JP2786635B2 - 電動機の制御装置 - Google Patents
電動機の制御装置Info
- Publication number
- JP2786635B2 JP2786635B2 JP63083130A JP8313088A JP2786635B2 JP 2786635 B2 JP2786635 B2 JP 2786635B2 JP 63083130 A JP63083130 A JP 63083130A JP 8313088 A JP8313088 A JP 8313088A JP 2786635 B2 JP2786635 B2 JP 2786635B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- motor
- speed
- torque
- current
- outputs
- Prior art date
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- Expired - Lifetime
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- Control Of Electric Motors In General (AREA)
- Control Of Direct Current Motors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、軸を介して負荷と結合された電動機を、
マイナループで電機子電流の制御を行いながら、メイン
ループで電動機速度の制御を行うような電動機の制御装
置に関するものである。
マイナループで電機子電流の制御を行いながら、メイン
ループで電動機速度の制御を行うような電動機の制御装
置に関するものである。
従来、この種の制御装置として、状態観測器を用いて
軸トルク，負荷トルク，負荷速度をそれぞれ推定し、こ
れらの推定量を速度調節器の出力信号に加算して、負荷
急変時等に発生する軸のねじり振動を束するとゝもに、
速度のインパクトドロップおよびリカバリータイムをよ
り小さく制御するものが知られている。
軸トルク，負荷トルク，負荷速度をそれぞれ推定し、こ
れらの推定量を速度調節器の出力信号に加算して、負荷
急変時等に発生する軸のねじり振動を束するとゝもに、
速度のインパクトドロップおよびリカバリータイムをよ
り小さく制御するものが知られている。
しかしながら、このような装置は、軸トルク，負荷ト
ルク，負荷速度を推定する必要があるため、状態観測器
の回路構成が複雑となって多くの部品を必要とするだけ
でなく、推定値が実際値と一致するように調整するのに
多くの調整時間が必要になると云う問題がある。
ルク，負荷速度を推定する必要があるため、状態観測器
の回路構成が複雑となって多くの部品を必要とするだけ
でなく、推定値が実際値と一致するように調整するのに
多くの調整時間が必要になると云う問題がある。
したがって、この発明は軸ねじり振動を速度制御系の
応答を損なうことなく、簡単な回路で、しかも短い時間
で抑制できるようにすることを目的とする。
応答を損なうことなく、簡単な回路で、しかも短い時間
で抑制できるようにすることを目的とする。
この発明は、状態観測器を、電機子電流実際値と推定
軸トルクとが与えられて電動機速度に相当する信号を出
力する電動機モデルと、この電動機モデルから出力され
る電動機速度に相当する信号と電動機速度実際値との偏
差を求める加算器と、この加算器からの偏差に所定ゲイ
ンを掛けて推定軸トルクを出力する比例ゲイン要素と、
推定軸トルクに界磁磁束に対応したゲインを与えて前記
推定軸トルクの電流換算値信号を出力する第１の界磁模
擬要素とから構成し、さらに、電動機モデルを、電機子
電流実際値に界磁磁束に対応したゲインを与えて電動機
トルクを出力する第２の界磁模擬要素と、電動機トルク
と推定軸トルクとの偏差を積分して電動機速度に相当す
る信号を出力する演算子とから構成する。
軸トルクとが与えられて電動機速度に相当する信号を出
力する電動機モデルと、この電動機モデルから出力され
る電動機速度に相当する信号と電動機速度実際値との偏
差を求める加算器と、この加算器からの偏差に所定ゲイ
ンを掛けて推定軸トルクを出力する比例ゲイン要素と、
推定軸トルクに界磁磁束に対応したゲインを与えて前記
推定軸トルクの電流換算値信号を出力する第１の界磁模
擬要素とから構成し、さらに、電動機モデルを、電機子
電流実際値に界磁磁束に対応したゲインを与えて電動機
トルクを出力する第２の界磁模擬要素と、電動機トルク
と推定軸トルクとの偏差を積分して電動機速度に相当す
る信号を出力する演算子とから構成する。
この発明は、軸トルクを正帰還すれば軸ねじり振動が
抑制できることに着目したもので、上記の如くすること
により、軸ねじり振動を抑制しようとするものである。
抑制できることに着目したもので、上記の如くすること
により、軸ねじり振動を抑制しようとするものである。
