JP6717664B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、基準側ロールに追従側ロールを追従させるための同期制御を行うモータ制御装置に関する。

従来、一定速度で走行するシート状の紙等の材料を、カッターを用いて所定長の製品に連続して切断する装置が知られている（例えば、特許文献１〜３を参照）。この装置はロータリーシャーと呼ばれ、材料を一定速度で走行させるためのフィードロールと、一定速度で走行している材料を所定長に連続して切断するためのロータリーカッターとを備えている。

このようなロータリーシャーに用いるモータ制御装置は、フィードロールを一定速度で回転させる制御を行うと共に、フィードロールにロータリーカッターの回転速度及び回転位置（位相）を追従させるための同期制御を行う。以下、フィードロールを基準側ロール、ロータリーカッターを追従側ロールという。

一定速度で走行する材料を所定長の製品に連続して切断するためには、追従側ロールに対し、基準側ロールと同じ速度（基準速度）で回転するように速度制御を行うと共に、基準側ロールと同じ回転位置で回転するように位置制御を行う必要がある。

図７は、従来のモータ制御装置の構成例を示すブロック図である。図７には、図示しない基準側ロールに追従側ロールを追従させる同期制御を行うための構成部のみ示してある。このモータ制御装置１００は、位置偏差カウンタ１０１、加算器１０２及び減算器１０３を備えている。

位置偏差カウンタ１０１は、一定速度で回転する基準側ロールの回転に応じたパルスを発生するＰＧ（パルスジェネレータ）からの基準パルスＰ１を入力すると共に、追従側ロールの回転に応じたパルスを発生するＰＧからの追従パルスＰ２を入力する。また、位置偏差カウンタ１０１は、予め設定された位置ゲインを入力する。

位置偏差カウンタ１０１は、基準パルスＰ１の入力のタイミングでカウントアップし、追従パルスＰ２の入力のタイミングでカウントダウンするカウント値を求める。位置偏差カウンタ１０１は、カウント値に位置ゲインを乗算し、乗算結果を位置偏差Ｄとして加算器１０２に出力する。これにより、基準側ロールと追従側ロールとの間の回転位置の偏差が位置偏差Ｄとして出力される。

基準側ロールと追従側ロールとの間の位置偏差Ｄは、追従側ロールの回転位置の補正値として用いられ、追従側ロールの回転位置を基準側ロールの回転位置に追従させる精度は、位置偏差カウンタ１０１にて用いる位置ゲインによって決定される。

加算器１０２は、基準側ロールの回転速度である基準速度ωａを入力すると共に、位置偏差カウンタ１０１から位置偏差Ｄを入力し、基準速度ωａに位置偏差Ｄを加算し、加算結果を追従速度指令ω＊として減算器１０３に出力する。尚、基準速度ωａは、位置偏差カウンタ１０１の入力信号である基準側ロールの基準パルスＰ１に基づいて算出される。

減算器１０３は、加算器１０２から追従速度指令ω＊を入力すると共に、追従側ロールの回転速度である追従速度ＦＢ（フィードバック）ω２を入力し、追従速度指令ω＊から追従速度ＦＢω２を減算する。そして、減算器１０３は、減算結果である追従速度偏差をモータ制御指令として、図示しないインバータへ出力する。尚、追従速度ＦＢω２は、位置偏差カウンタ１０１の入力信号である追従側ロールの追従パルスＰ２に基づいて算出される。

これにより、インバータを介して追従側ロールのモータが回転し、追従側ロールの回転速度が追従速度指令ω＊に一致するようになる。

図６は、基準速度ωａ、追従速度ＦＢω２、位置偏差Ｄ及び補償値Ｆ２を説明する図である。横軸は時間ｔである。図６（１）に示すように、基準速度ωａが一定であるとし、追従速度ＦＢω２が、追従側ロールの負荷変動によって、図６（２）に示すように変動するものとする。

前述のとおり、基準速度ωａは、図７に示した位置偏差カウンタ１０１の入力信号である基準パルスＰ１に基づいて求められ、追従速度ＦＢω２は、位置偏差カウンタ１０１の入力信号である追従パルスＰ２に基づいて求められる。つまり、位置偏差カウンタ１０１の出力信号である位置偏差Ｄは、図６（３）ａに示すように、図６（２）に示した追従速度ＦＢω２に応じて変動する。図６（３）ｂ及び図６（４）については後述する。

このように、図７に示したモータ制御装置１００は、基準側ロールの基準速度ωａ（図６（１））に対する追従側ロールの追従速度ＦＢω２（図６（２））の変動を、位置偏差Ｄ（図６（３））として捉える。そして、モータ制御装置１００は、この位置偏差Ｄを基準速度ωａに加算し、追従速度指令ω＊を求める。モータ制御装置１００は、追従速度指令ω＊と追従速度ＦＢω２との間の差からモータ制御指令を生成し、モータ制御指令に基づいて追従側ロールを回転させる。このような制御をデジタルドロー制御という。

