JP2782605B2 - 自動制御装置 - Google Patents
自動制御装置Info
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- JP2782605B2 JP2782605B2 JP2002692A JP269290A JP2782605B2 JP 2782605 B2 JP2782605 B2 JP 2782605B2 JP 2002692 A JP2002692 A JP 2002692A JP 269290 A JP269290 A JP 269290A JP 2782605 B2 JP2782605 B2 JP 2782605B2
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- Control Of Electric Motors In General (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電動機駆動装置として用いられる電力変換回
路を制御する自動制御装置、特に出力リミッタ付積分増
幅器を備える比例積分増幅器を効用する自動制御装置に
関するものである。
路を制御する自動制御装置、特に出力リミッタ付積分増
幅器を備える比例積分増幅器を効用する自動制御装置に
関するものである。
電動機駆動装置として第３図に示すものが慣用されて
いる。
いる。
第３図は速度制御を行う直流電動機駆動装置の一例を
示し、１は速度設定器、２は速度制御回路、３は電流制
御回路、４は電力変換回路、５は出力電流検出器、６は
電動機、７は速度検出器、８は負荷機械である。ここ
に、21,31は加算器、22,32は増幅器である。
示し、１は速度設定器、２は速度制御回路、３は電流制
御回路、４は電力変換回路、５は出力電流検出器、６は
電動機、７は速度検出器、８は負荷機械である。ここ
に、21,31は加算器、22,32は増幅器である。
すなわち、かかる構成の動作は電流制御ループの外側
に速度制御フィードバックループをもつものとしてよく
知られており、速度制御回路２により速度設定器１と速
度検出器７の出力差が増幅され電流設定信号として電流
制御回路３に与えられる。ここで、直流電動機駆動装置
の場合この電流設定信号はトルク指令でもある。
に速度制御フィードバックループをもつものとしてよく
知られており、速度制御回路２により速度設定器１と速
度検出器７の出力差が増幅され電流設定信号として電流
制御回路３に与えられる。ここで、直流電動機駆動装置
の場合この電流設定信号はトルク指令でもある。
さらに電流制御回路３により、電流設定信号と出力電
流検出器５との差が増幅されて電力変換回路４に送ら
れ、電力変換回路４出力電流と電流設定信号が同じにな
るよう制御される。電力変換回路４は電動機６を駆動し
負荷機械８を運転する。
流検出器５との差が増幅されて電力変換回路４に送ら
れ、電力変換回路４出力電流と電流設定信号が同じにな
るよう制御される。電力変換回路４は電動機６を駆動し
負荷機械８を運転する。
つぎに、第３図装置の制御特性を伝達関数を用いて示
すと第４図のように示される。
すと第４図のように示される。
第４図において、200は速度制御回路、400はトルク発
生器、601は加算器、602は制御対象を示す。
生器、601は加算器、602は制御対象を示す。
すなわち、ω＊は速度設定であって速度設定器１出力
に相当し、τ＊はトルク指令であって第３図に示した速
度制御回路２出力に相当する。τは電動機６のトルク、
τＬは負荷機械８の負荷トルク、ωは電動機６の回転数
を示す。
に相当し、τ＊はトルク指令であって第３図に示した速
度制御回路２出力に相当する。τは電動機６のトルク、
τＬは負荷機械８の負荷トルク、ωは電動機６の回転数
を示す。
速度制御回路200においては、加算器201は加算器21に
相当し、増幅器22は、利得KPをもつ比例増幅器202,積分
時間KIの積分増幅器203および積分増幅器203出力を制限
するリミッタ回路204,比例増幅器202出力とリミッタ回
路204出力を加算する加算器205,増幅器22のリミッタ作
用を行う出力リミッタ回路206で示される。この速度制
御回路200の出力がトルク指令τ＊であることは勿論で
