JP3555351B2 - 速度制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータ，ダイナモメータ，車両などを制御する速度制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えばモータの速度制御方式には、ＰＩＤ制御方式や加速度マイナーループ付速度制御方式がある。
【０００３】
ＰＩＤ制御方式は図４（ａ）に示すように、速度の指令値Ｎ１ｓｅｔと検出値Ｎ１との偏差信号をＰＩＤゲインの速度制御器４１でＰ演算し、電流制御ループ付の電流制御器４５でモータ４６を駆動して、回転系４７をモータトルクτ１と負荷トルクτ２の差トルクで回転させている。
【０００４】
また、加速度マイナーループ付速度制御方式は図４（ｂ）に示すように、速度の指令値Ｎ１ｓｅｔと検出値Ｎ１との偏差信号をＰゲインの速度制御器４２でＰ演算し、その出力信号と速度検出値Ｎ１を回転系の伝達関数ＳＪを有する加速度マイナー回路４３を通した加速度信号との差信号をＰＩゲインのトルク制御器４４でＰＩ演算し、電流制御器４５でモータ４６を駆動し、回転系４７をモータトルクτ１と負荷トルクτ２の差トルクで回転させている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の速度制御回路はＰＩＤ演算やＰＩ演算を行っていて必ず積分要素Ｉが入っている。これは、フィードバック制御の特徴として単純にＰ（比例）制御すると、速度の設定と検出に定常偏差（誤差）が発生するためである。
【０００６】
この定常偏差を無くするためにＰＩ（比例積分）制御を行うとオーバーシュートを生じ易くなる。このオーバーシュートを無くするために、Ｄ（微分要素）を追加してＰＩＤ制御をしたり、加速度マイナー回路を追加して加速度マイナーループ付制御をしている。
【０００７】
ＰＩＤ制御において安定した適正な応答波形を得るためには、ＰＩ定数で安定性と応答時間を調整し、オーバーシュートを無くするようにＤ定数を調整しなければならない。
【０００８】
また、制御対象は一般的に線形性が変化するため、運転状態に応じて、Ｐ，Ｉ，Ｄの各要素をバランス良く調整しなければならず、その調整方法も経験とノウハウを必要とする難しいもので、必ずしも常に最適の調整になっているとは言えない。
【０００９】
本発明は、従来のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、Ｐ，Ｉ，Ｄの各要素をバランスよく調整する必要なく速度設定の変化に追従した速い応答が得られる速度制御装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、負荷を駆動する第１のモータ及び負荷に負荷トルクを与える第２のモータと、第１のモータを制御する速度制御部及び第２のモータを制御する負荷トルク制御部とからなり、前記速度制御部は、速度設定値と速度検出値との偏差信号が入力する比例ゲインの速度制御器と、この速度制御器の出力と負荷トルク制御部の負荷トルク設定値とを加算したトルク指令値と前記第１のモータのトルク検出値との偏差信号が入力する比例積分ゲインのトルク制御器と、このトルク制御器からの電流指令により前記第１のモータを駆動する電流制御器と、を備えていることを特徴とするものである。
【００１１】
また、この装置には、前記速度設定値が入力し前記トルク制御器の入力部に補償トルク信号を出力する回転系の伝達関数を有するフィードフォワード補償回路を設けるとよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１
図１に速度制御装置の制御システム構成を、図２にその制御ブロック図を示す。図１において、Ａは供試体（負荷）、Ｍ１は供試体Ａを駆動する供試体入力用モータ、Ｍ２は供試体Ａの負荷トルク制御用モータ、１はモータＭ１を制御する速度制御（ＡＳＲ制御）部、２はモータＭ２を負荷に設定された負荷トルクを与えるトルク制御（ＡＴＲ制御）部である。なお、図中、Ｊ０及びＪ１，Ｊ２は供試体Ａ及びモータ１，２の慣性モーメントを示す。
【００１３】
