JP2008312385A - 電動機制御方法とそれを用いた電動機制御装置及びシステム制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の電動機による負荷バランス可能で与えられた速度指令どおりに制御でき、しかも他の電動機制御装置との連携を必要とせず、各電動機を独立して運転可能な電動機制御方法とそれを用いた電動機制御装置及びシステム制御装置を提供する。
【解決手段】 トルク指令に対する電動機の垂下特性信号を演算し、垂下特性信号を用いて速度指令を修正し、垂下特性信号の応答を遅らせた第２の垂下特性信号を演算し、第２の垂下特性信号を先の垂下特性信号とは逆符号で速度指令を修正するという手順で処理する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電動機制御方法とそれを用いた電動機制御装置及びシステム制御装置に関し、特に１つの機械を複数の電動機で駆動する際の負荷バランス制御と与えられた指令どおりの速度制御が可能なものである。

従来の電動機制御装置及びシステム制御装置は、複数の電動機が材料により機械的な結合および非結合状態を生じてライン速度が変動する場合において、速度調節器に垂下特性を持たせると共に、電動機の低速運転状態を検知する低速側優先回路の出力信号を入力とするライン速度調節器を設け、このライン速度調節器が電動機の負荷状態に応じてライン速度を目標値に一致するよう作動させることにより、ライン速度を常に一定に制御すると共に負荷バランスを安定に保持している（例えば特許文献１参照）。
図３において、速度調節器１１６は速度設定信号供給ラインから与えられた速度指令値と速度検出器１２０の出力値が一致するようなトルク指令を出力し、トルク調節器１１８は速度調節器１１６から出力されたトルク指令通りのトルクを発生させるように電動機１１０を制御する。垂下特性回路１２８はトルク指令に応じた速度指令を垂下させ、低速側優先回路１３６は速度検出器１２０から出力された各電動機の速度を入力し、低い方の速度を出力する。ライン速度調節器１３４は低速側優先回路１３６の出力値が速度設定値に一致するように速度指令補正値を演算し、速度設定値に加算するようにしている。
このようにして、従来の電動機制御装置及びシステム制御装置は、ライン速度を常に一定に制御すると共に負荷バランスを安定に保持して速度制御をするのである。
特公平１−１６１１５号公報（図２）

従来の電動機制御装置及びシステム制御装置は、各電動機の速度をすべて入力して低速側優先回路により、一番低い方の速度を出力するようになっているので、各電動機を駆動する制御装置は独立して制御することができず、制御装置間の配線や試運転時等で行う単独運転とシステム運転での設定変更が面倒といった問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、複数の電動機による負荷バランス可能で与えられた速度指令どおりに制御でき、しかも他の電動機制御装置との連携を必要とせず、各電動機を独立して運転可能な電動機制御方法とそれを用いた電動機制御装置及びシステム制御装置を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のようにしたのである。
請求項１記載の発明は、電動機への速度指令と電動機速度に基づいてトルク指令を演算し、前記トルク指令に対する前記電動機の垂下特性に基づき垂下特性信号を演算し、前記垂下特性信号を用いて前記速度指令を修正する電動機制御方法において、前記垂下特性信号の応答を遅らせた第２の垂下特性信号を演算し、前記第２の垂下特性信号を前記垂下特性信号とは逆符号で前記速度指令を修正するという手順をとり、また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記垂下特性信号の前記速度指令へ修正する符号は、前記トルク指令の符号と逆符号であり、前記第２の垂下特性信号の前記速度指令へ修正する符号は、前記トルク指令の符号と同符号とすることを特徴とするものである。
また、請求項３記載の発明は、複数の電動機とそれに接続した複数の電動機制御装置を用い、負荷バランスさせて１つの機械を運転するシステム制御方法において、請求項１に記載の電動機制御方法を用いて、前記各電動機の速度指令を修正することを特徴とするものである。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項４記載の発明は、電動機への速度指令と電動機速度に基づいてトルク指令を演算する速度制御回路と、前記トルク指令に対する前記電動機の垂下特性信号を出力する垂下特性回路と、前記垂下特性信号を用いて前記速度指令を修正する速度指令修正回路とを備えた電動機制御装置において、前記垂下特性信号の応答を遅らせて第２の垂下特性信号を得るローパスフィルタと、前記第２の垂下特性信号を用い、前記速度指令修正回路とは逆符号に前記速度指令を修正する第２の速度指令修正回路を備えており、また、請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記速度指令修正回路が前記速度指令へ修正する符号は、前記トルク指令の符号と逆符号であり、前記第２の速度指令修正回路が前記速度指令へ修正する符号は、前記トルク指令の符号と同符号であることを特徴とするものである。