ある。
相当し、増幅器22は、利得KPをもつ比例増幅器202,積分
時間KIの積分増幅器203および積分増幅器203出力を制限
するリミッタ回路204,比例増幅器202出力とリミッタ回
路204出力を加算する加算器205,増幅器22のリミッタ作
用を行う出力リミッタ回路206で示される。この速度制
御回路200の出力がトルク指令τ＊であることは勿論で
ある。
さらに、電流制御回路3,電力変換回路４および電動機
６を理想的なトルク発生器として考え、利得（トルク発
生係数）KTをもつトルク発生器400として示され、トル
ク発生器400出力がトルクτである。
６を理想的なトルク発生器として考え、利得（トルク発
生係数）KTをもつトルク発生器400として示され、トル
ク発生器400出力がトルクτである。
このトルクτが負荷機械８に負荷トルクτＬを与え、
電動機６および負荷機械８の粘性抵抗τＤにさからい、
加速トルクτＡにて電動機を加速する。つまり、（τ＝
τＬ＋τＡ＋τＤ）で表わされる。
電動機６および負荷機械８の粘性抵抗τＤにさからい、
加速トルクτＡにて電動機を加速する。つまり、（τ＝
τＬ＋τＡ＋τＤ）で表わされる。
また加算器601はトルクτから負荷トルクτＬを差し引
いた（τＡ＋τＤ）を求め、電動機６の回転を求め、電
動機６の回転数ωは加速トルクτＡの積分値と電動機お
よび負荷機械のGD2,Jにより決まる。
いた（τＡ＋τＤ）を求め、電動機６の回転を求め、電
動機６の回転数ωは加速トルクτＡの積分値と電動機お
よび負荷機械のGD2,Jにより決まる。
このことは、速度制御回路200のリミッタ機能を無視
すると、回転数ωの速度設定ω＊に対する開ループ利得
な次式の如くである。
すると、回転数ωの速度設定ω＊に対する開ループ利得
な次式の如くである。
式（１）は分母が２次式であり安定は保証されないと
しても、ここで、〔KPKI（J/D）〕と設定することに
より、１次遅れ式、 となり、フィードバックループをも含めた回転数ωの速
度設定ω＊に対する応答は〔ω＝1/（１＋S/K）ω＊〕
となって安定となる。
しても、ここで、〔KPKI（J/D）〕と設定することに
より、１次遅れ式、 となり、フィードバックループをも含めた回転数ωの速
度設定ω＊に対する応答は〔ω＝1/（１＋S/K）ω＊〕
となって安定となる。
しかしながら、前述した安定は速度制御回路が飽和し
たり、各信号が第４図に示したリミッタ回路204,出力リ
ミッタ回路206にかからない場合に限られる。これを第
５図および第６図を参照して説明する。
たり、各信号が第４図に示したリミッタ回路204,出力リ
ミッタ回路206にかからない場合に限られる。これを第
５図および第６図を参照して説明する。
第５図はリミッタにかからない場合を示し、（ａ）は
速度設定ω＊と回転数ωの時間推移，（ｂ）は速度制御
回路200出力のトルク指令τ＊とその比例増幅器202出力
の信号PAと積分増幅器203出力がさらにリミッタ回路204
を通過した信号IAの時間推移を示している。
速度設定ω＊と回転数ωの時間推移，（ｂ）は速度制御
回路200出力のトルク指令τ＊とその比例増幅器202出力
の信号PAと積分増幅器203出力がさらにリミッタ回路204
を通過した信号IAの時間推移を示している。
すなわちリミッタのかからない速度応答として示され
る如く、前述の〔ω＝1/（１＋S/K）ω＊〕の応答の場
合には電動機の速度応答にオーバーシュートは発生しな
い。つまり、信号PAも信号IAも指数関数的に収束し、回
転数ωが速度設定ω＊に収束したときには、信号IAの収
束値は丁度回転数ωを速度設定ω＊に維持するに必要な
値（τＬ＋Ｄ）に相当する値となっている。
る如く、前述の〔ω＝1/（１＋S/K）ω＊〕の応答の場
合には電動機の速度応答にオーバーシュートは発生しな
い。つまり、信号PAも信号IAも指数関数的に収束し、回
転数ωが速度設定ω＊に収束したときには、信号IAの収
束値は丁度回転数ωを速度設定ω＊に維持するに必要な
値（τＬ＋Ｄ）に相当する値となっている。
つぎに、第６図は第５図に類して表わした積分増幅器
出力がリミッタにかかった場合を示し、VLはリミッタ回
路204,出力リミッタ回路206の制限値である。ここに、
信号IAの細線で表わした部分はリミッタ回路204がない
