JP2012135087A - Motor control device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a speed control technique of an AC motor capable of achieve a stable operation by suppressing speed fluctuation caused by a disturbance load torque.SOLUTION: A motor control device comprises: a speed regulator 101; a torque current regulator 102; a torque current gain part 201 which calculates an estimated torque current based on a torque current command; an acceleration/deceleration current conversion gain part 202 which calculates an estimated acceleration/deceleration current based on a rotational speed detection signal of the AC motor; a disturbance load torque observer gain part 203 which generates an estimated disturbance load torque current command by multiplying an estimated disturbance load torque current obtained by subtracting the estimated acceleration/deceleration torque current from the estimated torque current by filter processing and a conversion gain of a disturbance load torque current command; and a limiter 205 which limits a change limit of an output of the disturbance load torque observer gain part. The motor control device adds the output of the disturbance load torque observer gain part limited by the limiter to the torque command.

Description

本発明は、交流電動機の速度制御装置に係り、特に外乱負荷トルクによる速度変動を抑制することのできる交流電動機の速度制御装置に関する。   The present invention relates to a speed control device for an AC motor, and more particularly to a speed control device for an AC motor capable of suppressing speed fluctuation due to disturbance load torque.

交流電動機の速度制御装置は、一般に交流電動機の回転速度検出信号と回転速度指令信号を基にトルク電流指令信号を得るメジャーループの速度調整器と、マイナーループを構成するトルク電流調整器を備える。   2. Description of the Related Art An AC motor speed control device generally includes a major loop speed regulator that obtains a torque current command signal based on a rotational speed detection signal and a rotational speed command signal of the AC motor, and a torque current regulator that constitutes a minor loop.

前記トルク電流調整器から得られるトルク電流に前記速度調整器に対して外乱となる外乱負荷トルク電流を加減算して得られる加速/減速トルク電流が、交流電動機を加減速するためのトルク電流となる。また、前記速度調整器が、外乱負荷トルク電流と加速/減速トルク電流を含めたトルク電流指令を前記トルク電流調整器に出力することで、回転速度指令信号と一致するように交流電動機の回転速度を調整することができる。   An acceleration / deceleration torque current obtained by adding / subtracting a disturbance load torque current that causes a disturbance to the speed regulator to / from the torque current obtained from the torque current regulator becomes a torque current for accelerating / decelerating the AC motor. . The speed regulator outputs a torque current command including disturbance load torque current and acceleration / deceleration torque current to the torque current regulator, so that the rotational speed of the AC motor matches the rotational speed command signal. Can be adjusted.

また、前記速度調整器は、回転速度指令信号に対する速度指令応答および外乱負荷トルク電流に対する外乱応答を担い、回転速度指令信号に交流電動機の回転速度を追従させるように動作する(特許文献1参照)。   Further, the speed regulator carries a speed command response to a rotation speed command signal and a disturbance response to a disturbance load torque current, and operates so that the rotation speed of the AC motor follows the rotation speed command signal (see Patent Document 1). .

特開平7−46874号公報JP 7-46874 A

一般に鉄鋼圧延プラントに適用される交流電動機の速度調整器の応答は、適用される設備の用途に合わせて設計される。鉄鋼圧延プラントは、被圧延材料を薄く延ばすための圧延機、前記圧延機を駆動する交流電動機、前記交流電動機を任意の回転速度で運転するための電力変換装置を備える。前記交流電動機の速度制御装置は、一般に前記電動機を駆動する電力変換装置の制御回路に備えられる。   In general, the response of the speed regulator of an AC motor applied to a steel rolling plant is designed according to the application of the applied equipment. The steel rolling plant includes a rolling mill for extending a material to be rolled thinly, an AC motor for driving the rolling mill, and a power converter for operating the AC motor at an arbitrary rotational speed. The AC motor speed control device is generally provided in a control circuit of a power converter that drives the motor.

ところで、鉄鋼圧延プラント設備の更新工事においては、圧延機は更新せずに既存の設備をそのまま流用し、圧延機を駆動する交流電動機と交流電動機を駆動する電力変換装置のみを更新する場合がある。この場合には、既設圧延機の機械的強度に対する耐久性を考慮して、速度調整器の応答を低応答に設定しなければならない場合がある。   By the way, in the renewal construction of the steel rolling plant equipment, there is a case in which the existing equipment is used as it is without updating the rolling mill, and only the AC motor that drives the rolling mill and the power conversion device that drives the AC motor are updated. . In this case, considering the durability of the existing rolling mill with respect to the mechanical strength, the response of the speed regulator may have to be set to a low response.