このようなデジタルドロー制御により、追従側ロールの回転速度は基準側ロールの回転速度と一致すると共に、所定位置を基準にして追従側ロールの回転位置も基準側ロールの回転位置と一致するようになる。そして、結果として、一定速度で走行する材料を所定長の製品に連続して切断することができる。

特開平８−１７４４８９号公報 特開２００５−３４２８２７号公報 特開２００８−１０５１４７号公報

しかしながら、従来のモータ制御装置１００において、追従側ロールに負荷変動があったり、基準側ロールに速度変動があったりした場合には、基準側ロールに対する追従側ロールの追従性が損なわれ、十分な同期制御を実現することができないことがあり得る。

例えば、追従側ロールに偏心カムが設けられている場合、追従側ロールを一定速度で回転させようとしても、偏心カムによってトルクが変動し、結果として速度が変動してしまう。また、追従側ロールが一定速度で回転しているときに、外乱によって、その速度が変動することもあり得る。

このような問題を解決するためには、位置偏差カウンタ１０１に用いる位置ゲインを、安定動作しているときよりも大きい値に予め設定しておく必要がある。位置ゲインを通常よりも大きい値に設定することにより、図６（３）ｂに示すように、図６（３）ａよりも大きい振幅の位置偏差Ｄが位置偏差カウンタ１０１から出力される。

しかしながら、位置ゲインを大きい値に設定すると、位置偏差カウンタ１０１の出力信号である位置偏差Ｄが大きくなり、モータ制御指令が大きく変動することになるから、制御系が過補償となり、制御系の安定性が損なわれてしまう。

このように、従来のモータ制御装置１００による同期制御においては、追従性を実現するために、位置ゲインをある程度大きい理想値に設定する必要があるが、制御系の安定性を実現するためには、位置ゲインを理想値よりも低い値に設定する必要があった。このため、基準側ロールに対する追従側ロールの追従性が不十分となり、十分な同期制御を実現することができないという問題があった。

そこで、本発明は前記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、基準側ロールに追従側ロールを追従させる同期制御を行う際に、基準側ロールに対する追従側ロールの速度変動を迅速に収めることができ、安定した制御を実現可能なモータ制御装置を提供することにある。

前記課題を解決するために、請求項１のモータ制御装置は、基準側ロールに追従側ロールの回転速度及び回転位置を追従させるための同期制御を、前記基準側ロールに連結されたモータ及び前記追従側ロールに連結されたモータを介して行うモータ制御装置において、前記基準側ロールの回転に伴う基準パルスを入力し、前記基準パルスに基づいて、前記基準側ロールの回転速度である基準速度を算出する基準速度算出部と、前記追従側ロールの回転に伴う追従パルスを入力し、前記追従パルスに基づいて、前記追従側ロールの回転速度である追従速度を算出する追従速度算出部と、前記基準パルスを入力すると共に、前記追従パルスを入力し、前記基準パルス及び前記追従パルスのカウント値を求め、前記カウント値に予め設定された位置ゲインを乗算し、前記基準側ロールと前記追従側ロールとの間の位置偏差を求める位置偏差カウンタと、前記基準速度算出部により算出された前記基準速度に、前記位置偏差カウンタにより求められた前記位置偏差を加算し、追従速度指令を求める第１の加算器と、前記位置偏差カウンタにより求められた前記位置偏差に微分処理を施して微分値を算出し、前記微分値に予め設定された微分ゲインを乗算し、補償値を求める微分補償器と、前記第１の加算器により求められた前記追従速度指令に、前記微分補償器により求められた前記補償値を加算し、新たな追従速度指令を求める第２の加算器と、前記第２の加算器により求められた前記新たな追従速度指令と、前記追従速度算出部により算出された前記追従速度との間の偏差を算出する減算器と、を備え、前記減算器により算出された偏差に基づいて、前記追従側ロールを回転制御し、前記微分補償器が、前記位置偏差カウンタにより求められた前記位置偏差に対し、予め設定された微分周波数を用いて微分処理を施し、前記微分値を算出する微分器と、前記微分器により算出された前記微分値に前記予め設定された微分ゲインを乗算し、前記補償値を求める乗算器と、を備えたことを特徴とする。

