JP2823200B2 - 電動機の速度制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は加減速時の速度の追従性を向上した電動機の
速度制御装置に関するものである。

（従来の技術） 一般に電動機の速度制御装置においては、速度基準と
速度帰還との偏差を比例要素と積分要素から構成される
速度制御増幅器によって増幅し、その出力を電動機のト
ルク基準として電動機の発生トルクを制御し、これによ
って速度基準と速度帰還が一致するように制御する。

従来の電動機速度制御装置の一例を第３図にブロック
図で示す。

第３図において、速度基準ω^＊と速度検出器２で検出
された速度信号ωとの偏差が速度制御増幅器10に入力さ
れ、速度制御増幅器10は積分要素と比例要素から成り、
その演算出力はトルク基準Ｔ^＊としてトルク制御増幅器
11に入力され、トルク制御増幅器11は電動機の発生トル
クＴがトルク基準Ｔ^＊に比例するように電力変換装置４
に指令を与えて電動機を回転させる。

上記従来の速度制御装置では、負荷トルクと加減速ト
ルクとを含む全体のトルク基準Ｔ^＊が速度制御増幅器10
によって求められる。

第４図は上記従来装置における加減速時のタイミング
チャートを示す。

トルク基準Ｔ^＊は速度偏差（ω^＊−ω）を比例積分増
幅した結果であり、従ってトルク基準Ｔ が加速分トルク
だけ増加するには速度偏差が存在しなければならない。

トルク基準Ｔ^＊が加速トルク分だけ増加すると実速度
ωは速度基準ω^＊に追従して増加し始め、速度偏差はゼ
ロとなり、速度制御増幅器10の出力は積分要素のみで得
られて一定加速を続ける。

また加速終了時には積分要素に蓄積されていたトルク
基準の影響づ一旦実速度が速度基準ω^＊を上廻り、その
結果速度偏差が負となってトルク基準Ｔ^＊を減少させ、
負荷トルク分のみになった時点で実速度は一定となる。

このように従来の装置では加減速の開始時および終了
時に速度基準ω^＊と実速度ωとの間に偏差が生じ、この
偏差の大きさおよび偏差が生じる時間は当然のことなが
ら加減速率および速度制御の応答時間によって変化す
る。

（発明が解決しようとする課題） 加減速時の追従性を向上させるには速度制御の応答を
速くし、行き過ぎ量を少なくすることで改善される。た
だ速度制御の応答を速くするには負荷の慣性モーメント
等の影響で限界がある。

また行き過ぎ量を少なくするには速度の微分量を速度
帰還に加算する補償法が有効であるが、速度制御応答の
遅い系では微分回路の時定数も大きくなり、そのような
微分回路を構成するのは困難である。

さらに全ディジタル制御の場合にも、時定数の長い微
分回路を構成するには速度帰還のフルスケールを大きく
する必要があるなど問題が多い。

速度制御の応答が遅く、かつ加減速時の揃速性が要求
されるプラントとして製紙プラントの抄紙機やコータな
どがあるが、これらのプラントではさらに各セクション
によって負荷の慣性モーメントが大幅に異るので速度制
御の応答もそれぞれ異った値となる。

従って全セクション一斉に加減速を行ったときは加減
速の開始時と終了時の速度偏差の量がそれぞれ異なり、
セクション間に速度差が生じて製品への悪影響が生ずる
ので、加減速率を小さくしたり速度基準を滑らかに変化
させるなどの方法がとられているが、回路の簡単化やプ
ラントの生産能力向上の点で問題がある。

本発明は、電動機の実速度が加減速中にも速度基準と
一致するように加減速トルク補償を行った電動機の速度
制御装置を提供することを目的としている。

〔発明の構成〕 （課題を解決するための手段と作用） 本発明による電動機の速度制御装置は、電動機の実速
度が速度基準と一致するように制御すると共に、速度基
準の変化率から電動機および負荷の加減速に必要なトル
クを演算し、これと速度偏差を増幅する速度制御増幅器
の出力値とを加算し、これを電動機のトルク基準値とし
て電動機のトルク制御を行う。

一般に電動機が発生するトルクをT_M、電動機軸換算の
慣性モーメントをＪ、回転角速度をω、負荷のトルクを
T_Lとするとこれらの間には が成立する。

（１）式の右辺第１項は加減速トルク分を示し、一定
速度では零となる。また右辺第２項は負荷が仕事をする
のに必要な負荷トルクであり、定トルクあるいは２乗ト
ルク等の特性を有する。