第１図はこの発明の原理を説明するための原理構成図
である。
である。
同図において、Ａは負荷を示すブロック（積分器）で
あり、その伝達回数1/STLにおいてＳはラプラス演算
子、TLは負荷の慣性モーメントに対応する積分器Ａの積
分時間、Ｂは軸を示すブロック（積分器）であり、TCは
軸のねじりバネ定数または剛性率に対応する積分器Ｂの
積分時間、Ｃは電動機を示すブロック（積分器）であ
り、Tmは電動機の慣性モーメントに対応する積分器Ｃの
積分時間で、これらA,B,Cにて軸ねじり振動系を構成し
ている。Ｄは電動機の電流制御系を示し、電動機を示す
ブロックＣに対し電動機トルクτＭを供給して電動機速
度nmを得る。Ｅは軸ねじり振動を抑制するための遅れ要
素である。また、τM0はトルク指令、τＭは電動機トル
ク、nmは電動機速度、τＣは軸トルク、τＬは負荷トル
ク、nLは負荷速度を示す。
あり、その伝達回数1/STLにおいてＳはラプラス演算
子、TLは負荷の慣性モーメントに対応する積分器Ａの積
分時間、Ｂは軸を示すブロック（積分器）であり、TCは
軸のねじりバネ定数または剛性率に対応する積分器Ｂの
積分時間、Ｃは電動機を示すブロック（積分器）であ
り、Tmは電動機の慣性モーメントに対応する積分器Ｃの
積分時間で、これらA,B,Cにて軸ねじり振動系を構成し
ている。Ｄは電動機の電流制御系を示し、電動機を示す
ブロックＣに対し電動機トルクτＭを供給して電動機速
度nmを得る。Ｅは軸ねじり振動を抑制するための遅れ要
素である。また、τM0はトルク指令、τＭは電動機トル
ク、nmは電動機速度、τＣは軸トルク、τＬは負荷トル
ク、nLは負荷速度を示す。
このようにすると、負荷トルクτＬ＝０のときのτＭ
とnmの関係は、 となり、電流制御系Ｄを介して電動機トルクτＭが一定
量加えられると、nmは振動しながら一定勾配で増加して
いく。即ち、遅れ要素Ｅを考えないとき、トルク指令τ
M0としてステップ的に一定量が入力されると、電動機速
度nmは振動しながら一定勾配で増加していく。電動機速
度nmの振動をなくすためには、軸トルクτＣの振動を除
去する必要がある。このため、τＭとτＣの関係を導く
と次の様になる。
とnmの関係は、 となり、電流制御系Ｄを介して電動機トルクτＭが一定
量加えられると、nmは振動しながら一定勾配で増加して
いく。即ち、遅れ要素Ｅを考えないとき、トルク指令τ
M0としてステップ的に一定量が入力されると、電動機速
度nmは振動しながら一定勾配で増加していく。電動機速
度nmの振動をなくすためには、軸トルクτＣの振動を除
去する必要がある。このため、τＭとτＣの関係を導く
と次の様になる。
つまり、（２）式はτＭがステップ的に与えられた
時、τＣは持続振動となることを示している。一方、
（２）式に遅れ要素Ｅを考慮して、トルク指令τM0とτ
Ｃの関係を導くと次の（３）式の様になる。但し、同式
では、速度制御系の時定数に比べて電流制御系Ｄの時定
数Taは小さいので、近似的にTa＝０としている。
時、τＣは持続振動となることを示している。一方、
（２）式に遅れ要素Ｅを考慮して、トルク指令τM0とτ
Ｃの関係を導くと次の（３）式の様になる。但し、同式
では、速度制御系の時定数に比べて電流制御系Ｄの時定
数Taは小さいので、近似的にTa＝０としている。
（３）式においてＴを適当に選ぶと、τM0がステップ
的に与えられた時、τＣは減衰振動を示す。即ち、遅れ
要素Ｅを考慮すると、軸ねじり振動が抑制できることに
なる。なお、軸トルクτＣとしては検出値を用いること
もできるが、その検出は一般に困難なので、こゝでは以
下のようにする。
的に与えられた時、τＣは減衰振動を示す。即ち、遅れ
要素Ｅを考慮すると、軸ねじり振動が抑制できることに
なる。なお、軸トルクτＣとしては検出値を用いること
もできるが、その検出は一般に困難なので、こゝでは以
下のようにする。
第２図はこの発明の実施例を示すブロック図である。
同図において、１はサイリスタレオナード速度制御装
置、２は状態観測器、３はサイリスタ変換器、４は電流
検出器、５は負荷、６は弾性軸、７は直流電動機、８は
速度検出器、である。
同図において、１はサイリスタレオナード速度制御装
置、２は状態観測器、３はサイリスタ変換器、４は電流
検出器、５は負荷、６は弾性軸、７は直流電動機、８は
速度検出器、である。
直流電動機７の電機子回路に給電するサイリスタ変換
器３を制御するサイリスタレオナード速度制御装置１に
おいて、11は速度調節器（ASR）、12は電流調節器（AC
R）、13はパルス発生器である。電動機７の速度は速度
検出器８にて検出され、速度設定値ｎ＊に等しくなるよ
うに速度調節器11により調節される。その速度調節器11
の出力は電流調節器12の電流指令ia ＊として与えられ、
パルス発生器13を介してサイリスタ変換器３により、電
動機７の電機子電流が制御される。
器３を制御するサイリスタレオナード速度制御装置１に
おいて、11は速度調節器（ASR）、12は電流調節器（AC
R）、13はパルス発生器である。電動機７の速度は速度