速度調整器のみで交流電動機の回転速度を制御する場合、速度調整器は回転速度指令信号に対する速度指令応答と、外乱負荷トルク電流に対する外乱応答の両方を担うため、速度指令応答と外乱応答の双方が低応答設定となる。   When controlling the rotational speed of an AC motor using only the speed regulator, the speed regulator is responsible for both the speed command response to the rotational speed command signal and the disturbance response to the disturbance load torque current. Is a low response setting.

速度調整器を低応答設定とした場合、速度指令応答に対しても外乱応答に対しても、交流電動機を回転速度指令信号通りの回転速度に制御するためには、交流電動機の回転速度検出信号と回転速度指令信号の間には十分な速度偏差が必要である。   When the speed regulator is set to a low response setting, the rotational speed detection signal of the AC motor is used to control the alternating current motor to the rotational speed according to the rotational speed command signal for both the speed command response and the disturbance response. A sufficient speed deviation is required between the rotation speed command signal and the rotation speed command signal.

しかし、低速度運転領域では、運転速度自体が低速度であるため、特にインパクト的な外乱負荷トルク電流に対しては、速度調整器が応答するために必要な時間と応答可能な速度偏差が得られない。このため、速度調整器は、外乱負荷トルク電流に対抗するトルク電流指令を出力することができず、交流電動機が停止してしまうことがある。交流電動機が停止した場合、圧延機が駆動せず、被圧延材料を加工できないため、安定的な操業運転を実現することはできない。   However, since the driving speed itself is low in the low-speed driving range, the time required for the speed regulator to respond and the speed deviation that can be responded are obtained, especially for impact disturbance load torque current. I can't. For this reason, the speed regulator cannot output a torque current command that counters the disturbance load torque current, and the AC motor may stop. When the AC motor is stopped, the rolling mill is not driven and the material to be rolled cannot be processed, so that a stable operation operation cannot be realized.

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、外乱負荷トルクによる速度変動を抑制して安定な運転を実現することのできる交流電動機の速度制御技術を提供するものである。   The present invention has been made in view of such problems, and provides a speed control technique for an AC motor capable of suppressing speed fluctuation due to disturbance load torque and realizing stable operation.

本発明は上記課題を解決するため、次のような手段を採用した。   In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.

交流電動機の回転速度指令信号と回転速度検出信号をもとにトルク電流指令を生成する速度調整器と、生成されたトルク電流指令をもとに前記交流電動機に供給するトルク電流を制御するトルク電流調整器と、前記トルク電流指令をもとに推定トルク電流を演算するトルク電流換算ゲイン部と、前記交流電動機の回転速度検出信号をもと推定加速/減速トルク電流を演算する加速/減速電流換算ゲイン部と、前記推定トルク電流から前記推定加速/減速トルク電流を減算して得られる推定外乱負荷トルク電流にフィルタ処理と外乱負荷トルク電流指令換算ゲインを乗算し推定外乱負荷トルク電流指令を生成する外乱負荷トルクオブザーバゲイン部と、前記外乱負荷トルクオブザーバゲイン部の出力の変化割合を制限するリミッタを備え、前記リミッタにより制限された前記外乱負荷トルクオブザーバゲイン部出力を前記トルク指令に加算する。   A speed regulator that generates a torque current command based on the rotational speed command signal and the rotational speed detection signal of the AC motor, and a torque current that controls the torque current supplied to the AC motor based on the generated torque current command An adjuster, a torque current conversion gain unit for calculating an estimated torque current based on the torque current command, and an acceleration / deceleration current conversion for calculating an estimated acceleration / deceleration torque current based on the rotational speed detection signal of the AC motor The estimated disturbance load torque current obtained by subtracting the estimated acceleration / deceleration torque current from the estimated torque current is multiplied by a filter process and a disturbance load torque current command conversion gain to generate an estimated disturbance load torque current command. A disturbance load torque observer gain unit, and a limiter for limiting a change rate of an output of the disturbance load torque observer gain unit, It limited the disturbance load torque observer gain unit output is added to the torque command by limiter.

本発明は、以上の構成を備えるため、外乱負荷トルクによる速度変動を抑制して安定な運転を実現することのできる交流電動機の速度制御技術を提供することができる。   Since the present invention has the above-described configuration, it is possible to provide a speed control technique for an AC motor that can realize a stable operation by suppressing speed fluctuation due to disturbance load torque.