と想定した場合の変化を示す。
出力がリミッタにかかった場合を示し、VLはリミッタ回
路204,出力リミッタ回路206の制限値である。ここに、
信号IAの細線で表わした部分はリミッタ回路204がない
と想定した場合の変化を示す。
すなわち、時刻T10において速度設定ω＊が大きく変
化し、出力リミッタ回路204の制限値VLにかかり、トル
ク指令τ＊がそれ以上変化しなくなる。したがって、ト
ルク発生器400は一定トルクを出力し、電動機6,負荷機
械８はほぼ一定に加速する。時刻T11にて積分増幅器203
出力もリミッタ回路204の制御値VLにかかっていること
を示す。
化し、出力リミッタ回路204の制限値VLにかかり、トル
ク指令τ＊がそれ以上変化しなくなる。したがって、ト
ルク発生器400は一定トルクを出力し、電動機6,負荷機
械８はほぼ一定に加速する。時刻T11にて積分増幅器203
出力もリミッタ回路204の制御値VLにかかっていること
を示す。
やがて時刻T12にて回転数ωが速度設定ω＊に到達す
るに、この時刻T12前では回転数ωが速度設定ω＊より
低く積分増幅器203出力は低下せず、信号IAは制限値VL
のままである。よって回転数ωと速度設定ω＊とが一致
したにもかかわらず、信号IAおよびトルク指令τ＊はリ
ミッタ回路204および出力リミッタ回路206によって決ま
る制限値VLとなっている。
るに、この時刻T12前では回転数ωが速度設定ω＊より
低く積分増幅器203出力は低下せず、信号IAは制限値VL
のままである。よって回転数ωと速度設定ω＊とが一致
したにもかかわらず、信号IAおよびトルク指令τ＊はリ
ミッタ回路204および出力リミッタ回路206によって決ま
る制限値VLとなっている。
制限値VLは負荷トルクτＬおよび粘性抵抗τＤとはか
け離れて大きな値をもつ。したがって、トルク発生器40
0はトルク指令τ＊に従い、負荷トルクτＬおよび粘性
抵抗τＤよりも大きなトルクτを発生し、電動機等はさ
らに加速される。すなわち、電動機速度にオーバーシュ
ートが発生する。このオーバーシュートは速度のオーバ
ーシュート分により積分増幅器203出力が負荷トルクτ
Ｌおよび粘性抵抗τＤに相当する値に低下するまで続
く。
け離れて大きな値をもつ。したがって、トルク発生器40
0はトルク指令τ＊に従い、負荷トルクτＬおよび粘性
抵抗τＤよりも大きなトルクτを発生し、電動機等はさ
らに加速される。すなわち、電動機速度にオーバーシュ
ートが発生する。このオーバーシュートは速度のオーバ
ーシュート分により積分増幅器203出力が負荷トルクτ
Ｌおよび粘性抵抗τＤに相当する値に低下するまで続
く。
かようにして、単純な速度制御フィードバックループ
による手法を用いたものでは、制御回路部のリミッタ部
分や信号の飽和に起因する速度のオーバーシュートがさ
けられないものとなっていた。
による手法を用いたものでは、制御回路部のリミッタ部
分や信号の飽和に起因する速度のオーバーシュートがさ
けられないものとなっていた。
本発明は上述したような点に鑑み、特に速度制御回路
内の積分増幅器出力に対するリミッタ回路制限値を可変
とするものであり、トルク指令と回転数から負荷トルク
を推定し、負荷トルク粘性抵抗に応じた、すなわち速度
維持に必要なトルクに相当するリミッタ回路制限値を得
るようにしたものである。
内の積分増幅器出力に対するリミッタ回路制限値を可変
とするものであり、トルク指令と回転数から負荷トルク
を推定し、負荷トルク粘性抵抗に応じた、すなわち速度
維持に必要なトルクに相当するリミッタ回路制限値を得
るようにしたものである。
さらに具体的に詳しくは、トルク発生器へのトルク指
令（τ＊）とトルク発生器の推定トルク発生係数
（Ｔ）よりトルク発生器の発生トルクの推定値 を求め、回転数（ω）の変化と電動機および負荷機械の
慣性GD2,Jから加速トルクの推定値 を求め、 より負荷トルクおよび粘性抵抗によるトルクの推定値 を求め、この をトルク指令値（τLD ＊）に変換することより、速度制
御回路内の積分増幅器の出力の制限値を得るものであ
る。
令（τ＊）とトルク発生器の推定トルク発生係数
（Ｔ）よりトルク発生器の発生トルクの推定値 を求め、回転数（ω）の変化と電動機および負荷機械の