また、請求項６記載の発明は、複数の電動機とそれに接続した複数の電動機制御装置を用い、負荷バランスさせて１つの機械を運転する上位コントローラを備えたシステム制御装置において、請求項４に記載の電動機制御装置を用いて、前記各電動機の速度指令を修正するようにした構成であり、また、請求項７に記載の発明は、複数の電動機とそれに接続した複数の電動機制御装置を用い、負荷バランスさせて１つの機械を運転する上位コントローラを備えたシステム制御装置において、前記電動機制御装置は、与えられた速度指令と電動機速度に基づいてトルク指令を演算する速度制御回路と、前記トルク指令に対する前記電動機の垂下特性信号を出力する垂下特性回路と、前記垂下特性信号を用いて前記速度指令を修正する速度指令修正回路を備え、前記上位コントローラは、前記電動機速度、前記トルク指令あるいは前記垂下特性信号の少なくとも１つを取り込み、前記電動機の第２の垂下特性信号を演算し、前記速度指令を修正して各電動機制御装置へ指令する構成であり、また、請求項８に記載の発明は、前記上位コントローラは、前記電動機の垂下特性信号を出力する垂下特性回路と、前記垂下特性信号を用いて前記各電動機制御装置への速度指令を修正する速度指令修正回路を備え、前記各電動機速度、前記各電動機制御装置のトルク指令の少なくとも１つを取り込み、前記電動機の垂下特性信号を演算し、前記速度指令を修正して前記各電動機制御装置へ指令する構成であることを特徴とするものである。

請求項１ないし８に記載の発明によると、複数の電動機による負荷バランスが可能で、かつ与えられた指令どおりに速度制御でき、しかも他の電動機制御装置との連携を必要としない電動機制御及びそれを用いた機械のシステム制御が可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明の電動機制御装置２０の概要構成図である。図において、1は電動機、２は電動機速度ωrを検出する速度検出器、３は電動機１への速度指令ωr*を出力する速度指令設定器、４は後述する速度指令修正回路で修正された速度指令ωr*_dashと電動機速度ωrを減算する減算回路、５は速度指令ωr*_dashと電動機速度ωrが一致するように比例・積分制御してトルク指令Ｔ*を出力する速度制御回路、６はトルク指令に基づいて電動機を駆動するドライブ回路である。
また、７はトルク指令Ｔ*に応じた第１の垂下特性信号ωd１を出力して速度指令を修正する第１の速度指令修正回路、８は第１の垂下特性信号の応答を遅らせて第２の垂下特性信号ωd2を得て第１の速度指令修正回路とは逆符号に修正する第２の速度指令修正回路である。なお、第２の速度指令修正回路で修正された速度指令は、減算回路４に入力される速度指令ωr*_dashである。
本発明が従来技術と異なる部分は、各電動機の速度をすべて入力して一番低い速度を出力する低速側優先回路を削除し、第１及び第２の速度指令修正回路を備えた部分である。

次に第１の速度指令修正回路７及び第２の速度指令修正回路８について説明する。
第１の速度指令修正回路７は、垂下特性回路９、ローパスフィルタ１０、減算器１１からなり、垂下特性回路９はトルク指令Ｔ*に比例した量を第１の垂下特性信号ωd１として出力し、ローパスフィルタ１０は第１の垂下特性信号ωd１の応答を遅らせて、速度指令修正回路７が原因で生じるハンチングを防止する。減算器１１はローパスフィルタ１０の出力を速度指令から減じて修正、つまり、後述する第２の速度指令修正回路８が修正した速度指令ωｒ*_dash１をωｒ*_dashに再修正して、それを減算器４に出力する。なお、速度制御は減算器４の出力に基づき行われる。
なお、垂下特性回路９は、トルク指令Ｔ*の定格量（１００％）に対し、どれだけの垂下量を出力させるかを設定するゲインや、上述したローパスフィルタ１０の時定数を変更可能とした構成としている。

第２の速度指令修正回路８は、ローパスフィルタ１２、加算器１３からなり、ローパスフィルタ１２は第１の垂下特性信号ωd１の応答を遅らせる。加算器１３はローパスフィルタ１２の出力を速度指令ωｒ*から減じて修正した速度指令ωｒ*_dash１を出力し、減算器１１に出力する。
なお、ローパスフィルタ１２により第１の速度指令修正回路７及び第２の速度指令修正回路８で行う速度指令修正の間で生じるハンチングを防止する。ローパスフィルタ１２の時定数は適用する機械によるが、負荷バランス制御を重視すればローパスフィルタ１０の時定数の数１０倍、速度指令どおりの速度制御を重視すれば数倍が目安となる。
なお、ローパスフィルタ１２の入力は、第１の速度指令修正回路７、つまりローパスフィルタ１０の出力としたが、垂下特性回路９の出力する第１の垂下特性信号ωd１としても同様に実施できる。