第1の実施形態を説明する図である。It is a figure explaining 1st Embodiment. 外乱負荷トルクオブザーバ制御部(200)の出力補償波形を示す図である。It is a figure which shows the output compensation waveform of a disturbance load torque observer control part (200). 第2の実施形態を説明する図である。It is a figure explaining 2nd Embodiment. 外乱負荷トルクオブザーバ制御部(300)の出力補償波形を示する図である。It is a figure which shows the output compensation waveform of a disturbance load torque observer control part (300). 交流電動機の速度制御装置を説明する図である。It is a figure explaining the speed control apparatus of an AC motor. 電力変換装置の全体構成を説明する図である。It is a figure explaining the whole structure of a power converter device.

以下、本発明の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。図6は、本発明が適用される電力変換装置の全体構成を説明する図である。図6に示すように、電力変換器は、交流電圧を直流電圧に変換する順変換器(500)、直流電圧を交流電圧に変換する逆変換器(600)、順変換器および逆変換器間を接続する正側直流母線(P)、中性点側直流母線(COM)、負側直流母線(N)、並びに正側直流母線(P)と中性点側直流母線(COM)間、負側直流母線(N)と中性点側直流母線(COM)の間に接続した平滑コンデンサ(Cp)(Cn)を備える。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 6 is a diagram illustrating the overall configuration of a power conversion device to which the present invention is applied. As shown in FIG. 6, the power converter includes a forward converter (500) that converts an AC voltage into a DC voltage, an inverse converter (600) that converts a DC voltage into an AC voltage, and between the forward converter and the inverse converter. Positive side DC bus (P), neutral point side DC bus (COM), negative side DC bus (N), negative side DC bus (P) and neutral point side DC bus (COM), negative A smoothing capacitor (Cp) (Cn) connected between the side DC bus (N) and the neutral point DC bus (COM) is provided.

順変換器(500)は、主商用電源(900)から変圧器(800)を介して得られる交流電圧を直流電圧(Ep)(En)に変換し、平滑コンデンサ(Cp)(Cn)を充放電することで、直流電圧(Ep)(En)を一定に保つように制御する。逆変換器(600)は、順変換器(500)が変換した直流電圧(Ep)(En)を任意周波数・振幅の交流電圧に変換し、交流電動機(700)に電力を供給/回生することで、交流電動機の回転速度を可変速制御する。交流電動機(700)の回転速度は、速度検出器(710)によって回転速度検出信号として検出され、逆変換器(600)に具備される速度制御装置(610)は前記回転速度検出信号をもとに交流電動機の回転速度を制御する。   The forward converter (500) converts an AC voltage obtained from the main commercial power supply (900) through the transformer (800) into a DC voltage (Ep) (En) and charges the smoothing capacitors (Cp) (Cn). By discharging, the DC voltage (Ep) (En) is controlled to be kept constant. The reverse converter (600) converts the DC voltage (Ep) (En) converted by the forward converter (500) into an AC voltage having an arbitrary frequency and amplitude, and supplies / regenerates power to the AC motor (700). Thus, the rotational speed of the AC motor is controlled at a variable speed. The rotational speed of the AC motor (700) is detected as a rotational speed detection signal by the speed detector (710), and the speed controller (610) provided in the inverse converter (600) is based on the rotational speed detection signal. To control the rotational speed of the AC motor.

図5は、電力変換装置に具備される交流電動機の速度制御装置(610)を説明する図である。速度制御装置は、交流電動機の回転速度検出信号と回転速度指令信号を基にトルク電流指令信号を得るメジャーループの速度調整器(101)と、マイナーループを構成するトルク電流調整器(102)を備える。図5において、トルク電流調整器(102)から出力されるトルク電流に、外乱負荷トルク電流を加減算することにより加速/減速トルク電流を得ることができる。また、得られた加速/減速トルク電流により交流電動機(103)の回転速度を制御する。また、前記交流電動機の回転速度の検出信号には速度検出ゲイン部(104)のゲインが乗算されて回転速度検出信号として速度調整器(101)へフィードバックされる。なお、前記外乱負荷トルク電流は、被圧延材の噛込み等の外乱として前記交流電動機に印加される付加トルクに相当する電流を模擬している。ここで、速度調整器(101)、トルク電流調整器(102)、交流電動機(103)、速度検出ゲイン部(104)の伝達関数は各々(1)〜(4)式で示される。

