JP2626173B2 - Speed fluctuation suppression control method for induction motor - Google Patents

Speed fluctuation suppression control method for induction motor

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JP2626173B2
JP2626173B2 JP2137574A JP13757490A JP2626173B2 JP 2626173 B2 JP2626173 B2 JP 2626173B2 JP 2137574 A JP2137574 A JP 2137574A JP 13757490 A JP13757490 A JP 13757490A JP 2626173 B2 JP2626173 B2 JP 2626173B2
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induction motor
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION 【産業上の利用分野】[Industrial applications]

この発明は、サイリスタ,トランジスタ等の半導体ス
イッチング素子を用いたインバータ装置などの電力変換
器により誘導電動機の可変速度制御を行う際に、負荷変
動等の要因による誘導電動機の速度変動を抑制する制御
方法に関する。 なお以下各図において同一の符合は同一もしくは相当
部分を示す。
The present invention relates to a control method for suppressing speed fluctuation of an induction motor due to factors such as load fluctuation when performing variable speed control of an induction motor by a power converter such as an inverter device using a semiconductor switching element such as a thyristor or a transistor. About. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.

【従来の技術】[Prior art]

第2図は誘導電動機のこの種の速度制御系の構成を簡
略に示したブロック図である。同図において1は速度設
定値NSを与える速度設定器、11はこの速度測定値NSと電
動機の回転速度の検出値Nとの差として速度偏差11aを
求める加算器、2はこの速度偏差11aを0とするよう
に、この偏差11aにいわゆるPI演算を施し、トルク指令2
aとして出力する速度調節器、3はこのトルク指令2aに
比例したトルクτMをこの誘導電動機に発生させる電流
変換器で、この例ではいわゆるベクトル制御方式のイン
バータ装置からなる。τLはこの電動機に外乱として加
わる負荷トルク、4は電動機機械系を等価的に示す積分
回路で、Jはこの機械系の回転慣性モーメントに対応す
る積分時定数である。また13は電動機発生トルクτMと
負荷とるくτLとの差が電動機機械系4への加速トルク
からなることから、仮想的この差を求める加算器であ
り、電動機機械系4の出力としてのNは、結果として生
ずる電動機の回転速度としての前記速度検出値である。 一般にこの種の電動機では、ある一定速度で電動機が
回転している時に、負荷トルクτLがステップ状に変化
すると、電動機回転速度NはdN/dt=(τM−τL)/J
で変化する。その後この回転速度Nが速度検出値として
制御装置に取り込まれ、速度設定器1の設定値NSと前記
速度検出値Nとの偏差量11aが速度調節器2の入力とな
り、この速度調節器2からその比例ゲインKおよび積分
時間Tに応じた調節量としてのトルク指令2aが出力さ
れ、結果的には速度検出値Nが速度設定値NSに一致する
ように電動機発生トルクτMを変化させる働きが行われ
る。 第3図は負荷トルクτLの印加時の各部の動きを示す
波形図である。負荷トルクτLの印加時及び除去時には
電動機回転速度ΔNだけ変動する。このΔNの大きさ
は、速度調節器2の比例ゲインKおよび積分時間Tに比
例する。
FIG. 2 is a block diagram schematically showing the configuration of this type of speed control system of the induction motor. In the figure, 1 is a speed setter for giving a speed set value NS, 11 is an adder for obtaining a speed deviation 11a as a difference between the measured speed value NS and a detected value N of the rotation speed of the motor, and 2 is a speed setter for this speed deviation 11a. A so-called PI operation is performed on the deviation 11a so that the deviation
The speed controller 3 for outputting as a is a current converter for causing the induction motor to generate a torque τM proportional to the torque command 2a. In this example, the speed controller 3 comprises a so-called vector control type inverter device. τL is a load torque applied as a disturbance to the electric motor, 4 is an integrating circuit equivalently representing the electric motor mechanical system, and J is an integral time constant corresponding to a rotational inertia moment of the electric mechanical system. Reference numeral 13 denotes an adder for virtually calculating the difference between the motor generated torque τM and the load τL, which is the acceleration torque applied to the motor mechanical system 4, and N as the output of the motor mechanical system 4 is N , The speed detection value as the resulting rotational speed of the motor. Generally, in this type of motor, if the load torque τL changes in a step-like manner while the motor is rotating at a certain constant speed, the motor rotation speed N becomes dN / dt = (τM−τL) / J
To change. Thereafter, the rotation speed N is taken into the control device as a detected speed value, and a deviation amount 11a between the set value NS of the speed setting device 1 and the detected speed value N becomes an input to the speed control device 2. A torque command 2a as an adjustment amount according to the proportional gain K and the integration time T is output, and as a result, the function of changing the motor generated torque τM so that the detected speed value N matches the set speed value NS is performed. Will be FIG. 3 is a waveform diagram showing the movement of each part when the load torque τL is applied. At the time of applying and removing the load torque τL, it fluctuates by the motor rotation speed ΔN. The magnitude of ΔN is proportional to the proportional gain K and the integration time T of the speed controller 2.