また、請求項２のモータ制御装置は、基準側ロールに追従側ロールの回転速度及び回転位置を追従させるための同期制御を、前記基準側ロールに連結されたモータ及び前記追従側ロールに連結されたモータを介して行うモータ制御装置において、前記基準側ロールの回転に伴う基準パルスを入力し、前記基準パルスに基づいて、前記基準側ロールの回転速度である基準速度を算出する基準速度算出部と、前記追従側ロールの回転に伴う追従パルスを入力し、前記追従パルスに基づいて、前記追従側ロールの回転速度である追従速度を算出する追従速度算出部と、前記基準パルスを入力すると共に、前記追従パルスを入力し、前記基準パルス及び前記追従パルスのカウント値を求め、前記カウント値に予め設定された位置ゲインを乗算し、前記基準側ロールと前記追従側ロールとの間の位置偏差を求める位置偏差カウンタと、前記基準速度算出部により算出された前記基準速度に、前記位置偏差カウンタにより求められた前記位置偏差を加算し、追従速度指令を求める第１の加算器と、前記位置偏差カウンタにより求められた前記位置偏差に微分処理を施して微分値を算出し、前記微分値に予め設定された微分ゲインを乗算し、補償値を求める微分補償器と、前記第１の加算器により求められた前記追従速度指令に、前記微分補償器により求められた前記補償値を加算し、新たな追従速度指令を求める第２の加算器と、前記第２の加算器により求められた前記新たな追従速度指令と、前記追従速度算出部により算出された前記追従速度との間の偏差を算出する減算器と、を備え、前記減算器により算出された偏差に基づいて、前記追従側ロールを回転制御し、さらに、前記追従速度算出部により算出された前記追従速度が小さい値ほど、大きい値の前記位置ゲイン及び前記微分ゲインを設定し、前記追従速度が大きい値ほど、小さい値の前記位置ゲイン及び前記微分ゲインを設定するゲイン設定器、を備え、前記位置偏差カウンタが、前記カウント値に対し、前記ゲイン設定器により設定された前記位置ゲインを乗算し、前記位置偏差を求め、前記微分補償器が、前記微分値に対し、前記ゲイン設定器により設定された前記微分ゲインを乗算し、前記補償値を求める、ことを特徴とする。

以上のように、本発明によれば、基準側ロールに追従側ロールを追従させる同期制御を行う際に、基準側ロールに対する追従側ロールの速度変動を迅速に収めることができ、安定した制御を実現することが可能となる。

本発明の実施形態によるモータ制御装置を含むモータ制御システムの概略図である。 実施例１の追従側ロール制御部の構成例を示すブロック図である。 微分補償器の構成例を示すブロック図である。 実施例２の追従側ロール制御部の構成例を示すブロック図である。 ゲイン設定器に備えたテーブルのデータ構成例を示す図である。 基準速度ωａ、追従速度ＦＢω２、位置偏差Ｄ及び補償値Ｆ２を説明する図である。 従来のモータ制御装置の構成例を示すブロック図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて詳細に説明する。本発明は、基準側ロールの基準速度ωａに、基準側ロールと追従側ロールとの間の位置偏差Ｄを加算することで追従速度指令ω＊を求めた後、さらに、位置偏差Ｄに対して微分処理を施した補償値Ｆ２を加算することで、新たな追従速度指令ω＊１を求めることを特徴とする。そして、新たな追従速度指令ω＊１に基づいてモータ制御指令Ｍ２が生成され、追従側ロールを回転させる。

これにより、基準側ロールに対する追従側ロールの速度変動を、追従側ロールの追従速度指令ω＊１に即座に反映させることができる。このため、位置偏差Ｄを算出する際の位置ゲインは、予め大きな値に設定しておく必要がない。したがって、基準側ロールに追従側ロールを追従させる同期制御を行う際に、基準側ロールに対する追従側ロールの速度変動を迅速に収めることができ、安定した制御を実現することが可能となる。

〔モータ制御システム〕
図１は、本発明の実施形態によるモータ制御装置を含むモータ制御システムの概略図である。このモータ制御システムは、一定速度で走行するシート状の材料５を、追従側ロール７に設けられたカッターを用いて所定長の製品に連続して切断するロータリーシャーのシステムである。

このモータ制御システムは、シート状の材料５を一定速度で走行させる基準側ロール６と、一定速度で走行している材料５を所定長の製品に連続して切断する追従側ロール７と、基準側ロール６に対し、インバータ２−１及びモータ３−１を介して回転制御すると共に、追従側ロール７に対し、インバータ２−２及びモータ３−２を介して回転制御するモータ制御装置１と、を備えて構成される。また、モータ制御システムは、モータ３−１の回転に応じて基準パルスＰ１を発生するＰＧ４−１、及び、モータ３−２の回転に応じて追従パルスＰ２を発生するＰＧ４−２を備えている。

モータ３−１と基準側ロール６とは機械的に連結されており、基準側ロール６は、モータ３−１の回転に伴って回転する。また、追従側ロール７には偏心カム４０が設けられており、追従側ロール７は、モータ３−２の回転に伴い、偏心カム４０と共に回転する。

追従側ロール７を一定速度で回転させようとしても、偏心カム４０により、追従側ロール７のトルクが変動し、追従側ロール７の回転速度が変動してしまう。モータ制御装置１は、このような追従側ロール７の回転速度の変動に対応した制御を行い、追従側ロール７の回転速度を一定速度に迅速に戻す。