Figure 2012135087
Figure 2012135087
Figure 2012135087
Figure 2012135087
FIG. 5 is a diagram illustrating an AC motor speed control device (610) provided in the power converter. The speed control device includes a major loop speed regulator (101) that obtains a torque current command signal based on the rotational speed detection signal and the rotational speed command signal of the AC motor, and a torque current regulator (102) that constitutes a minor loop. Prepare. In FIG. 5, the acceleration / deceleration torque current can be obtained by adding / subtracting the disturbance load torque current to / from the torque current output from the torque current adjuster (102). Further, the rotational speed of the AC motor (103) is controlled by the obtained acceleration / deceleration torque current. The detection signal of the rotational speed of the AC motor is multiplied by the gain of the speed detection gain unit (104) and fed back to the speed regulator (101) as a rotational speed detection signal. The disturbance load torque current simulates a current corresponding to an additional torque applied to the AC motor as a disturbance such as biting of the material to be rolled. Here, the transfer functions of the speed regulator (101), the torque current regulator (102), the AC motor (103), and the speed detection gain unit (104) are respectively expressed by equations (1) to (4).
Figure 2012135087
Figure 2012135087
Figure 2012135087
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(但し、Kn:速度調整器比例ゲイン、 Tn2:速度調整器積分時定数、
KACR:トルク電流換算ゲイン、 Tc:トルク電流調整器積分時定数、
ζφ:トルク係数、J:慣性モーメント)
図1は、本発明の第1の実施形態を説明する図である。なお、図1は図5に示す速度制御ループに外乱負荷トルクオブザーバ制御部(200)を付加した構成である。
(However, Kn: Speed regulator proportional gain, Tn2: Speed regulator integral time constant,
KACR: torque current conversion gain, Tc: torque current regulator integral time constant,
(ζφ: torque coefficient, J: moment of inertia)
FIG. 1 is a diagram for explaining a first embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a configuration in which a disturbance load torque observer control unit (200) is added to the speed control loop shown in FIG.

図1において、外乱負荷トルクオブザーバ制御部(200)は、トルク電流換算ゲイン部(201)、加速/減速電流換算ゲイン部(202)、外乱負荷トルクオブザーバ制御ゲイン部(203)、外乱負荷トルクオブザーバ制御ゲイン部の応答の変化割合を交流電動機の運転回転速度に応じて可変に制限するためのレート制限リミッタ群(205)、および前記リミッタ群の中から所望のリミッタ特性を有するリミッタを回転速度に応じて選択する切換スイッチ(204)を備える。   In FIG. 1, a disturbance load torque observer control unit (200) includes a torque current conversion gain unit (201), an acceleration / deceleration current conversion gain unit (202), a disturbance load torque observer control gain unit (203), and a disturbance load torque observer. A rate limiting limiter group (205) for variably limiting the rate of change in response of the control gain unit in accordance with the operating rotational speed of the AC motor, and a limiter having a desired limiter characteristic from the limiter group to the rotational speed. A changeover switch (204) to be selected is provided.

前記トルク電流換算ゲイン部(201)は、前記速度調整器(101)の出力トルク電流指令から、トルク電流調整器(102)によって出力されるトルク電流を推定する。加速/減速電流換算ゲイン部(202)は、前記交流電動機の回転速度検出信号をもとに交流電動機の回転速度を加減速するための加速/減速トルク電流を推定する。   The torque current conversion gain unit (201) estimates the torque current output by the torque current regulator (102) from the output torque current command of the speed regulator (101). The acceleration / deceleration current conversion gain unit (202) estimates an acceleration / deceleration torque current for accelerating / decelerating the rotation speed of the AC motor based on the rotation speed detection signal of the AC motor.

前記トルク電流換算ゲイン部(201)が推定したトルク電流から前記加速/減速電流換算ゲイン部(202)が推定した加速/減速トルク電流を減算することにより、推定外乱負荷トルク電流を得ることができる。   The estimated disturbance load torque current can be obtained by subtracting the acceleration / deceleration torque current estimated by the acceleration / deceleration current conversion gain unit (202) from the torque current estimated by the torque current conversion gain unit (201). .

また、外乱負荷トルクオブザーバゲイン部(203)は、前記推定外乱負荷トルク電流に、フィルタ処理と外乱負荷トルク電流指令換算ゲインを乗算する処理を施し、推定外乱負荷トルク電流指令信号を得る。   The disturbance load torque observer gain unit (203) performs a process of multiplying the estimated disturbance load torque current by a filter process and a disturbance load torque current command conversion gain to obtain an estimated disturbance load torque current command signal.