慣性GD2,Jから加速トルクの推定値 を求め、 より負荷トルクおよび粘性抵抗によるトルクの推定値 を求め、この をトルク指令値（τLD ＊）に変換することより、速度制
御回路内の積分増幅器の出力の制限値を得るものであ
る。
このように、積分増幅器のリミッタ回路の制限値を常
に負荷トルクおよび粘性抵抗に合わせて設定しておくこ
とにより、トルク指令が速度制御回路内の出力リミッタ
回路のリミッタにかかったまま電動機を加速させた場合
にも、速度制御回路出力を負荷トルクと粘性抵抗に相当
するトルク分、すなわちその回転数を維持するに必要な
だけのトルク指令に設定される。したがって電動機はそ
れ以上の加速はせず、速度設定と同じ回転数に良好に収
束することができる。
に負荷トルクおよび粘性抵抗に合わせて設定しておくこ
とにより、トルク指令が速度制御回路内の出力リミッタ
回路のリミッタにかかったまま電動機を加速させた場合
にも、速度制御回路出力を負荷トルクと粘性抵抗に相当
するトルク分、すなわちその回転数を維持するに必要な
だけのトルク指令に設定される。したがって電動機はそ
れ以上の加速はせず、速度設定と同じ回転数に良好に収
束することができる。
さらに本発明を実施例図面を参照して詳細説明する。
第１図は第４図に類して表わした本発明の一実施例を
示すもので、200′は速度制御回路、901は発生トルク推
定回路、902は加速トルク推定回路、903は加算器、904
は（トルク／トルク指令）の変換を行う変換回路であ
る。
示すもので、200′は速度制御回路、901は発生トルク推
定回路、902は加速トルク推定回路、903は加算器、904
は（トルク／トルク指令）の変換を行う変換回路であ
る。
すなわち、発生トルク推定回路901はトルク指令τ＊
からトルク発生器400の推定トルク発生係数Ｔを利得
としてトルク発生器の推定発生トルク を出力する。加速トルク推定回路902は電動機６および
負荷機械８の慣性GD2,Jの推定値から加速に寄与して
いる推定加速トルク を推定するもので、具体的には回転数ωの微分回路であ
る。
からトルク発生器400の推定トルク発生係数Ｔを利得
としてトルク発生器の推定発生トルク を出力する。加速トルク推定回路902は電動機６および
負荷機械８の慣性GD2,Jの推定値から加速に寄与して
いる推定加速トルク を推定するもので、具体的には回転数ωの微分回路であ
る。
加算器903にて推定発生トルクと推定加速トルクの差
を得る。すなわち加算器903の出力は負荷トルクτＬお
よび粘性抵抗τＤの推定値 となる。変換回路904は発生トルク推定回路901の利得の
逆数をその利得とし、入力 に相当するトルク指令値τLD ＊を出力する。
を得る。すなわち加算器903の出力は負荷トルクτＬお
よび粘性抵抗τＤの推定値 となる。変換回路904は発生トルク推定回路901の利得の
逆数をその利得とし、入力 に相当するトルク指令値τLD ＊を出力する。
一方、速度制御回路200′は積分増幅器203出力のリミ
ッタとしてリミッタ回路204′を有する。このリミッタ
回路204′はその制限値を格別に可変し得るものであ
り、その制限値は変換回路904出力のトルク指令値τ＊
LDにより設定されるものである。かような構成の速度応
答を第２図に示す。
ッタとしてリミッタ回路204′を有する。このリミッタ
回路204′はその制限値を格別に可変し得るものであ
り、その制限値は変換回路904出力のトルク指令値τ＊
LDにより設定されるものである。かような構成の速度応
答を第２図に示す。
第２図において、τ＊ LDは変換回路904出力で設定さ
れるリミッタ回路204′の制限値であり、信号IA′はリ
ミッタ回路204′出力である。
れるリミッタ回路204′の制限値であり、信号IA′はリ
ミッタ回路204′出力である。
いま時刻T20にて速度設定ω＊が大きく変化し、トル
ク設定τ＊は出力リミッタ回路206の制限値VLにかか
り、まもなく積分増幅器203出力も時刻21にてリミッタ
回路204′の制限値τ＊ LDにかかる。
ク設定τ＊は出力リミッタ回路206の制限値VLにかか
り、まもなく積分増幅器203出力も時刻21にてリミッタ
回路204′の制限値τ＊ LDにかかる。
比例増幅器出力の信号PAが（VL−τ＊ LD）より大きい