検出器８にて検出され、速度設定値ｎ＊に等しくなるよ
うに速度調節器11により調節される。その速度調節器11
の出力は電流調節器12の電流指令ia ＊として与えられ、
パルス発生器13を介してサイリスタ変換器３により、電
動機７の電機子電流が制御される。
一方、電動機７と弾性軸6,負荷５より形成される軸ね
じり振動系の制御用補償信号を出力する状態観測器２に
おいて、20は電動機モデル、21,25は界磁磁束φに対応
したゲインφもしくは1/φを与える界磁模擬要素、22は
サンプリング周期ｔを関数にもつ電動機起動時定数要
素、23は加算要素、24は遅延演算子、26は比例ゲインで
ある。要素22,23,24が第１図の積分器Ｃに相当し、こゝ
ではディジタル的に構成されている。また、 は推定軸トルク、τＭ（ｉ）は電動機トルク、
Ｃ（ｉ）は推定軸トルクの電流換算値、ia（ｉ）は電動
機電流、nm（ｉ）は電動機速度,W（ｉ）は電動機モデル
の出力である。なお、かっこ内のｉはｉ番目のサンプリ
ングを表わし、 にて推定値を示す。
じり振動系の制御用補償信号を出力する状態観測器２に
おいて、20は電動機モデル、21,25は界磁磁束φに対応
したゲインφもしくは1/φを与える界磁模擬要素、22は
サンプリング周期ｔを関数にもつ電動機起動時定数要
素、23は加算要素、24は遅延演算子、26は比例ゲインで
ある。要素22,23,24が第１図の積分器Ｃに相当し、こゝ
ではディジタル的に構成されている。また、 は推定軸トルク、τＭ（ｉ）は電動機トルク、
Ｃ（ｉ）は推定軸トルクの電流換算値、ia（ｉ）は電動
機電流、nm（ｉ）は電動機速度,W（ｉ）は電動機モデル
の出力である。なお、かっこ内のｉはｉ番目のサンプリ
ングを表わし、 にて推定値を示す。
状態観測器２では、加算要素23と比例ゲイン26の入出
力の関係から、それぞれ次の（４），（５）式が成立す
る。
力の関係から、それぞれ次の（４），（５）式が成立す
る。
又は、制御対象において電動機速度とトルクの関係
は、 となる。したがって、（４）〜（８）式から とτＣ（ｉ）の関係は、 となるので、（９）式のＬの値を第１図の要素Ｅと比較
して次のように選ぶことにより、軸ねじり振動を抑制す
ることができる。すなわち、（３）式より、第１図の要
素Ｅにおける時定数Ｔを適当に選ぶことにより、軸ねじ
り振動を抑制できるのである。要素Ｅを離散時間系で表
現すると、 となる。但し、（９）、（10）式において、ｔはサンプ
リング時間である。一方、（10）式は具体的な装置にお
いては（９）式で表されるので、両式を比較すると、 となるので、状態観測器の要素26のゲインＬは、 と表すことができる。即ち、状態観測器２の出力を電流
調節器12へ入力することにより、軸ねじり振動を抑制す
ることができる。さらに負荷トルクτＬの変動による電
動機速度nmの変動に対しても、軸トルクτＣは負荷トル
クτＬと関連があるので、状態観測器２の出力を電流調
節器12へ正帰還することで速度nmの変動を抑制すること
ができ、速度制御系の応答を損なうことなく軸ねじり振
動を抑制することが可能となる。
は、 となる。したがって、（４）〜（８）式から とτＣ（ｉ）の関係は、 となるので、（９）式のＬの値を第１図の要素Ｅと比較
して次のように選ぶことにより、軸ねじり振動を抑制す
ることができる。すなわち、（３）式より、第１図の要
素Ｅにおける時定数Ｔを適当に選ぶことにより、軸ねじ
り振動を抑制できるのである。要素Ｅを離散時間系で表
現すると、 となる。但し、（９）、（10）式において、ｔはサンプ
リング時間である。一方、（10）式は具体的な装置にお
いては（９）式で表されるので、両式を比較すると、 となるので、状態観測器の要素26のゲインＬは、 と表すことができる。即ち、状態観測器２の出力を電流
調節器12へ入力することにより、軸ねじり振動を抑制す
ることができる。さらに負荷トルクτＬの変動による電
動機速度nmの変動に対しても、軸トルクτＣは負荷トル
クτＬと関連があるので、状態観測器２の出力を電流調
節器12へ正帰還することで速度nmの変動を抑制すること
ができ、速度制御系の応答を損なうことなく軸ねじり振
動を抑制することが可能となる。
この発明によれば、軸ねじり振動を抑制するために軸
トルクを検出し、電流指令として正帰還すればよいの
で、軸トルクさえ検出できれば簡単な構成で軸ねじり振
動を抑制することができる。
トルクを検出し、電流指令として正帰還すればよいの
で、軸トルクさえ検出できれば簡単な構成で軸ねじり振
動を抑制することができる。
又、軸トルクが直接検出できないときは、電動機の負
荷トルクを推定する状態観測器を用いて軸トルクを推定
することにより、軸ねじり振動が抑制できるので、大が
かりな振動抑制装置が不要である。
荷トルクを推定する状態観測器を用いて軸トルクを推定
することにより、軸ねじり振動が抑制できるので、大が
かりな振動抑制装置が不要である。
さらに、状態観測器を計算機のソフトウェアにより構
成すれば、製作における部品の調達，選定という煩雑さ