なお、前記トルク電流換算ゲイン部(201)、加速/減速電流換算ゲイン部(202)、および外乱負荷トルクオブザーバゲイン部(203)の伝達関数は各々(5)〜(7)式で示される。

Figure 2012135087
Figure 2012135087
Figure 2012135087
The transfer functions of the torque current conversion gain unit (201), the acceleration / deceleration current conversion gain unit (202), and the disturbance load torque observer gain unit (203) are expressed by equations (5) to (7), respectively.
Figure 2012135087
Figure 2012135087
Figure 2012135087

(但し、Kb:外乱負荷トルク電流指令換算ゲイン、Tb:フィルタ時定数)
図2は、第1の実施形態における外乱負荷トルクオブザーバ制御部(200)の出力補償波形を示す。
(Kb: Disturbance load torque current command conversion gain, Tb: Filter time constant)
FIG. 2 shows an output compensation waveform of the disturbance load torque observer control unit (200) in the first embodiment.

前述したように、プラントの更新工事においては、圧延機は更新せずに、圧延機を駆動する交流電動機と交流電動機を駆動する電力変換装置のみを更新した場合等においては、既設圧延機の機械的強度の制約により、外乱負荷応答を低応答化しなければならないことがある。   As described above, in the plant renewal work, the rolling mill is not renewed, but only the AC motor that drives the rolling mill and the power converter that drives the AC motor are updated. The disturbance load response may have to be lowered due to constraints on the dynamic strength.

このような場合においては、外乱負荷トルクオブザーバ制御部(200)の応答を種々のレート(変化速度)に制限する複数のレート制限リミッタ(リミッタ群205)を配置し、これらのリミッタを交流電動機の回転速度に応じて切換スイッチ(204)で切り換える。これにより、既設圧延機の機械的強度負担に配慮し、且つ、低速度運転領域でのインパクト外乱負荷に対応することのできる交流電動機の速度制御を実現することが可能となる。   In such a case, a plurality of rate limiting limiters (limiter group 205) for limiting the response of the disturbance load torque observer control unit (200) to various rates (change speeds) are arranged, and these limiters are connected to the AC motor. The changeover switch (204) is used in accordance with the rotational speed. As a result, it is possible to realize speed control of the AC motor that takes into account the mechanical strength burden of the existing rolling mill and can cope with the impact disturbance load in the low speed operation region.

すなわち、低速度運転時には、レート制限リミッタ(205)による制限を弱めて(高レート設定)として、外乱負荷トルクオブザーバ出力を高応答設定とする。これにより、外乱負荷トルクオブザーバ出力は短時間でリミッタによる制限から解放される。このように、外乱負荷トルクオブザーバ制御部(200)の応答を高く設定することで、インパクト外乱負荷に対する回転速度検出信号と回転速度指令信号の速度偏差を最小限に抑制することができ、交流電動機が停止する可能性を最小限に抑制できる。   That is, during low-speed operation, the limit by the rate limit limiter (205) is weakened (high rate setting), and the disturbance load torque observer output is set to a high response setting. Thereby, the disturbance load torque observer output is released from the limit by the limiter in a short time. Thus, by setting the response of the disturbance load torque observer control unit (200) high, the speed deviation between the rotation speed detection signal and the rotation speed command signal with respect to the impact disturbance load can be suppressed to the minimum, and the AC motor Can be minimized.

一方、交流電動機の高速度運転時においては、既設圧延機の機械的強度負担を考慮し、レート制限リミッタ(205)による制限と強めて(低レート設定)とすることで、外乱負荷トルクオブザーバ制御部(200)の応答を制限する。すなわち、レート制限リミッタ(205)により外乱負荷トルクオブザーバ制御部(200)の応答を低く設定することで、外乱負荷に対する圧延機の機械的強度負担を軽減する。   On the other hand, during high-speed operation of the AC motor, disturbance load torque observer control is performed by considering the mechanical strength burden of the existing rolling mill and strengthening the limit by the rate limit limiter (205) (low rate setting). The response of the part (200) is limited. That is, by setting the response of the disturbance load torque observer control unit (200) low by the rate limiter (205), the mechanical strength burden of the rolling mill against the disturbance load is reduced.