上記構成により、電動機制御装置２０では、電動機１への速度指令ωr*と電動機速度ωrが一致するように演算されたトルク指令Ｔ*に対する電動機１の垂下特性を垂下特性回路９の出力（垂下特性信号ωd1）として決定する。
次に、第１の速度指令修正回路７は垂下特性信号ωd1にローパスフィルタ１０を通し負符号で、さらに第２の速度指令修正回路８はローパスフィルタ１０の出力をローパスフィルタ１２を通し正符号で、速度指令ωr*を修正する。
第１の速度指令修正回路７の出力で負荷バランスさせ、トルク指令Ｔ*に変動が無い状態で所定の時間が経過すれば、第１の速度指令修正回路７と第２の速度指令修正回路８の出力は一致するので、修正された速度指令の合算値はゼロとなり、与えられた速度指令ωr*どおりで運転されるようになる。

このように、負荷バランスと与えられた速度指令どおりの運転が、他の電動機制御装置と連携せずに行える。

図２は第２実施例の構成を示す複数の電動機と電動機制御装置で１つの機械を制御するシステム制御装置の概要図である。
図において、図１と異なる部分は、速度指令設定器３に代えて上位コントローラ１４が速度指令を出力するようにし、上位コントローラ１４は垂下特性回路９’とローパスフィルタ１２、加算器１３からなる第２の速度指令修正回路８’を内蔵し、トルク指令Ｔ*を取り込み、第２の速度指令修正回路８’による速度指令への修正を上位コントローラ１４の内部で行うようにし、１つの機械（図示せず）を負荷バランスして制御する他の電動機制御装置３０も合わせて記載しているところであり、他の部分は図１と同様の構成であるので説明は省略する。
なお、第２の速度指令修正回路８’の動作は第２の速度指令修正回路８と同一であり、電動機制御装置３０は電動機制御装置２０と構成、動作ともに同一であるので、その説明は省略する。

上記構成により、電動機制御装置２０、３０を備え、１つの機械を負荷バランスさせて運転するシステム制御装置において、上位コントローラ１４は、各電動機制御装置のトルク指令Ｔ*を取り込み、第２の速度指令修正回路８’は垂下特性回路９’とローパスフィルタ１２を用いて各電動機の第２の垂下特性信号を演算し、速度指令ωr*を正符号で修正してそれぞれωr*_dash1、ωr*_dash2を求め、電動機制御装置２０，３０へ指令する。電動機制御装置２０、３０は、それぞれ与えられた速度指令ωr*_dash1、ωr*_dash2とそれに接続した電動機速度に基づいてトルク指令Ｔ*を演算し、トルク指令Ｔ*を入力とした第１の速度指令修正回路７は垂下特性回路９とローパスフィルタ１０を用いてこのトルク指令Ｔ*に対する電動機の垂下特性信号を用いて速度指令を負符号で修正する。
このようにして、第１の速度指令修正回路７の出力で負荷バランスさせ、トルク指令Ｔ*に変動が無い状態で所定の時間が経過すれば、第１の速度指令修正回路７と第２の速度指令修正回路８’の出力は一致するので、修正された速度指令の合算値はゼロとなり、与えられた速度指令ωr*どおりで運転されるようになる。

図２では、上位コントローラ１４にトルク指令Ｔ*を取り込むようにしたが、トルク指令Ｔ*に代えて、垂下特性回路９やローパスフィルタ１０の出力信号を取り込むようにすれば、垂下特性回路９’を削除して実施してもよいし、また電動機速度ωrを取り込むようにしてトルク指令Ｔ*に相当する値を演算するようにして実施してもよい。
また、第１の速度指令修正回路による速度指令への修正処理も、上位コントローラ１４に移しても同様に実施できることは言うまでもない。

このように、実施例２では図１に示した電動機制御装置２０の機能を上位コントローラ１４に一部移して、速度指令ωｒ*を修正し、速度指令ωｒ*_dash１を求める構成にしているので、負荷バランスを可能とし、速度指令ωｒ*を指令とした速度制御を、他の電動機制御装置との連携を必要とせず実施できる。

上記説明では、速度検出器２を用いて速度フィードバックする速度制御として説明したが、速度検出器２を用いずに、例えば電動機制御装置の状態量を用いて電動機速度を推定する速度センサレス制御であっても、全く同様に実施できる。
また、ライン速度を常に一定に制御するベルトコンベアといった機械に対してだけでなく、クレーンの走行装置や昇降装置など広く産業機械用途一般に適用できる。