図２について、ＡＳＲ制御部１は速度設定値Ｎ１ｓｅｔと回転系１９の検出速度Ｎ１との偏差信号をＰ演算するＰゲイン速度制御器１１、この速度制御器の出力△τと負荷トルク設定値τ２ｓｅｔを加算する加算器１３と、この加算器の出力とモータ１７（Ｍ１）のトルクτ１との偏差をＰＩ演算するＰＩゲインのトルク制御器１５と、このトルク制御器からの電流指令に基づいてモータ１７を制御する電流制御（ＡＣＲ制御）器１６で構成され、ＡＳＲループにＡＴＲマイナーループを持っている。
【００１４】
ＡＴＲ制御部２は、負荷トルク設定値τ２ｓｅｔとモータ２４（Ｍ２）が出力する負荷トルクτ２との偏差をＰＩ演算するＰＩトルク制御器２２と、このトルク制御器からの電流指令に基づいてモータ２４（Ｍ２）を制御する電流制御器２３で構成されている。
【００１５】
ＡＴＲ制御部２は、トルクを設定してモータ２４（Ｍ２）をトルク制御し、供試体Ａに設定した負荷トルクを与える。ＡＳＲ制御部１は速度偏差信号をＰ演算する速度制御器１１の出力と負荷トルク設定値τ２ｓｅｔを加算器１３で加算して、ＡＴＲマイナーループのトルク設定としてモータ１７（Ｍ１）をトルク制御するとともに、ＡＳＲループで速度制御する。
【００１６】
なお、ＡＴＲ制御は、ＰＩ制御が必要であり、一般的に制御組合わせの関係上、入力ＡＴＲ−出力ＡＳＲの場合もあり、ＡＳＲ制御部１にはＡＴＲの機能が付いている。また、ＡＴＲ制御部２のＰＩトルク制御器２２はＡＳＲ制御のＰＩ速度制御器と異なり応答が一桁以上速く調整も比較的容易である。
【００１７】
図４の（ａ）に示す従来のＡＳＲ制御をＰＩＤ制御で行った時にＩ（積分）出力となっているのは負荷トルクに相当するτ２分の指令になっていることに着目する必要がある。従って、図２の負荷トルクτ２に相当するτ２ｓｅｔを加算器１３でＡＴＲマイナーループに加算することにより積分機能であるＩ制御の役目を果すことができる。また、ＰＩ速度制御の場合は速度偏差とフィードバック制御応答によりＩ定数を決定するが、この制御回路では、負荷トルク値は既値で分かっているので、直接応答遅れなしにＰＩトルク制御器１５のトルク設定ができる。
【００１８】
この結果、ＡＳＲ制御調整は速度制御器１１の比例ゲインのみのため非常に容易に最適調整が可能となる。
【００１９】
実施の形態２
図３に速度制御装置の制御ブロック図を示す。なお、図２に示したものと同一構成部分は同一符号を付してその重複する説明を省略する。
【００２０】
図３において、１２は速度設定値Ｎ１ｓｅｔが入力し、補償トルク信号ταを出力する回転系の伝達関数Ｓ（Ｊ０＋Ｊ１＋Ｊ２）を有するフィードフォワードトルク補償回路、１４はＰゲインの速度制御器１１の出力△τと負荷トルク設定値τ２ｓｅｔ及びフィードフォワード補償回路からの補償トルクταを加算してＰＩゲインのトルク制御器１５に出力する加算器である。その他の構成は図２のものと変わりがない。
【００２１】
この制御回路はＡＳＲ制御回路１のＡＴＲマイナーループにフィードフォワード補償回路１２からの補償トルクταが加わるので、速度設定変化に対して応答性が向上し、加減速中の設定偏差をゼロにすることが可能になる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明は、上記のとおり構成されているので、次に記載する効果を奏する。
【００２３】
（１）ＡＴＲマイナーループの応答速度で速度設定の変化に追従するので、速い応答が得られる。
【００２４】
（２）負荷トルク設定をＡＴＲマイナーループに加えているので、負荷トルク変動によりＡＳＲ制御の速度は変動しない。
【００２５】
（３）速度制御器に積分制御要素がないので、積分によるオーバーチャージがなく、オーバーシュートが原理的に生じない。
【００２６】
（４）ＡＳＲ制御調整は比例ゲインのみのため極めて容易に最適調整が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１，２にかかる速度制御装置の制御システム構成図。
【図２】実施の形態１にかかる速度制御装置の制御ブロック図。
【図３】実施の形態２にかかる速度制御装置の制御ブロック図。
【図４】従来例にかかる制御ブロック図。
【符号の説明】