モータ制御装置１は、ＰＧ４−１から、モータ３−１の回転に応じた基準パルスＰ１を入力すると共に、ＰＧ４−２から、モータ３−２の回転に応じた追従パルスＰ２を入力する。また、モータ制御装置１は、モータ制御指令Ｍ１及びモータ制御指令Ｍ２を生成し、モータ制御指令Ｍ１をインバータ２−１へ出力すると共に、モータ制御指令Ｍ２をインバータ２−２へ出力する。

図１に示すように、モータ制御装置１は、基準側ロール制御部８及び追従側ロール制御部９を備えている。基準側ロール制御部８は、基準側ロール６を一定速度で回転させるためのモータ制御指令Ｍ１を生成し、モータ制御指令Ｍ１をインバータ２−１へ出力する。これにより、モータ制御指令Ｍ１の速度にてモータ３−１が回転し、結果として、基準側ロール６は一定速度で回転する。

追従側ロール制御部９は、基準側ロール６の基準速度ωａに、基準側ロール６と追従側ロール７との間の位置偏差Ｄを加算すると共に、位置偏差Ｄに対して微分処理を施した補償値Ｆ２を加算することで、追従速度指令ω＊１を求める。そして、追従側ロール制御部９は、追従速度指令ω＊１と追従速度ＦＢω２との間の差に基づいて、追従側ロール７を基準側ロール６と同じ速度かつ同じ位置で回転させるためのモータ制御指令Ｍ２を生成し、モータ制御指令Ｍ２をインバータ２−２へ出力する。

つまり、追従側ロール制御部９は、追従側ロール７が基準側ロール６と同じ回転速度かつ同じ回転位置となるように、基準側ロールに追従側ロールを追従させるための同期制御を行う。追従側ロール制御部９の詳細については後述する。

これにより、モータ制御指令Ｍ２の速度にてモータ３−２が回転し、結果として、追従側ロール７は、基準側ロール６と同じ速度かつ同じ位相にて回転する。

以下、図１に示したモータ制御装置１の追従側ロール制御部９について詳細に説明する。実施例１の追従側ロール制御部９は、図１に示したとおり追従側ロール７に偏心カム４０が設けられている場合の他、追従側ロール７に対して一般的な負荷が加えられる場合等に適用可能な例である。また、実施例２の追従側ロール制御部９は、追従側ロール７にフライホイールが設けられている場合に適用可能な例である。

〔追従側ロール制御部９／実施例１〕
まず、実施例１の追従側ロール制御部９について詳細に説明する。前述のとおり、実施例１の追従側ロール制御部９は、追従側ロール７に偏心カム４０が設けられている場合の他、追従側ロール７に対して一般的な負荷が加えられる場合等に適用可能な例である。

図２は、実施例１の追従側ロール制御部９の構成例を示すブロック図である。この追従側ロール制御部９−１は、変換器１０、Ｆ／Ｖ（周波数／速度）変換器１１、ローパスフィルタ１２、微分補償器１３、加算器１４、変換器１５、位置偏差カウンタ１６、加算器１７、微分補償器１８、加算器１９、Ｆ／Ｖ変換器２０、平滑フィルタ２１及び減算器２２を備えている。

変換器１０、Ｆ／Ｖ変換器１１及びローパスフィルタ１２、または、変換器１０、Ｆ／Ｖ変換器１１、ローパスフィルタ１２、微分補償器１３及び加算器１４により、基準側ロール６の基準速度ωａ，ωａ１を算出する基準速度算出部が構成される。また、Ｆ／Ｖ変換器２０及び平滑フィルタ２１により、追従側ロール７の追従速度ＦＢω２を算出する追従速度算出部が構成される。

変換器１０は、ＰＧ４−１から基準側ロール６の回転に伴う基準パルスＰ１を入力すると共に、予め設定された製品長（製品の設定長）及び所定の係数を入力する。そして、変換器１０は、予め設定された設定長及び係数に基づいて、ＰＧ４−２が発生する追従側ロール７の回転に伴う追従パルスＰ２に対応して、基準パルスＰ１を基準パルスＰ１’に変換する。これにより、基準パルスＰ１’の１パルスあたりの回転位置の変化が、追従パルスＰ２の１パルスあたりの回転位置の変化と同じになる。変換器１０は、基準パルスＰ１’をＦ／Ｖ変換器１１に出力する。

Ｆ／Ｖ変換器１１は、変換器１０から基準パルスＰ１’を入力し、基準パルスＰ１’をカウントして基準パルスＰ１’の周波数を算出する。そして、Ｆ／Ｖ変換器１１は、基準パルスＰ１’の周波数を速度に変換し、基準側ロール６（モータ３−１）の回転速度である基準速度ＦＢω３をローパスフィルタ１２及び微分補償器１３に出力する。

ローパスフィルタ１２は、Ｆ／Ｖ変換器１１から基準速度ＦＢω３を入力すると共に、予め設定されたフィルタ周波数を入力する。そして、ローパスフィルタ１２は、基準速度ＦＢω３に対し、予め設定されたフィルタ周波数を用いて高周波ノイズを除去するためのフィルタ処理を施す。ローパスフィルタ１２は、フィルタ処理後の基準速度ωａを加算器１４に出力する。