間はトルク指令τ＊は制限値VLであり、したがって、ト
ルク発生器400は制限値VLに相当する一定トルク発生
し、電動機６および負荷機械８はほぼ一定加速度で加速
する。
間はトルク指令τ＊は制限値VLであり、したがって、ト
ルク発生器400は制限値VLに相当する一定トルク発生
し、電動機６および負荷機械８はほぼ一定加速度で加速
する。
やがて、時刻T22にて回転数ωが速度設定ω＊に近づ
き信号PAが小さくなり、（VL＞PA＋τ＊ LD）となると、
トルク指令τ＊は信号PAの変化とともに低下し、時刻T
23にて回転数ωが速度設定ω＊と一致する。
き信号PAが小さくなり、（VL＞PA＋τ＊ LD）となると、
トルク指令τ＊は信号PAの変化とともに低下し、時刻T
23にて回転数ωが速度設定ω＊と一致する。
時刻23の時点についてみると、比例増幅器202出力の
信号PAは零であり、速度制御回路200′出力のトルク指
令τ＊は積分増幅器203およびリミッタ回路204′の出力
の信号IA′となっている。そのリミッタ回路204′出力
は変換回路904出力のτ＊ LDに制限されており、したが
って速度制御回路200′出力もτ＊ LDとなっている。こ
のτ＊ LDは、前述した如く負荷トルクτＬおよび電動機
６および負荷機械８の粘性抵抗分を推定した値であり、
τ＊ LDに相当するトルクをトルク発生器400が出力する
状態では、電動機は一定速度を維持する状態にある。す
なわち時刻T23以降は、電動機は一定速度となりオーバ
ーシュートは発生しない。
信号PAは零であり、速度制御回路200′出力のトルク指
令τ＊は積分増幅器203およびリミッタ回路204′の出力
の信号IA′となっている。そのリミッタ回路204′出力
は変換回路904出力のτ＊ LDに制限されており、したが
って速度制御回路200′出力もτ＊ LDとなっている。こ
のτ＊ LDは、前述した如く負荷トルクτＬおよび電動機
６および負荷機械８の粘性抵抗分を推定した値であり、
τ＊ LDに相当するトルクをトルク発生器400が出力する
状態では、電動機は一定速度を維持する状態にある。す
なわち時刻T23以降は、電動機は一定速度となりオーバ
ーシュートは発生しない。
以上詳述したように本発明によれば、速度制御回路内
の積分増幅器出力を常に負荷トルクおよび粘性抵抗に相
当する値に制限するよう変化させ、リミッタ回路や飽和
に起因するオーバーシュート発生の不具合を解消した電
動機駆動装置を実現し得る格別な装置を提供できる。
の積分増幅器出力を常に負荷トルクおよび粘性抵抗に相
当する値に制限するよう変化させ、リミッタ回路や飽和
に起因するオーバーシュート発生の不具合を解消した電
動機駆動装置を実現し得る格別な装置を提供できる。
なお、本説明は直流電動機駆動装置にて速度制御を行
う場合によるものとしたが、交流電動機駆動装置におい
ても他の制御方式においても本発明が適用されることは
勿論である。さらには説明の便宜上回路構成のものとし
たが、マイクロコンピュータを用いてソフト的に行うも
のとしても、本発明の主旨は有効であることは言うまで
もない。
う場合によるものとしたが、交流電動機駆動装置におい
ても他の制御方式においても本発明が適用されることは
勿論である。さらには説明の便宜上回路構成のものとし
たが、マイクロコンピュータを用いてソフト的に行うも
のとしても、本発明の主旨は有効であることは言うまで
もない。
第１図および第２図は本発明の一実施例の要部構成を示
す系統図およびその速度応答を示す図、第３図および第
４図は従来例の速度制御を行う直流電動機駆動装置を示
す構成図およびその制御特性図である。第５図および第
６図は第４図の説明のため表わしたリミッタにかからな
い場合およびリミッタにかかった場合を示す時間推移図
である。 2,200,200′……速度制御回路、６……電動機、８……
負荷機械、400……トルク発生器、901……発生トルク推
定回路、902……加速トルク推定回路、904……変換回
路、ω＊……速度設定、ω……回転数、τ＊……トルク
指令、τ……トルク、τＬ……負荷トルク、τＡ……加
速トルク、τＤ……粘性抵抗、PA,IA,IA′……信号、
VL,τ＊ LD……制限値。
す系統図およびその速度応答を示す図、第３図および第
４図は従来例の速度制御を行う直流電動機駆動装置を示