以上説明したように、本実施形態によれば、圧延機の機械的強度負担を軽減しつつも、低速度運転領域におけるインパクト外乱負荷に対する交流電動機の速度制御が可能となる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to control the speed of the AC motor with respect to the impact disturbance load in the low speed operation region while reducing the mechanical strength burden of the rolling mill.

図3は、本発明の第2の実施形態を説明する図であり、図1に示す速度制御ループに外乱負荷トルクオブザーバ制御部(300)を付加した構成である。   FIG. 3 is a diagram for explaining a second embodiment of the present invention, in which a disturbance load torque observer control unit (300) is added to the speed control loop shown in FIG.

図3において、外乱負荷トルクオブザーバ制御部(300)は、トルク電流換算ゲイン部(201)、加速/減速電流換算ゲイン部(202)、外乱負荷トルクオブザーバ制御ゲイン部(203)、および外乱負荷トルクオブザーバ出力調整ゲイン部(301)を備える。ここで、外乱負荷トルクオブザーバ出力調整ゲイン部(301)は、外乱負荷トルクオブザーバゲイン部(203)の出力に制限を加え、前記出力を交流電動機運転回転速度に応じて徐々に低減させる。   In FIG. 3, a disturbance load torque observer control unit (300) includes a torque current conversion gain unit (201), an acceleration / deceleration current conversion gain unit (202), a disturbance load torque observer control gain unit (203), and a disturbance load torque. An observer output adjustment gain unit (301) is provided. Here, the disturbance load torque observer output adjustment gain unit (301) limits the output of the disturbance load torque observer gain unit (203), and gradually reduces the output in accordance with the AC motor operation rotational speed.

前記トルク電流換算ゲイン部(201)は、前記速度調整器(101)の出力トルク電流指令をもとにトルク電流調整器(102)によって出力されるトルク電流を推定する。加速/減速電流換算ゲイン部(202)は、前記交流電動機の回転速度検出信号をもとに交流電動機の回転速度を加減速するための加速/減速トルク電流を推定する。   The torque current conversion gain unit (201) estimates the torque current output by the torque current regulator (102) based on the output torque current command of the speed regulator (101). The acceleration / deceleration current conversion gain unit (202) estimates an acceleration / deceleration torque current for accelerating / decelerating the rotation speed of the AC motor based on the rotation speed detection signal of the AC motor.

前記トルク電流換算ゲイン部(201)が推定したトルク電流から前記加速/減速電流換算ゲイン部(202)が推定した加速/減速トルク電流を減算することにより、推定外乱負荷トルク電流を得ることができる。   The estimated disturbance load torque current can be obtained by subtracting the acceleration / deceleration torque current estimated by the acceleration / deceleration current conversion gain unit (202) from the torque current estimated by the torque current conversion gain unit (201). .

また、外乱負荷トルクオブザーバゲイン部(203)は、前記推定外乱負荷トルク電流に、フィルタ処理と外乱負荷トルク電流指令換算ゲインを乗算する処理を施し、推定外乱負荷トルク電流指令信号を得る。   The disturbance load torque observer gain unit (203) performs a process of multiplying the estimated disturbance load torque current by a filter process and a disturbance load torque current command conversion gain to obtain an estimated disturbance load torque current command signal.

図4は、第2の実施形態における外乱負荷トルクオブザーバ制御部(300)の出力補償波形を示す。   FIG. 4 shows an output compensation waveform of the disturbance load torque observer control unit (300) in the second embodiment.

前述のように、プラントの更新工事においては、圧延機は更新せずに、圧延機を駆動する交流電動機と交流電動機を駆動する電力変換装置のみを更新した場合等においては、既設圧延機の機械的強度の制約により、外乱負荷応答を低応答化しなければならないことがある。   As described above, in the renewal work of the plant, when the rolling mill is not updated, only the AC motor that drives the rolling mill and the power converter that drives the AC motor are updated, etc., the machine of the existing rolling mill The disturbance load response may have to be lowered due to constraints on the dynamic strength.

このような場合においては、外乱負荷トルクオブザーバゲイン部(203)の出力補償量を交流電動機運転回転速度に応じて可変に制限する外乱負荷トルクオブザーバ制御出力調整ゲイン部(301)を設けることにより、既設圧延機の機械的強度負担に配慮し、且つ、低速度運転領域でのインパクト外乱負荷に対する交流電動機の速度制御が可能となる。   In such a case, by providing a disturbance load torque observer control output adjustment gain unit (301) that variably limits the output compensation amount of the disturbance load torque observer gain unit (203) according to the AC motor operation rotation speed, Considering the mechanical strength burden of the existing rolling mill, it becomes possible to control the speed of the AC motor with respect to the impact disturbance load in the low speed operation region.

