＰＬ（負荷損）＋Ｐ０（無負荷損）（１）
である。
駆動モータ側の負荷損に関しては、すでに実験式も確立されており正確に把握することができる。又、これを使用して無負荷損を正確に把握することができ、より正確な無負荷損テーブルの生成が可能である。
【００１１】
先ず、無負荷損は次の式（２）から求めることができる。

ここに、Ｖ：主回路電圧
Ｉ：主回路電流
２・Ｉ：モータブラシ損
Ｒａ：モータ主回路抵抗
Ｉ・Ｉ・Ｒａ：電機子抵抗損
である。
【００１２】
この無負荷損Ｐ０は、無負荷運転のときに、すなわち実際に材料を運ばず、機械のみを単独で運転する状態のときに駆動モータ８の負荷値（駆動モータ８の主回路電流Ｉ）から機械単独のメカロスを算出し、（２）式により回転数Ｎの関数としてテーブル化する。
また、負荷損ＰＬは、時々刻々の主回路電流Ｉ及び駆動モータ８の回転数Ｎから、次の式（３）にて求めることができる。
ＰＬ（負荷損）＝９７４（Ｉ・Ｉ・Ｒａ＋２・Ｉ）／Ｎ（３）
【００１３】
次に、動作について説明する。無負荷損演算手段１２は、無負荷運転時に電圧検出器１０から検出された主回路電圧Ｖと、電流検出器１１にて検出された負荷電流Ｉと、速度検出器９から検出された回転数Ｎから、無負荷損Ｐ０を上記の式（２）によって算出する。そして、回転速度を関数とした無負荷損テーブルとして無負荷損テーブル記憶手段１３に記憶する。この方法により正確な無負荷損失を得ることができる。これは無負荷運転時に実施し無負荷損（機械損）をテーブルとして作成するもので、一度作成すれば、条件が変わらない限り作成し直す必要はない。そして、実負荷運転時においては無負荷損テーブル記憶手段１３は速度検出器９から得られる時々刻々の回転数Ｎに基づいて無負荷損テーブルから無負荷損Ｐ０を求め、加算器２２へ出力する。
【００１４】
次に、負荷損であるが、実際の運転において、負荷損演算手段１４によって駆動モータ８の主回路電流Ｉと回転数Ｎから時々刻々の負荷損ＰＬを、上記式（３）に基づいて算出し、補償すべき負荷損ＰＬとして加算器２２に入力する。無負荷損Ｐ０と負荷損ＰＬが加算器２２にて加算され、補償すべきメカロスＰＭ＝Ｐ０＋ＰＬ（厳密に表現すれば補償すべきメカロスに相当する信号）として、電流制御器６に入力される。電流制御器６は、速度制御器５からの信号ＣＮとメカロスＰＭとに基づきサイリスタ回路７を介して駆動モータ８の回転数を制御する。
【００１５】
このようにすることにより、高速応答の電流制御ループでメカロスＰＭの補償が行われ、速度制御器５に入力される偏差ΔＮが減少し、制御の精度を向上させることができる。
【００１６】
実施の形態２．
図２は、この発明の他の実施の形態であるモータ駆動制御装置の構成図である。この実施の形態は、無負荷損Ｐ０と負荷損ＰＬの補償を速度制御による張力制御に適用したものである。張力設定器２にて設定された基準張力と図示しないプロセスラインの薄鋼板の実際の張力をフィードバックする張力フィードバック装置３のフィードバック値とが、張力制御器（比例積分器）４に入力され、基準張力と検出された張力との差の比例積分値が加算器２３に出力される。加算器２３にて、速度設定器１に設定された速度基準と加算され、比較器２１に供給される。その他の構成については、図１に示した実施の形態１と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。
【００１７】
次に動作であるが、張力設定器２に設定された基準張力と実際の張力との差に基づいて張力制御器４によって求められた比例積分値が、加算器２３にて速度基準値ＲＥＦに加算され、比較器２１を経て速度制御器５に与えられ、速度制御器５は薄鋼板の張力及び送り速度が基準値に近づくように駆動モータ８を制御する。これにより、高速応答の電流制御器６による電流制御ループでメカロスＰＭの補償を行うとともに、張力制御器４及び速度制御器５により薄鋼板の張力及び送り速度が制御されるので、薄鋼板の張力及び送り速度の制御精度が向上する。
【００１８】
実施の形態３．
図３は、さらにこの発明の他の実施の形態であるモータ駆動制御器の構成図である。この実施の形態は、無負荷損Ｐ０及び負荷損ＰＬ並びに張力の補償を巻取機又は払出機に適用したものである。図３において、張力設定器２にて設定された基準張力が、加算器３１に入力される。また、張力設定器２にて設定された基準張力と図示しないプロセスラインの薄鋼板の実際の張力をフィードバックする張力フィードバック装置３のフィードバック値とが、張力制御器４に入力され、基準張力と検出された張力との差の比例及び積分値が加算器３１に出力される。加算器３１は、この両者を加算して、張力ートルク変換器１５に与える。