本発明の第１実施例を示す電動機制御装置の概要図 本発明の第２実施例を示すシステム制御装置の概要図 従来の電動機制御装置の概要図

符号の説明

１ 電動機
２ 速度検出器
３ 速度指令設定回路
４ 減算回路
５ 速度制御回路
６ ドライブ回路
７ 第１の速度指令修正回路
８、８’、８” 第２の速度指令修正回路
９、９’ 垂下特性回路
１０、１２ ローパスフィルタ
１１ 減算器
１３ 加算器
１４ 上位コントローラ
２０、３０ 電動機制御装置
１１０ 電動機
１１６ 速度調節器
１１８ トルク調節器
１２０ 速度検出器
１２８ 垂下特性回路
１３４ ライン速度調節器
１３６ 低速側優先回路

Claims (8)

1. 電動機への速度指令と電動機速度に基づいてトルク指令を演算し、前記トルク指令に対する前記電動機の垂下特性に基づき垂下特性信号を演算し、前記垂下特性信号を用いて前記速度指令を修正する電動機制御方法において、
   前記垂下特性信号の応答を遅らせた第２の垂下特性信号を演算し、
   前記第２の垂下特性信号を前記垂下特性信号とは逆符号で前記速度指令を修正するようにしたことを特徴とする電動機制御方法。
2. 前記垂下特性信号の前記速度指令へ修正する符号は、前記トルク指令の符号と逆符号であり、前記第２の垂下特性信号の前記速度指令へ修正する符号は、前記トルク指令の符号と同符号であることを特徴とする請求項１に記載の電動機制御方法。
3. 複数の電動機とそれに接続した複数の電動機制御装置を用い、負荷バランスさせて１つの機械を運転するシステム制御方法において、
   請求項１に記載の電動機制御方法を用いて、前記各電動機の速度指令を修正するようにしたことを特徴とするシステム制御方法。
4. 電動機への速度指令と電動機速度に基づいてトルク指令を演算する速度制御回路と、前記トルク指令に対する前記電動機の垂下特性信号を出力する垂下特性回路と、前記垂下特性信号を用いて前記速度指令を修正する速度指令修正回路とを備えた電動機制御装置において、
   前記垂下特性信号の応答を遅らせて第２の垂下特性信号を得るローパスフィルタと、
   前記第２の垂下特性信号を用い、前記速度指令修正回路とは逆符号に前記速度指令を修正する第２の速度指令修正回路を備えたことを特徴とする電動機制御装置。
5. 前記速度指令修正回路が前記速度指令へ修正する符号は、前記トルク指令の符号と逆符号であり、前記第２の速度指令修正回路が前記速度指令へ修正する符号は、前記トルク指令の符号と同符号であることを特徴とする請求項４に記載の電動機制御装置。
6. 複数の電動機とそれに接続した複数の電動機制御装置を用い、負荷バランスさせて１つの機械を運転する上位コントローラを備えたシステム制御装置において、
   請求項４に記載の電動機制御装置を用いて、前記各電動機の速度指令を修正するように構成したことを特徴とするシステム制御装置。
7. 複数の電動機とそれに接続した複数の電動機制御装置を用い、負荷バランスさせて１つの機械を運転する上位コントローラを備えたシステム制御装置において、
   前記電動機制御装置は、与えられた速度指令と電動機速度に基づいてトルク指令を演算する速度制御回路と、前記トルク指令に対する前記電動機の垂下特性信号を出力する垂下特性回路と、前記垂下特性信号を用いて前記速度指令を修正する速度指令修正回路を備え、
   前記上位コントローラは、前記電動機速度、前記トルク指令あるいは前記垂下特性信号の少なくとも１つを取り込み、前記電動機の第２の垂下特性信号を演算し、前記速度指令を修正して各電動機制御装置へ指令する構成であることを特徴とするシステム制御装置。
8. 複数の電動機とそれに接続した複数の電動機制御装置を用い、負荷バランスさせて１つの機械を運転する上位コントローラを備えたシステム制御装置において、
   前記上位コントローラは、前記電動機の垂下特性信号を出力する垂下特性回路と、前記垂下特性信号を用いて前記各電動機制御装置への速度指令を修正する速度指令修正回路を備え、前記各電動機速度、前記各電動機制御装置のトルク指令の少なくとも１つを取り込み、前記電動機の垂下特性信号を演算し、前記速度指令を修正して前記各電動機制御装置へ指令する構成であることを特徴とするシステム制御装置。

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