これにより、追従側ロール７の回転速度を基準側ロール６の回転速度に一致させるための指令であって、高周波ノイズが除去された基準速度ωａが生成される。

微分補償器１３は、Ｆ／Ｖ変換器１１から基準速度ＦＢω３を入力すると共に、予め設定された微分周波数及び微分ゲインを入力する。そして、微分補償器１３は、基準速度ＦＢω３に対し、予め設定された微分周波数及び微分ゲインを用いて微分処理を施し、補償値Ｆ１を算出する。

具体的には、微分補償器１３は、微分周波数を用いて基準速度ＦＢω３の微分値を算出し、微分値に微分ゲインを乗算し、補償値Ｆ１を求める。そして、微分補償器１３は、補償値Ｆ１を加算器１４に出力する。

このように、微分補償器１３により、基準側ロール６（モータ３−１）の回転（材料５の走行）が加速または減速した場合に、その加速または減速の程度に応じた補償値Ｆ１が瞬時に算出される。この補償値Ｆ１は、後段の加算器１４に出力されることで、結果として、基準側ロール６（モータ３−１）の加速または減速による変動を、追従側ロール７の回転速度の指令値である後述の追従速度指令ω＊に即座に反映させることができる。つまり、追従側ロール７を、材料５の加速または減速の動作に追従させることができる。

加算器１４は、ローパスフィルタ１２から基準速度ωａを入力すると共に、微分補償器１３から補償値Ｆ１を入力し、基準速度ωａに補償値Ｆ１を加算し、加算結果を基準速度ωａ１として加算器１７に出力する。

これにより、追従側ロール７の回転速度を基準側ロール６の回転速度に一致させるための指令であって、材料５の加速または減速の動作に追従させる基準速度ωａ１が生成される。

変換器１５は、ＰＧ４−１から基準パルスＰ１を入力すると共に、予め設定された設定長及び所定の係数を入力し、変換器１０と同様に、設定長及び係数に基づいて、基準パルスＰ１を追従パルスＰ２に対応した基準パルスＰ１’’に変換する。そして、変換器１５は、基準パルスＰ１’’を位置偏差カウンタ１６に出力する。

位置偏差カウンタ１６は、変換器１５から、基準側ロール６の回転に伴う基準パルスＰ１’’を入力すると共に、ＰＧ４−２から、追従側ロール７の回転に伴う追従パルスＰ２を入力し、さらに、予め設定された位置ゲインを入力する。

位置偏差カウンタ１６は、図７に示した位置偏差カウンタ１０１と同様に、基準パルスＰ１’’の入力のタイミングでカウントアップし、追従パルスＰ２の入力のタイミングでカウントダウンするカウント値を求める。そして、位置偏差カウンタ１６は、カウント値に位置ゲインを乗算し、乗算結果を位置偏差Ｄとして加算器１７及び微分補償器１８に出力する。

これにより、追従側ロール７の負荷変動、基準側ロール６の速度変動等があった場合に、基準側ロール６の回転位置と追従側ロール７の回転位置との間の偏差が位置偏差Ｄとして瞬時に出力される。また、追従側ロール７の回転位置を基準側ロール６の回転位置に追従させる精度は、位置偏差カウンタ１６にて用いる位置ゲインによって決定される。

加算器１７は、加算器１４から基準速度ωａ１を入力すると共に、位置偏差カウンタ１６から位置偏差Ｄを入力し、基準速度ωａ１に位置偏差Ｄを加算し、加算結果を追従側ロール７に対する追従速度指令ω＊として加算器１９に出力する。

これにより、追従側ロール７の回転速度を基準側ロール６の回転速度に一致させるための指令であって、基準側ロール６と追従側ロール７との間の位置偏差Ｄをなくす（０とする）ための追従速度指令ω＊が生成される。

微分補償器１８は、位置偏差カウンタ１６から位置偏差Ｄを入力すると共に、予め設定された微分周波数及び微分ゲインを入力する。そして、微分補償器１８は、位置偏差Ｄに対し、予め設定された微分周波数及び微分ゲインを用いて微分処理を施し、補償値Ｆ２を算出する。微分補償器１８は、補償値Ｆ２を加算器１９に出力する。補償値Ｆ２は、図６（４）に示すように、図６（３）に示した位置偏差Ｄに応じて変動する。

図３は、微分補償器１８の構成例を示すブロック図である。この微分補償器１８は、微分器３０及び乗算器３１を備えている。微分器３０は、位置偏差カウンタ１６から位置偏差Ｄを入力すると共に、予め設定された微分周波数を入力し、微分周波数を用いて位置偏差Ｄの微分値を算出する。そして、微分器３０は、微分値を乗算器３１に出力する。