Ａ…供試体
Ｍ１…供試体の速度制御用モータ
Ｍ２…供試体の出力トルク制御用モータ
１…速度制御部（ＡＳＲ制御部）
２…トルク制御部（ＡＴＲ制御部）
１１…Ｐゲイン速度制御器
１２…フィードフォワードトルク補償回路
１５…ＰＩゲインのトルク制御器
１６…電流制御器（ＡＣＲ制御器）
１７…モータＭ１
１９…回転系
２２…ＰＩゲインのトルク制御器
２３…電流制御器（ＡＣＲ制御器）
４１…ＰＩＤゲインの速度制御器
４２…Ｐゲインの速度制御器
４３…加速度マイナー回路
４４…ＰＩゲインのトルク制御器
４５…電流制御器（ＡＣＲ制御器）
４６…モータ
４７…回転系
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータ，ダイナモメータ，車両などを制御する速度制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えばモータの速度制御方式には、ＰＩＤ制御方式や加速度マイナーループ付速度制御方式がある。
【０００３】
ＰＩＤ制御方式は図４（ａ）に示すように、速度の指令値Ｎ１ｓｅｔと検出値Ｎ１との偏差信号をＰＩＤゲインの速度制御器４１でＰ演算し、電流制御ループ付の電流制御器４５でモータ４６を駆動して、回転系４７をモータトルクτ１と負荷トルクτ２の差トルクで回転させている。
【０００４】
また、加速度マイナーループ付速度制御方式は図４（ｂ）に示すように、速度の指令値Ｎ１ｓｅｔと検出値Ｎ１との偏差信号をＰゲインの速度制御器４２でＰ演算し、その出力信号と速度検出値Ｎ１を回転系の伝達関数ＳＪを有する加速度マイナー回路４３を通した加速度信号との差信号をＰＩゲインのトルク制御器４４でＰＩ演算し、電流制御器４５でモータ４６を駆動し、回転系４７をモータトルクτ１と負荷トルクτ２の差トルクで回転させている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の速度制御回路はＰＩＤ演算やＰＩ演算を行っていて必ず積分要素Ｉが入っている。これは、フィードバック制御の特徴として単純にＰ（比例）制御すると、速度の設定と検出に定常偏差（誤差）が発生するためである。
【０００６】
この定常偏差を無くするためにＰＩ（比例積分）制御を行うとオーバーシュートを生じ易くなる。このオーバーシュートを無くするために、Ｄ（微分要素）を追加してＰＩＤ制御をしたり、加速度マイナー回路を追加して加速度マイナーループ付制御をしている。
【０００７】
ＰＩＤ制御において安定した適正な応答波形を得るためには、ＰＩ定数で安定性と応答時間を調整し、オーバーシュートを無くするようにＤ定数を調整しなければならない。
【０００８】
また、制御対象は一般的に線形性が変化するため、運転状態に応じて、Ｐ，Ｉ，Ｄの各要素をバランス良く調整しなければならず、その調整方法も経験とノウハウを必要とする難しいもので、必ずしも常に最適の調整になっているとは言えない。
【０００９】
本発明は、従来のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、Ｐ，Ｉ，Ｄの各要素をバランスよく調整する必要なく速度設定の変化に追従した速い応答が得られる速度制御装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、負荷を駆動する第１のモータ及び負荷に負荷トルクを与える第２のモータと、第１のモータを制御する速度制御部及び第２のモータを制御する負荷トルク制御部とからなり、前記速度制御部は、速度設定値と速度検出値との偏差信号が入力する比例ゲインの速度制御器と、この速度制御器の出力と負荷トルク制御部の負荷トルク設定値とを加算したトルク指令値と前記第１のモータのトルク検出値との偏差信号が入力する比例積分ゲインのトルク制御器と、このトルク制御器からの電流指令により前記第１のモータを駆動する電流制御器と、を備えていることを特徴とするものである。
【００１１】
また、この装置には、前記速度設定値が入力し前記トルク制御器の入力部に補償トルク信号を出力する回転系の伝達関数を有するフィードフォワード補償回路を設けるとよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１