すなわち、低速時においては、外乱負荷トルクオブザーバ制御出力調整ゲイン部(301)による出力制限を弱く設定して、外乱負荷トルクオブザーバ出力補償量に対する制限を弱く(制限しないように)設定する。これにより、外乱負荷に対する回転速度検出信号と回転速度指令信号の速度偏差を最小限に抑制することができ、交流電動機が停止する可能性を最小限にして低速度運転時の交流電動機速度制御を可能とする。   That is, at the time of low speed, the output restriction by the disturbance load torque observer control output adjustment gain unit (301) is set to be weak, and the restriction on the disturbance load torque observer output compensation amount is set to be weak (not limited). As a result, the speed deviation between the rotational speed detection signal and the rotational speed command signal with respect to the disturbance load can be suppressed to a minimum, and the AC motor speed control during low-speed operation can be performed while minimizing the possibility that the AC motor will stop. Make it possible.

一方、交流電動機の高速度運転時においては、既設圧延機の機械的強度負担を考慮し、外乱負荷トルクオブザーバ制御出力調整ゲイン部(301)により、外乱負荷トルクオブザーバ出力補償量を制限する。これにより、外乱負荷に対する外乱応答は、低応答設定である速度調整器が担うことになり、圧延機への機械的強度負担を軽減できる。   On the other hand, during high-speed operation of the AC motor, the disturbance load torque observer output compensation amount is limited by the disturbance load torque observer control output adjustment gain unit (301) in consideration of the mechanical strength burden of the existing rolling mill. Thereby, the disturbance response with respect to disturbance load will be borne by the speed regulator which is a low response setting, and the mechanical strength burden to the rolling mill can be reduced.

このように、外乱負荷トルクオブザーバ制御出力調整ゲイン部(301)は、交流電動機の回転速度に応じて、低速度運転時から高速度運転時に向けて、徐々にその出力を低減するように設定する。これにより、急激な外乱応答の変動を防止し、交流電動機の安定運転を実現するすることができる。   As described above, the disturbance load torque observer control output adjustment gain unit (301) is set so as to gradually reduce the output from the low speed operation to the high speed operation according to the rotational speed of the AC motor. . Thereby, the fluctuation | variation of a sudden disturbance response can be prevented and the stable driving | operation of an AC motor can be implement | achieved.

以上説明したように、本実施形態によれば、圧延機の機械的負担を軽減しつつも、低速度運転領域におけるインパクト外乱負荷に対する交流電動機の安定した速度制御が可能となる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to stably control the speed of the AC motor with respect to the impact disturbance load in the low speed operation region while reducing the mechanical burden on the rolling mill.

101 速度調整器
102 トルク電流調整器
103 交流電動機/トルク係数
104 速度検出ゲイン部
200 外乱負荷トルクオブザーバ制御部
201 トルク電流換算ゲイン部
202 加速/減速電流換算ゲイン部
203 外乱負荷トルクオブザーバゲイン部
204 切換スイッチ
205 レート制限リミッタ群
300 外乱負荷トルクオブザーバ制御部
301 外乱負荷トルクオブザーバ出力調整ゲイン部
500 順変換器
600 逆変換器
700 交流電動機
710 速度検出器
610 速度制御装置
800 主変圧器
900 主商用電源
101 Speed regulator
102 Torque current regulator
103 AC motor / torque coefficient
104 Speed detection gain section
200 Disturbance load torque observer controller
201 Torque current conversion gain section
202 Acceleration / deceleration current conversion gain section
203 Disturbance load torque observer gain section
204 selector switch
205 Rate limiter group
300 Disturbance load torque observer controller
301 Disturbing load torque observer output adjustment gain unit 500 Forward converter 600 Reverse converter 700 AC motor
710 Speed detector
610 Speed control device
800 Main transformer
900 Main commercial power supply

Claims (4)