予め設定された微分周波数が高いほど、位置偏差Ｄの変化が微分値に反映され易い。一方、微分周波数が低いほど、位置偏差Ｄの変化が微分値に反映され難く、位置偏差Ｄの変化は、微分器３０にて吸収され易い。

微分周波数をWLGとした場合、微分器３０は、以下の伝達関数で表すことができる。
［数１］
（ｓ／WLG2）／｛１＋（ｓ／WLG2）｝ ・・・（１）

乗算器３１は、微分器３０から微分値を入力すると共に、予め設定された微分ゲインを入力し、微分値に微分ゲインを乗算し、補償値Ｆ２を求める。そして、乗算器３１は、補償値Ｆ２を加算器１９に出力する。

このように、例えば、図１に示した偏心カム４０により追従側ロール７に負荷変動が生じ、追従側ロール７の回転速度が変動した場合に、微分補償器１８により、この回転速度の変動により生じた位置偏差Ｄの程度に応じて、補償値Ｆ２が瞬時に算出される。この補償値Ｆ２は、後段の加算器１９に出力されることで、結果として、追従側ロール７の回転速度の変動を、追従側ロール７の回転速度の指令値である後述の追従速度指令ω＊１に即座に反映させることができる。

図２に戻って、加算器１９は、加算器１７から追従速度指令ω＊を入力すると共に、微分補償器１８から補償値Ｆ２を入力する。そして、加算器１９は、追従速度指令ω＊に補償値Ｆ２を加算し、加算結果を追従側ロール７に対する追従速度指令ω＊１として減算器２２に出力する。

これにより、追従側ロール７の回転速度を基準側ロール６の回転速度に一致させるための指令であって、偏心カム４０により追従側ロール７の回転速度が変動した場合に対応するための追従速度指令ω＊１が生成される。

つまり、追従速度指令ω＊１には、追従側ロール７の回転速度を基準側ロール６の回転速度に一致させる指令、高周波ノイズが除去された指令、材料５の加速または減速の動作に対応するための指令、基準側ロール６と追従側ロール７との間の位置偏差Ｄをなくすための指令、及び、偏心カム４０により追従側ロール７の回転速度が変動した場合に対応するための指令が反映されている。

Ｆ／Ｖ変換器２０は、ＰＧ４−２から追従パルスＰ２を入力し、追従パルスＰ２をカウントして追従パルスＰ２の周波数を算出する。そして、Ｆ／Ｖ変換器２０は、追従パルスＰ２の周波数を速度に変換し、追従側ロール７（モータ３−２）の回転速度である追従速度ＦＢω１を平滑フィルタ２１に出力する。

平滑フィルタ２１は、Ｆ／Ｖ変換器２０から追従速度ＦＢω１を入力すると共に、予め設定された平均値を入力する。そして、平滑フィルタ２１は、追従速度ＦＢω１に対し、予め設定された平均値を用いて平滑化のためのフィルタ処理を施し、平滑化後の追従速度ＦＢω２を減算器２２に出力する。予め設定された平均値は、平滑化の程度を示す重みとして用いられる。これにより、ノイズが除去され平滑化された追従速度ＦＢω２が生成される。

減算器２２は、加算器１９から追従速度指令ω＊１（追従側ロール７に対する回転速度の指令）を入力すると共に、平滑フィルタ２１から追従速度ＦＢω２（追従側ロール７の回転速度のフィードバック）を入力する。そして、減算器２２は、追従速度指令ω＊１から追従速度ＦＢω２を減算し、減算結果である追従速度偏差をモータ制御指令Ｍ２としてインバータ２−２へ出力する。

これにより、モータ制御指令Ｍ２に従い、インバータ２−２を介してモータ３−２が回転し、モータ３−２を介して追従側ロール７が回転し、追従側ロール７の回転速度である追従速度ＦＢω２が追従速度指令ω＊１に一致するようになる。

以上のように、実施例１の追従側ロール制御部９−１によれば、微分補償器１８は、基準側ロール６と追従側ロール７との間の位置偏差Ｄに対し、予め設定された微分周波数及び微分ゲインを用いて微分処理を施し、補償値Ｆ２を算出するようにした。加算器１９は、基準側ロール６の基準パルスＰ１に基づいて算出された追従速度指令ω＊に補償値Ｆ２を加算し、追従側ロール７に対する追従速度指令ω＊１を求める。

そして、追従速度指令ω＊１から追従側ロール７の回転速度である追従速度ＦＢω２を減算することで、モータ制御指令Ｍ２が求められ、モータ制御指令Ｍ２に基づいて、追従側ロール７が回転する。

これにより、追従側ロール７の追従速度ＦＢω２が追従速度指令ω＊１に一致するように動作する。つまり、追従側ロール７の回転速度が基準側ロール６の回転速度に一致し、かつ追従側ロール７の回転位置が基準側ロール６の回転位置に一致するように動作する。