本発明による電動機の速度制御装置においては、速度
基準の変化率を速度基準を微分することによって算出
し、さらにこの変化率に最適な倍率を乗ずることによっ
て（１）式の右辺第１項に相当する加減速トルク分を求
める。

次に速度偏差を増幅する速度制御増幅器によって負荷
トルク分、すなわち（１）式右辺第２項の分を求める。

さらにこれらの加減速トルク分と負荷トルク分を加算
して電動機のトルク基準を算出し、このトルク基準に基
づいて電動機のトルクを制御し、これによって電動機速
度制御における加減速トルク分を補償する。

（実施例） 本発明による電動機の速度制御装置の一実施例を第１
図に示す。

本装置は、機械負荷３を駆動する電動機１の回転速度
ωを検出する速度検出器２、速度制御増幅器10、トルク
制御増幅器11および電力変換装置４から成る従来装置
に、微分器12と増幅率Ｋの増幅器13とから成る加減速補
償回路が追加されており、他は従来の装置と同じであ
る。

速度基準ω^＊は速度制御増幅器10に送られるとともに
微分器12にも入力され、速度基準の微分すなわち加速度
ｄω/dtが演算され、これに電動機１および機械負荷３
の合計慣性モーメントＪが増幅器13によって乗算され、
加減速トルクTa^＊＝Jdω/dtが求められる。

一方、速度基準ω^＊と実速度ωとの偏差は比例積分要
素で構成される速度制御増幅器10で増幅されて負荷トル
クT_L ^＊をあたえる。

上記の加減速トルクTa^＊と負荷トルクT_L ^＊を加算した
結果がトルク基準Ｔ^＊としてトルク制御増幅器11に入力
され、このトルク基準Ｔ^＊に基づいてトルク制御増幅器
11は電力変換装置４を介して電動機の発生トルクを制御
する。

第２図は本発明による電動機の速度制御装置を用いて
電動機を加速させたときのタイミングチャートの一例で
ある。

速度基準ω^＊が増加を開始すると微分器12と増幅器13
によって加速に必要なトルクTa^＊が求められ、これによ
ってトルク基準Ｔ^＊が増加して電動機は遅れなく加速を
開始する。

加速中は加減速トルクTa^＊が一定値となり、速度の変
化に伴う負荷トルクの変化は速度制御増幅器10によって
補正される。

また加速完了して速度基準ω^＊が一定になると加速ト
ルクTa^＊は零となり、電動機の速度ωは行き過ぎること
なく一定となる。

従って本実施例によれば、微分器および増幅器を追加
するだけで加減速トルクTa^＊を補償することができ、加
減速時においても速度基準ω^＊に追従して速度ωを正し
く制御することが可能となる。

なお負荷トルクT_L ^＊の変化分は速度制御増幅器10によ
り補正されるが、製紙プラントなど負荷変動が小さく、
速度に対してもほぼ定トルク特性を示す場合には、速度
制御の応答時間がセクション毎に差異があってもその影
響はほとんど無視され、加減速トルクの補償を行うこと
によって良好な揃速性を得ることが可能となる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、速度基準の変化
率から電動機および負荷の加減速に必要なトルクを算出
し、この加減速トルクと速度制御増幅器によって得られ
る負荷トルクとを加算し、その結果をトルク基準として
電動機のトルク制御を行っているので、電動機が必要な
加減速トルクを補償して速度基準に対する良好な追従性
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電動機の速度制御装置の一実施例
を示す系統図、第２図は本発明による加速時のタイミン
グチャートの一例を示す図、第３図は従来の速度制御装
置の一例を示す系統図、第４図は従来の速度制御装置に
よる加速時のタイミングチャートの一例を示す図であ
る。 １……電動機、２……速度検出器 ３……機械負荷、４……電力変換装置 10……速度制御増幅器、11……トルク制御増幅器 12……微分器、13……増幅器

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】負荷を駆動する電動機の回転速度を検出す
   る速度検出器と、この速度検出器で検出された回転速度
   と速度基準との偏差を算出する偏差算出器と、積分要素
   を有し前記偏差算出器からの出力に基づいて負荷トルク
   基準を生成する速度制御増幅器と、微分器と増幅器とを
   有し前記速度基準に基づいて加減速トルク基準を生成す
   る加減速補償回路と、前記速度制御増幅器の出力と加減
   速補償回路の出力とを加算しトルク基準を生成する加算
   器と、この加算器の出力に基づき前記電動機をトルク制
   御するトルク制御増幅器とを具備したことを特徴とする
   電動機の速度制御装置。