【００１９】
一方、材料速度検出器１７にて検出された巻取機又は払出機における材料の巻き取りあるいは払出速度がダイヤ（ロール径）演算器１８及び慣性補償量演算器１９に入力される。ダイヤ演算器１８は、駆動モータ８の回転数Ｎと材料速度検出器１７にて検出された材料速度から加圧力等により動的に変動するロール直径を演算し、半径演算器１６にてロールの半径に換算して、張力ートルク変換器１５に与える。張力ートルク変換器１５は、先に説明した基準張力と実際の張力との差に基づいて求めた比例積分値と、ロール半径から制御すべきトルクを求めて加算器３２に出力する。
【００２０】
慣性補償量演算器１９は、材料速度検出器１７にて検出された材料速度と、ダイヤ演算器１８にて演算されたロール径からロールの回転数を求め、補償すべきロールの慣性エネルギーを求め、加算器３２に出力する。加算器３２は、補償すべきトルクと上記慣性エネルギーとを加算して、加算器３３に与える。加算器３３は、これと無負荷損テーブル記憶手段に記憶された無負荷損Ｐ０とを加算して加算器３４に与え、加算器３４はこれに負荷損演算手段１４にて求めた負荷損ＰＬを加算して電流制御器６に与え、サイリスタ回路７を介して駆動モータ８を制御する。その他の構成については、図１に示したものと同様のものである。
【００２１】
この実施の形態によればロール径の動的な変化を求めてこのロール径から制御すべき張力をトルクに変換し、さらに無負荷損Ｐ０及び負荷損ＰＬを補償するようにしたので、速度及び張力の制御の精度を向上させることができる。
【００２２】
なお、最適なメカロスの補償制御を行っているので、張力制御器４がなくても良好なる張力の制御精度を得ることができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、駆動モータを制御する制御装置、駆動モータに供給される電圧及び電流並びに駆動モータの回転数に基づき無負荷損及び負荷損をそれぞれ求める第１及び第２の手段、第１及び第２の手段により求められた無負荷損及び負荷損に基づき制御装置による駆動モータの制御を補償する補償制御手段を備えたので、メカロスが的確に補償されるので、速度制御や張力制御の精度が向上するモータ駆動制御器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の一形態であるモータ駆動制御器の構成図である。
【図２】この発明の他の実施の形態であるモータ駆動制御器の構成図である。
【図３】さらに、この発明の他の実施の形態であるモータ駆動制御器の構成図である。
【符号の説明】
１速度設定器、２張力設定器、３張力フィードバック装置、
４張力制御器、５速度制御器、６電流制御器、７サイリスタ回路、
８駆動モータ、９速度検出器、１０電圧検出器、１１電流検出器、
１２無負荷損演算手段、１３無負荷損テーブル記憶手段、
１４負荷損演算手段、１５張力−トルク演算器、１６半径演算器、
１７材料速度検出器、１８ダイヤ演算器、１９慣性補償量演算器、
２０無負荷損テーブル作成手段、２１比較器、
２２，３１，３２，３３加算器。

Claims

駆動モータを制御する制御装置、上記駆動モータに供給される電圧及び電流並びに上記駆動モータの回転数に基づき無負荷損及び負荷損をそれぞれ求める第１及び第２の手段、上記第１及び第２の手段により求められた上記無負荷損及び負荷損に基づき上記制御装置による上記駆動モータの制御を補償する補償制御手段を備えたモータ駆動制御装置。
上記制御装置は上記駆動モータの電流を制御する電流制御装置を有するものであり、上記補償制御手段は上記無負荷損及び負荷損に応じた補償値を上記電流制御装置に与えるものであることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動制御装置。
上記第１の手段は、上記駆動モータの回転数と上記無負荷損とを対応させた無負荷損テーブルを参照して上記無負荷損を求めるものであることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動制御装置。
上記駆動モータは駆動用ロールを介して帯状の材料を駆動するものであり、上記制御装置は上記駆動モータの電流を制御する電流制御装置及び上記帯状の材料の張力を制御する張力制御装置を有し、上記補償制御手段は上記無負荷損及び負荷損に応じた補償値を上記電流制御装置に与えるものであることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動制御装置。