例えば、図１に示した偏心カム４０により追従側ロール７に負荷変動が生じ、追従側ロール７の回転速度が変動した場合に、微分補償器１８により、この回転速度の変動により生じた位置偏差Ｄの程度に応じて、補償値Ｆ２が瞬時に算出される。この補償値Ｆ２は、加算器１９により、追従側ロール７の回転速度の指令値である追従速度指令ω＊１に即座に反映される。そして、追従側ロール７は追従速度指令ω＊１に基づいて回転し、追従側ロール７及び基準側ロール６の回転速度が一致し、かつ追従側ロール７及び基準側ロール６の回転位置が一致するようになる。つまり、追従側ロール７の急峻な速度変動に対し、即座に対応することができる。

このように、補償値Ｆ２は、基準側ロール６に対する追従側ロール７の速度変動が生じたときのみに算出され、追従側ロール７の追従速度指令ω＊１は、この速度変動に応じて即座に算出される。このため、位置偏差Ｄを算出する際の位置ゲインは、予め大きな値に設定しておく必要がなく、速度が安定しているときの過補償を抑えることができる。

したがって、基準側ロール６に追従側ロール７を追従させる同期制御を行う際に、基準側ロール６に対する追従側ロール７の速度変動を迅速に収めることができ、安定した制御を実現することが可能となる。

尚、実施例１では、偏心カム４０により追従側ロール７に負荷変動が生じ、追従側ロール７の回転速度が変動した場合について説明した。図１に示した本発明の実施形態によるモータ制御装置１は、偏心カム４０が存在しない場合、後述するフライホイールが追従側ロール７に設けられていない場合等にも適用がある。つまり、モータ制御装置１は、追従側ロール７に対して一般的な負荷が加えられ、追従側ロール７の回転速度が変動した場合に適用がある。また、外乱によって追従側ロール７または基準側ロール６の回転速度が変動した場合等にも適用がある。

〔追従側ロール制御部９／実施例２〕
次に、実施例２の追従側ロール制御部９について詳細に説明する。前述のとおり、実施例２の追従側ロール制御部９は、追従側ロール７にフライホイールが設けられている場合に適用可能な例である。フライホイールは、追従側ロール７の回転を安定させるために用いられ、追従側ロール７の回転を急激に変化させようとした場合、その回転を緩やかに変化させ安定させるように機能する。

図４は、実施例２の追従側ロール制御部９の構成例を示すブロック図である。この追従側ロール制御部９−２は、変換器１０、Ｆ／Ｖ変換器１１、ローパスフィルタ１２、微分補償器１３、加算器１４、変換器１５、位置偏差カウンタ１６、加算器１７、微分補償器１８、加算器１９、Ｆ／Ｖ変換器２０、平滑フィルタ２１、減算器２２及びゲイン設定器２３を備えている。

図２に示した実施例１の追従側ロール制御部９−１とこの実施例２の追従側ロール制御部９−２とを比較すると、両追従側ロール制御部９−１，９−２は、変換器１０から減算器２２までの構成部を備えている点で同一である。一方、追従側ロール制御部９−２は、追従側ロール制御部９−１の構成に加え、さらにゲイン設定器２３を備えている点で相違する。また、追従側ロール制御部９−２において、位置偏差カウンタ１６は、ゲイン設定器２３から位置ゲインを入力し、微分補償器１８は、ゲイン設定器２３から微分ゲインを入力する点で、予め設定された位置ゲイン及び微分ゲインを入力する追従側ロール制御部９−１と相違する。

尚、図４において、図２と共通する部分には図２と同一の符号を付し、その詳しい説明は省略する。Ｆ／Ｖ変換器２０は、追従速度ＦＢω１を平滑フィルタ２１及びゲイン設定器２３に出力する。

ゲイン設定器２３は、Ｆ／Ｖ変換器２０から追従速度ＦＢω１を入力し、予め設定されたテーブルを用いて、追従速度ＦＢω１に対応する位置ゲイン及び微分ゲインを設定する。そして、ゲイン設定器２３は、位置ゲインを位置偏差カウンタ１６に出力すると共に、微分ゲインを微分補償器１８に出力する。

図５は、ゲイン設定器２３に備えたテーブルのデータ構成例を示す図である。このテーブルは、追従速度ＦＢω１と、当該追従速度ＦＢω１に対応する位置ゲイン及び微分ゲインとを備えて構成される。

ａ（１），ａ（２），ａ（３），ａ（４），・・・，ａ（ｍ），ａ（ｍ＋１）は、追従速度ＦＢω１の値を示し、ａ（１）＜ａ（２）＜ａ（３）＜ａ（４）＜・・・＜ａ（ｍ）＜ａ（ｍ＋１）とする。また、ｂ（１），ｂ（２），・・・，ｂ（ｎ）は、位置ゲインの値を示し、ｂ（１）＞ｂ（２）＞・・・＞ｂ（ｎ）とする。ｃ（１），ｃ（２），・・・，ｃ（ｎ）は、微分ゲインの値を示し、ｃ（１）＞ｃ（２）＞・・・＞ｃ（ｎ）とする。ｍ，ｎは正の整数である。