図１に速度制御装置の制御システム構成を、図２にその制御ブロック図を示す。図１において、Ａは供試体（負荷）、Ｍ１は供試体Ａを駆動する供試体入力用モータ、Ｍ２は供試体Ａの負荷トルク制御用モータ、１はモータＭ１を制御する速度制御（ＡＳＲ制御）部、２はモータＭ２を負荷に設定された負荷トルクを与えるトルク制御（ＡＴＲ制御）部である。なお、図中、Ｊ０及びＪ１，Ｊ２は供試体Ａ及びモータ１，２の慣性モーメントを示す。
【００１３】
図２について、ＡＳＲ制御部１は速度設定値Ｎ１ｓｅｔと回転系１９の検出速度Ｎ１との偏差信号をＰ演算するＰゲイン速度制御器１１、この速度制御器の出力△τと負荷トルク設定値τ２ｓｅｔを加算する加算器１３と、この加算器の出力とモータ１７（Ｍ１）のトルクτ１との偏差をＰＩ演算するＰＩゲインのトルク制御器１５と、このトルク制御器からの電流指令に基づいてモータ１７を制御する電流制御（ＡＣＲ制御）器１６で構成され、ＡＳＲループにＡＴＲマイナーループを持っている。
【００１４】
ＡＴＲ制御部２は、負荷トルク設定値τ２ｓｅｔとモータ２４（Ｍ２）が出力する負荷トルクτ２との偏差をＰＩ演算するＰＩトルク制御器２２と、このトルク制御器からの電流指令に基づいてモータ２４（Ｍ２）を制御する電流制御器２３で構成されている。
【００１５】
ＡＴＲ制御部２は、トルクを設定してモータ２４（Ｍ２）をトルク制御し、供試体Ａに設定した負荷トルクを与える。ＡＳＲ制御部１は速度偏差信号をＰ演算する速度制御器１１の出力と負荷トルク設定値τ２ｓｅｔを加算器１３で加算して、ＡＴＲマイナーループのトルク設定としてモータ１７（Ｍ１）をトルク制御するとともに、ＡＳＲループで速度制御する。
【００１６】
なお、ＡＴＲ制御は、ＰＩ制御が必要であり、一般的に制御組合わせの関係上、入力ＡＴＲ−出力ＡＳＲの場合もあり、ＡＳＲ制御部１にはＡＴＲの機能が付いている。また、ＡＴＲ制御部２のＰＩトルク制御器２２はＡＳＲ制御のＰＩ速度制御器と異なり応答が一桁以上速く調整も比較的容易である。
【００１７】
図４の（ａ）に示す従来のＡＳＲ制御をＰＩＤ制御で行った時にＩ（積分）出力となっているのは負荷トルクに相当するτ２分の指令になっていることに着目する必要がある。従って、図２の負荷トルクτ２に相当するτ２ｓｅｔを加算器１３でＡＴＲマイナーループに加算することにより積分機能であるＩ制御の役目を果すことができる。また、ＰＩ速度制御の場合は速度偏差とフィードバック制御応答によりＩ定数を決定するが、この制御回路では、負荷トルク値は既値で分かっているので、直接応答遅れなしにＰＩトルク制御器１５のトルク設定ができる。
【００１８】
この結果、ＡＳＲ制御調整は速度制御器１１の比例ゲインのみのため非常に容易に最適調整が可能となる。
【００１９】
実施の形態２
図３に速度制御装置の制御ブロック図を示す。なお、図２に示したものと同一構成部分は同一符号を付してその重複する説明を省略する。
【００２０】
図３において、１２は速度設定値Ｎ１ｓｅｔが入力し、補償トルク信号ταを出力する回転系の伝達関数Ｓ（Ｊ０＋Ｊ１＋Ｊ２）を有するフィードフォワードトルク補償回路、１４はＰゲインの速度制御器１１の出力△τと負荷トルク設定値τ２ｓｅｔ及びフィードフォワード補償回路からの補償トルクταを加算してＰＩゲインのトルク制御器１５に出力する加算器である。その他の構成は図２のものと変わりがない。
【００２１】
この制御回路はＡＳＲ制御回路１のＡＴＲマイナーループにフィードフォワード補償回路１２からの補償トルクταが加わるので、速度設定変化に対して応答性が向上し、加減速中の設定偏差をゼロにすることが可能になる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明は、上記のとおり構成されているので、次に記載する効果を奏する。
【００２３】
（１）ＡＴＲマイナーループの応答速度で速度設定の変化に追従するので、速い応答が得られる。
【００２４】
（２）負荷トルク設定をＡＴＲマイナーループに加えているので、負荷トルク変動によりＡＳＲ制御の速度は変動しない。
【００２５】