【発明が解決しようとする課題】[Problems to be solved by the invention]

上述のように従来の速度制御装置においては、負荷ト
ルクτLの印加時に速度変動を生じるが、負荷を通じて
多数の電動機が結合しているような圧延プラント等の設
備において、1台の電動機の速度が変動すると、被圧延
材料に余計なトルクを与えてしまい、伸び,擦り傷等の
原因となり、ひいては不良品として処分せねばならず、
製品歩留まりの低下に至る問題がある。 よって、この発明の課題は、誘導電動機の負荷トルク
変動をすみやかに検出し速度変動量を少なく抑え得る制
御方法を提供する事である。
As described above, in the conventional speed control device, the speed fluctuates when the load torque τL is applied. However, in a facility such as a rolling plant where a large number of motors are coupled through a load, the speed of one motor is reduced. If it fluctuates, extra torque will be applied to the material to be rolled, causing elongation, abrasion, etc., and it must be disposed of as a defective product.
There is a problem that leads to a decrease in product yield. Therefore, an object of the present invention is to provide a control method capable of promptly detecting a change in load torque of an induction motor and suppressing the amount of change in speed.

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

前記の課題を解決ために本発明の方法は、『誘導電動
機の速度設定値(NSなど)と速度検出値(Nなど)との
差(速度偏差11aなど)を0とするように、この差PI演
算を施してなるトルク指令(2aなど)を出力する速度調
節器(2など)、前記トルク指令に比例したトルクを前
記誘導電動機に発生させる電流変換器(3など)を備え
た誘導電動機の速度制御装置において、 前記トルク指令から(機械系モデル8などを介し)前
記誘導電動機に加わる負荷トルクを無視したときの前記
誘導電動機の回転速度の推定値(など)を求め、 次に(加算器6などを介し)この回転速度推定値と前
記速度検出値との差としての、前記負荷トルクに基づく
前記誘導電動機の回転速度の推定低下分(6aなど)を求
め、 この速度推定低下分に(ゲイン発生器7などのゲイン
相当分)比例した信号(負荷推定トルク など)を前記負荷トルクの補償分として(加算器9など
を介し)前記トルク指令に付加するように』するものと
する。
In order to solve the above-mentioned problem, the method of the present invention is based on the following method: "The difference (speed deviation 11a, etc.) between the speed setting value (NS, etc.) of the induction motor and the detected speed value (N, etc.) A speed controller (2 or the like) that outputs a torque command (2a or the like) obtained by performing a PI operation, and a current converter (3 or the like) that generates a torque proportional to the torque command to the induction motor. In the speed control device, an estimated value (or the like) of the rotation speed of the induction motor when the load torque applied to the induction motor is ignored (via the mechanical system model 8 or the like) from the torque command is obtained. 6), an estimated decrease (6a or the like) in the rotational speed of the induction motor based on the load torque is determined as the difference between the estimated rotational speed and the detected speed value. Gain generator 7, etc. Gain equivalent) signal proportional to (load estimated torque , Etc.) (via the adder 9 or the like) as a compensation for the load torque.