す構成図およびその制御特性図である。第５図および第
６図は第４図の説明のため表わしたリミッタにかからな
い場合およびリミッタにかかった場合を示す時間推移図
である。 2,200,200′……速度制御回路、６……電動機、８……
負荷機械、400……トルク発生器、901……発生トルク推
定回路、902……加速トルク推定回路、904……変換回
路、ω＊……速度設定、ω……回転数、τ＊……トルク
指令、τ……トルク、τＬ……負荷トルク、τＡ……加
速トルク、τＤ……粘性抵抗、PA,IA,IA′……信号、
VL,τ＊ LD……制限値。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−78806（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−100802（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−101981（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−218389（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−97188（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−274385（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H02P 5/00 G05D 3/00 G05B 13/02 G05B 11/42
Claims (1)
- 【請求項１】設定値と制御対象のフィードバック値との
偏差を増幅する比例積分増幅器を有し、該比例積分増幅
器出力をトルク指令として電力変換回路へ送出するべく
構成された自動制御装置において、前記トルク指令より
電動機の発生トルクの指定値 および電動機の回転数より加速トルクの推定値 を求め、かつ差 より負荷トルクの推定値を求める演算増幅器を設けると
ともに、該負荷トルクの推定値を前記比例積分増幅器が
備える積分増幅器の出力リミッタの制限値となるべく構
成したことを特徴とする自動制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002692A JP2782605B2 (ja) | 1990-01-10 | 1990-01-10 | 自動制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002692A JP2782605B2 (ja) | 1990-01-10 | 1990-01-10 | 自動制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03207285A JPH03207285A (ja) | 1991-09-10 |
| JP2782605B2 true JP2782605B2 (ja) | 1998-08-06 |
Family
ID=11536332
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002692A Expired - Lifetime JP2782605B2 (ja) | 1990-01-10 | 1990-01-10 | 自動制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2782605B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015122088A1 (ja) * | 2014-02-17 | 2015-08-20 | 株式会社島津製作所 | フィードバック制御装置 |
-
1990
- 1990-01-10 JP JP2002692A patent/JP2782605B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03207285A (ja) | 1991-09-10 |
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