（３）速度制御器に積分制御要素がないので、積分によるオーバーチャージがなく、オーバーシュートが原理的に生じない。
【００２６】
（４）ＡＳＲ制御調整は比例ゲインのみのため極めて容易に最適調整が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１，２にかかる速度制御装置の制御システム構成図。
【図２】実施の形態１にかかる速度制御装置の制御ブロック図。
【図３】実施の形態２にかかる速度制御装置の制御ブロック図。
【図４】従来例にかかる制御ブロック図。
【符号の説明】
Ａ…供試体
Ｍ１…供試体の速度制御用モータ
Ｍ２…供試体の出力トルク制御用モータ
１…速度制御部（ＡＳＲ制御部）
２…トルク制御部（ＡＴＲ制御部）
１１…Ｐゲイン速度制御器
１２…フィードフォワードトルク補償回路
１５…ＰＩゲインのトルク制御器
１６…電流制御器（ＡＣＲ制御器）
１７…モータＭ１
１９…回転系
２２…ＰＩゲインのトルク制御器
２３…電流制御器（ＡＣＲ制御器）
４１…ＰＩＤゲインの速度制御器
４２…Ｐゲインの速度制御器
４３…加速度マイナー回路
４４…ＰＩゲインのトルク制御器
４５…電流制御器（ＡＣＲ制御器）
４６…モータ
４７…回転系
Claims (2)
- 負荷を駆動する第１のモータ及び負荷に負荷トルクを与える第２のモータと、第１のモータを制御する速度制御部及び第２のモータを制御する負荷トルク制御部とからなり、
前記速度制御部は、
速度設定値と速度検出値との偏差信号が入力する比例ゲインの速度制御器と、この速度制御器の出力と負荷トルク制御部の負荷トルク設定値とを加算したトルク指令値と前記第１のモータのトルク検出値との偏差信号が入力する比例積分ゲインのトルク制御器と、
このトルク制御器からの電流指令により前記第１のモータを駆動する電流制御器と、
を備えていることを特徴とする速度制御装置。 - 請求項１において、
前記速度設定値が入力し前記トルク制御器の入力部に補償トルク信号を出力する回転系の伝達関数を有するフィードフォワード補償回路を設けたことを特徴とする速度制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22806596A JP3555351B2 (ja) | 1996-08-29 | 1996-08-29 | 速度制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22806596A JP3555351B2 (ja) | 1996-08-29 | 1996-08-29 | 速度制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1075592A JPH1075592A (ja) | 1998-03-17 |
| JP3555351B2 true JP3555351B2 (ja) | 2004-08-18 |
Family
ID=16870651
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22806596A Expired - Fee Related JP3555351B2 (ja) | 1996-08-29 | 1996-08-29 | 速度制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3555351B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101107109B1 (ko) | 2010-02-10 | 2012-01-31 | 한국기술교육대학교 산학협력단 | 단일 루프 모터 속도 제어 시스템 및 방법 |
-
1996
- 1996-08-29 JP JP22806596A patent/JP3555351B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1075592A (ja) | 1998-03-17 |
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