【作 用】[Operation]

制御装置内部に電動機と機械系のモデルをもたせ、速
度調節器出力信号と速度検出値とから、直接、負荷印加
トルクを推定し、この結果を速度調節器の出力に加算補
償することで、速度調節器の応答速度に無関係に速度変
動量の抑制を図るものである。
A motor and mechanical system model is provided inside the control device, the load applied torque is directly estimated from the speed controller output signal and the detected speed value, and the result is added to the output of the speed controller to compensate for the speed. It is intended to suppress the speed fluctuation amount regardless of the response speed of the controller.

【実施例】【Example】

第1図は本発明の実施例としての制御系のブロック図
で第2図に対応するものである。この中の1〜4,11,13
の構成要素は第2図で述べた従来技術の構成要素と同一
である。 本発明において追加される構成要素は、6〜9,12であ
り、この中6〜8,12が負荷トルク推定用の内部モデル10
を構成している。即ち6は回転速度検出値Nと内部速度
推定値との偏差(つまり負荷トルクτLの印加に基づ
く速度推定低下分)6aを演算する加算器、7はこの偏差
6aに比例(GM倍)した値として、負荷推定トルク を演算するゲイン発生器、9はこの負荷推定トルク を速度調節器2の出力としてトルク指令2aに加算して負
荷トルク の補償を行う加算器である。12は加算器9の加算値から
負荷推定トルク を減算してトルク指令2a相当値を得る加算器、8は機械
系モデルと呼ぶブロックで、電流変換器3と等しいゲイ
ンKC及び電動機機械系4と等しい時定数Jからなる積分
要素で、加算器12の出力としてのトルク指令2aから負荷
トルクτL(つまり外乱)が存在しない場合の速度推定
値を出力する。 言い換えれば、電動機機械系4の時定数Jと内部モデ
ル10中の機械系モデル8内の時定数Jが同一になるよう
にチューニングしてあれば、速度検出値Nと速度推定値
を一致させる量である負荷推定トルク は実際の負荷トルクτLに対応し、これを補償すること
になり、速度調節器2の応答に依存しない補償が可能で
ある。
FIG. 1 is a block diagram of a control system as an embodiment of the present invention and corresponds to FIG. 1 ~ 4,11,13
Are the same as those of the prior art described in FIG. The components added in the present invention are 6 to 9,12, of which 6 to 8,12 are internal models 10 for load torque estimation.
Is composed. That is, 6 is an adder for calculating a deviation 6a between the detected rotational speed N and the estimated internal speed (that is, a decrease in the estimated speed based on the application of the load torque τL) 6a is the deviation
Proportional to 6a as (G M times) the value, load estimated torque The gain generator 9 calculates the load estimation torque. Is added to the torque command 2a as the output of the speed controller 2, and the load torque Is an adder that compensates for 12 is the load estimated torque from the added value of the adder 9 Is an adder for obtaining a torque command 2a-equivalent value by subtracting the same. 8 is a block called a mechanical system model, and is an integral element having a gain KC equal to the current converter 3 and a time constant J equal to the motor mechanical system 4, From the torque command 2a as an output of 12, an estimated speed value when no load torque τL (that is, no disturbance) exists is output. In other words, if the time constant J of the electric motor mechanical system 4 and the time constant J of the mechanical system model 8 in the internal model 10 are tuned to be the same, the amount of matching between the detected speed value N and the estimated speed value is obtained. Is the estimated load torque Corresponds to the actual load torque τL, and compensates for this, so that compensation independent of the response of the speed controller 2 is possible.