を除くことができ、回路変更に対しても柔軟に対処する
ことができる。
成すれば、製作における部品の調達，選定という煩雑さ
を除くことができ、回路変更に対しても柔軟に対処する
ことができる。
第１図はこの発明の原理を説明するための原理構成図、
第２図はこの発明の実施例を示す構成図である。 符号説明 １……サイリスタレオナード速度制御装置、２……状態
観測器、３……サイリスタ変換器、４……電流検出器、
５……負荷、６……弾性軸、７……直流電動機、８……
速度検出器、11……速度調節器、12……電流調節器、13
……パルス発生器、21,25……界磁模擬要素、22……電
動機起動時定数、23……加算要素、24……遅延演算子、
26……比例ゲイン要素、Ａ〜Ｃ……積分要素、Ｄ……電
流制御系、Ｅ……遅れ要素。
第２図はこの発明の実施例を示す構成図である。 符号説明 １……サイリスタレオナード速度制御装置、２……状態
観測器、３……サイリスタ変換器、４……電流検出器、
５……負荷、６……弾性軸、７……直流電動機、８……
速度検出器、11……速度調節器、12……電流調節器、13
……パルス発生器、21,25……界磁模擬要素、22……電
動機起動時定数、23……加算要素、24……遅延演算子、
26……比例ゲイン要素、Ａ〜Ｃ……積分要素、Ｄ……電
流制御系、Ｅ……遅れ要素。
Claims (1)
- 【請求項１】弾性軸を介して負荷と結合された電動機の
速度を制御する速度調節ループに対し電動機電流を制御
する電流調整ループをマイナループとしてもつ電動機の
制御装置において、 前記電動機と弾性軸および負荷より形成される軸ねじり
振動系の制御補償用信号として推定軸トルクの電流換算
値信号を出力し、前記電流調整ループの電流目標値信号
に加算させる状態観測器を備え、 この状態観測器は、 電機子電流実際値と推定軸トルクとが与えられて電動機
速度に相当する信号を出力する電動機モデルと、 該電動機モデルから出力される電動機速度に相当する信
号と電動機速度実際値との偏差を求める加算器と、 該加算器からの偏差に所定ゲインを掛けて前記推定軸ト
ルクを出力する比例ゲイン要素と、 前記推定軸トルクに界磁磁束に対応したゲインを与えて
前記推定軸トルクの電流換算値信号を出力する第１の界
磁模擬要素と から構成され、 さらに、前記電動機モデルは、 前記電機子電流実際値に界磁磁束に対応したゲインを与
えて電動機トルクを出力する第２の界磁模擬要素と、 前記電動機トルクと推定軸トルクとの偏差を積分して電
動機速度に相当する信号を出力する演算子と から構成されることを特徴とする電動機の制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63083130A JP2786635B2 (ja) | 1988-04-06 | 1988-04-06 | 電動機の制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63083130A JP2786635B2 (ja) | 1988-04-06 | 1988-04-06 | 電動機の制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01259777A JPH01259777A (ja) | 1989-10-17 |
| JP2786635B2 true JP2786635B2 (ja) | 1998-08-13 |
Family
ID=13793616
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63083130A Expired - Lifetime JP2786635B2 (ja) | 1988-04-06 | 1988-04-06 | 電動機の制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2786635B2 (ja) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59106893A (ja) * | 1982-12-10 | 1984-06-20 | Fuji Electric Co Ltd | 電動機の速度制御装置 |
| JPS61277391A (ja) * | 1985-05-31 | 1986-12-08 | Fuji Electric Co Ltd | 状態観測器 |
| JPS6350608A (ja) * | 1986-08-20 | 1988-03-03 | Hitachi Ltd | タ−ビン内部非干渉流量制御方式 |
-
1988
- 1988-04-06 JP JP63083130A patent/JP2786635B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01259777A (ja) | 1989-10-17 |
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