交流電動機の回転速度指令信号と回転速度検出信号をもとにトルク電流指令を生成する速度調整器と、
生成されたトルク電流指令をもとに前記交流電動機に供給するトルク電流を制御するトルク電流調整器と、
前記トルク電流指令をもとに推定トルク電流を演算するトルク電流換算ゲイン部と、
前記交流電動機の回転速度検出信号をもと推定加速/減速トルク電流を演算する加速/減速電流換算ゲイン部と、
前記推定トルク電流から前記推定加速/減速トルク電流を減算して得られる推定外乱負荷トルク電流にフィルタ処理と外乱負荷トルク電流指令換算ゲインを乗算し推定外乱負荷トルク電流指令を生成する外乱負荷トルクオブザーバゲイン部と、
前記外乱負荷トルクオブザーバゲイン部の出力の変化割合を制限するリミッタを備え、
前記リミッタにより制限された前記外乱負荷トルクオブザーバゲイン部出力を前記トルク指令に加算することを特徴とする電動機制御装置。
A speed regulator that generates a torque current command based on the rotational speed command signal and the rotational speed detection signal of the AC motor;
A torque current regulator for controlling the torque current supplied to the AC motor based on the generated torque current command;
A torque current conversion gain unit for calculating an estimated torque current based on the torque current command;
An acceleration / deceleration current conversion gain unit for calculating an estimated acceleration / deceleration torque current based on the rotation speed detection signal of the AC motor;
A disturbance load torque observer for generating an estimated disturbance load torque current command by multiplying the estimated disturbance load torque current obtained by subtracting the estimated acceleration / deceleration torque current from the estimated torque current by a filter process and a disturbance load torque current command conversion gain. A gain section;
A limiter for limiting the rate of change of the output of the disturbance load torque observer gain section;
An electric motor control device characterized by adding the disturbance load torque observer gain section output limited by the limiter to the torque command.
請求項1記載の電動機制御装置において、
前記リミッタは、前記交流電動機の回転速度に応じて、低速度運転時から高速度運転時に向けて徐々に制限を強めることを特徴とする電動機制御装置。
The electric motor control device according to claim 1,
The motor control device according to claim 1, wherein the limiter gradually increases a limit from a low speed operation to a high speed operation according to a rotation speed of the AC motor.
交流電動機の回転速度指令信号と回転速度検出信号をもとにトルク電流指令を生成する速度調整器と、
生成されたトルク電流指令をもとに前記交流電動機に供給するトルク電流を制御するトルク電流調整器と、
前記トルク電流指令をもとに推定トルク電流を演算するトルク電流換算ゲイン部と、
前記交流電動機の回転速度検出信号をもと推定加速/減速トルク電流を演算する加速/減速電流換算ゲイン部と、
前記推定トルク電流から前記推定加速/減速トルク電流を減算して得られる推定外乱負荷トルク電流にフィルタ処理と外乱負荷トルク電流指令換算ゲインを乗算し推定外乱負荷トルク電流指令を生成する外乱負荷トルクオブザーバゲイン部と、
前記外乱負荷トルクオブザーバゲイン部の出力を制限する外乱負荷トルクオブザーバ出力調整ゲイン部を備え、
前記外乱負荷トルクオブザーバ出力調整ゲイン部により制限された前記外乱負荷トルクオブザーバゲイン部出力を前記トルク指令に加算することを特徴とする電動機制御装置。
A speed regulator that generates a torque current command based on the rotational speed command signal and the rotational speed detection signal of the AC motor;
A torque current regulator for controlling the torque current supplied to the AC motor based on the generated torque current command;
A torque current conversion gain unit for calculating an estimated torque current based on the torque current command;
An acceleration / deceleration current conversion gain unit for calculating an estimated acceleration / deceleration torque current based on the rotation speed detection signal of the AC motor;
A disturbance load torque observer for generating an estimated disturbance load torque current command by multiplying the estimated disturbance load torque current obtained by subtracting the estimated acceleration / deceleration torque current from the estimated torque current by a filter process and a disturbance load torque current command conversion gain. A gain section;
A disturbance load torque observer output adjustment gain unit for limiting the output of the disturbance load torque observer gain unit;
An electric motor control device, wherein the disturbance load torque observer gain unit output limited by the disturbance load torque observer output adjustment gain unit is added to the torque command.
請求項3記載の電動機制御装置において、
前記外乱負荷トルクオブザーバ出力調整ゲイン部は、前記交流電動機の回転速度に応じて、低速度運転時から高速度運転時に向けて、徐々にその出力を低減することを特徴とする電動機制御装置。
In the electric motor control device according to claim 3,
The disturbance load torque observer output adjustment gain unit gradually reduces the output from a low speed operation to a high speed operation according to the rotational speed of the AC motor.
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