【発明の効果】【The invention's effect】

本発明によれば、誘導電動機の速度設定値NSと速度検
出値Nとの差としての速度偏差11aを0とするように、
この偏差11aにPI演算を施してなるトルク指令2aを出力
する速度調節器2、前記トルク指令2aに比例したトルク
τMを前記誘導電動機に発生させる電流変換器3を備え
た誘導電動機の速度制御装置において、 前記トルク指令2aから機械系モデル8を介し前記誘導
電動機に加わる負荷トルクτLを無視したときの前記誘
導電動機の回転速度の推定値を求め、 次に加算器6を介しこの回転速度推定値と前記速度
検出値Nとの差としての、前記負荷トルクτLに基づく
前記誘導電動機の回転速度の推定低下分6aを求め、 この速度推定低下分6aにゲイン発生器7のゲインGM分
だけ比例した信号としての負荷推定トルク を前記負荷トルクの補償分として加算器9を介し前記ト
ルク指令2aに付加するようにしたので、 負荷トルク印加による微小速度変動が生じた場合、ほ
ぼ同時刻で負荷トルクを推定演算でき、速度調節器に関
係なく速度を維持するために必要な電動機発生トルクを
制御でき、結果として、速度変動を抑制することができ
る。
According to the present invention, the speed deviation 11a as the difference between the speed set value NS of the induction motor and the detected speed value N is set to 0,
A speed controller 2 for an induction motor including a speed controller 2 for outputting a torque command 2a obtained by performing a PI operation on the deviation 11a, and a current converter 3 for causing the induction motor to generate a torque τM proportional to the torque command 2a. An estimated value of the rotational speed of the induction motor when the load torque τL applied to the induction motor is ignored from the torque command 2a via the mechanical system model 8 is obtained. And an estimated decrease 6a in the rotational speed of the induction motor based on the load torque τL as a difference between the estimated speed 6 and the detected speed N. The estimated decrease 6a is proportional to the estimated decrease 6a by the gain GM of the gain generator 7. Estimated load torque as signal Is added to the torque command 2a via the adder 9 as a compensation amount of the load torque. Therefore, when a small speed fluctuation occurs due to the application of the load torque, the load torque can be estimated and calculated almost at the same time, and the speed adjustment can be performed. Therefore, it is possible to control the generated torque of the electric motor required to maintain the speed regardless of the motor, and as a result, it is possible to suppress speed fluctuation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の実施例としての制御ブロック図、 第2図は第1図に対応する従来の制御ブロック図、 第3図は第2図における負荷トルク印加時の応答例を示
す波形図である。 1:速度設定器、2:速度調節器、2a:トルク指令、3:電流
変換器、4:電動機機械系、6,9,11,12,13:加算器、7:ゲ
イン発生器、6a:速度推定低下分、8:機械系モデル、10:
負荷トルク推定用内部モデル、NS:速度設定値、N:速度
検出値、:速度推定値、τM:電動機発生トルク、τL:
負荷トルク、
FIG. 1 is a control block diagram as an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a conventional control block diagram corresponding to FIG. 1, and FIG. 3 is a waveform diagram showing a response example when a load torque is applied in FIG. It is. 1: Speed setting unit, 2: Speed controller, 2a: Torque command, 3: Current converter, 4: Motor mechanical system, 6, 9, 11, 12, 13: Adder, 7: Gain generator, 6a: Estimated speed reduction, 8: mechanical model, 10:
Internal model for load torque estimation, NS: speed setting value, N: speed detection value,: speed estimation value, τM: motor generated torque, τL:
Load torque,

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】誘導電動機の速度設定値と速度検出値との
差を0とするように、この差にPI演算を施してなるトル
ク指令を出力する速度調節器、前記トルク指令に比例し
たトルクを前記誘導電動機に発生させる電流変換器を備
えた誘導電動機の速度制御装置において、 前記トルク指令から前記誘導電動機に加わる負荷トルク
を無視したときの前記誘導電動機の回転速度の推定値を
求め、 次にこの回転速度推定値と前記速度検出値との差として
の、前記負荷トルクに基づく前記誘導電動機の回転速度
の推定低下分を求め、 この速度推定低下分に比例した信号を前記負荷トルクの
補償分として前記トルク指令に付加するようにしたこと
を特徴とする誘導電動機の速度変動抑制制御方法。
1. A speed controller for outputting a torque command obtained by performing a PI operation on a difference between a speed setting value and a speed detection value of an induction motor so as to make the difference zero, a torque proportional to the torque command. In the speed control device for an induction motor including a current converter that causes the induction motor to generate, an estimated value of a rotation speed of the induction motor when a load torque applied to the induction motor is ignored from the torque command, An estimated decrease in the rotational speed of the induction motor based on the load torque is calculated as a difference between the estimated rotational speed and the detected speed. A signal proportional to the estimated decrease in speed is used to compensate for the load torque. A speed fluctuation suppression control method for an induction motor, wherein the method is added to the torque command as a minute.
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