図５に示すように、テーブルには、追従速度ＦＢω１がａ（１）以上ａ（２）未満に対応して、位置ゲインｂ（１）及び微分ゲインｃ（１）が格納されている。また、追従速度ＦＢω１がａ（３）以上ａ（４）未満に対応して、位置ゲインｂ（２）及び微分ゲインｃ（２）が格納されている。・・・さらに、追従速度ＦＢω１がａ（ｍ）以上ａ（ｍ＋１）以下に対応して、位置ゲインｂ（ｎ）及び微分ゲインｃ（ｎ）が格納されている。

例えば、ゲイン設定器２３は、Ｆ／Ｖ変換器２０から追従速度ＦＢω１＝ｓ（ｓはａ（３）≦ｓ＜ａ（４）とする）を入力した場合、このテーブルから、追従速度ＦＢω１＝ｓに対応する位置ゲインｂ（２）及び微分ゲインｃ（２）を読み出して設定する。そして、ゲイン設定器２３は、位置ゲインｂ（２）を位置偏差カウンタ１６に出力し、微分ゲインｃ（２）を微分補償器１８に出力する。

このように、テーブルには、追従速度ＦＢω１が小さい値ほど、大きい値の位置ゲイン及び微分ゲインが格納され、追従速度ＦＢω１が大きい値ほど、小さい値の位置ゲイン及び微分ゲインが格納されている。

これは、追従側ロール７にフライホイールが設けられている場合、追従速度指令ω＊１に対する追従側ロール７の反応が遅いから、追従側ロール７が高速回転しているときは、小さい値の位置ゲイン及び微分ゲインを用いることで、追従速度指令ω＊１を大きく変動させないようにするためである。

尚、ゲイン設定器２３は、追従速度ＦＢω１に対応する位置ゲイン及び微分ゲインを設定する際に、図５に示したテーブルから、位置ゲイン及び微分ゲインを読み出すようにした。これに対し、ゲイン設定器２３は、所定の数式を用いて、追従速度ＦＢω１から位置ゲイン及び微分ゲインを算出するようにしてもよい。

所定の数式は、追従速度ＦＢω１から位置ゲイン及び微分ゲインが導出されるように、追従速度ＦＢω１と位置ゲイン及び微分ゲインとの間の関係が定義されている。具体的には、所定の数式は、追従速度ＦＢω１が小さい値ほど、大きい値の位置ゲイン及び微分ゲインが算出され、追従速度ＦＢω１が大きい値ほど、小さい値の位置ゲイン及び微分ゲインが算出されるように定義されているものとする。

位置偏差カウンタ１６は、ゲイン設定器２３から位置ゲインを入力し、基準パルスＰ１’’及び追従パルスＰ２を入力してカウント値を求め、カウント値に位置ゲインを乗算することで、位置偏差Ｄを求める。

微分補償器１８は、ゲイン設定器２３から微分ゲインを入力し、位置偏差Ｄに対し、予め設定された微分周波数、及びゲイン設定器２３から入力した微分ゲインを用いて微分処理を施し、補償値Ｆ２を算出する。

これにより、追従側ロール７が高速回転しているときは、位置ゲイン及び微分ゲインが小さい値であるから、位置偏差Ｄ及び補償値Ｆ２がそれぞれ加算された追従速度指令ω＊１は、大きく変動することがない。

以上のように、実施例２の追従側ロール制御部９−２によれば、ゲイン設定器２３は、追従速度ＦＢω１が小さい値ほど、大きい値の位置ゲイン及び微分ゲインを設定し、追従速度ＦＢω１が大きい値ほど、小さい値の位置ゲイン及び微分ゲインを設定するようにした。そして、位置偏差カウンタ１６は、ゲイン設定器２３により設定された位置ゲインを用いて位置偏差Ｄを求め、微分補償器１８は、ゲイン設定器２３により設定された微分ゲインを用いて補償値Ｆ２を求める。

そして、位置偏差Ｄ及び補償値Ｆ２がそれぞれ加算されて追従速度指令ω＊１が求められ、追従速度指令ω＊１と追従速度ＦＢω２との間の偏差がモータ制御指令Ｍ２として生成され、モータ制御指令Ｍ２に基づいて、追従側ロール７が回転する。

ここで、追従側ロール７が高速回転しているときは、小さい値の位置ゲイン及び微分ゲインが用いられるから、追従速度指令ω＊１は大きく変動することがない。したがって、フライホイールが設けられた追従側ロール７に適用可能な制御を実現することができる。

したがって、基準側ロール６に、フライホイールが設けられた追従側ロール７を追従させる同期制御を行う際に、基準側ロール６に対する追従側ロール７の速度変動を迅速に収めることができ、安定した制御を実現することが可能となる。

図４の追従側ロール制御部９−２を備えたモータ制御装置１は、実施例１と同様に、外乱によって追従側ロール７の回転速度が変動した場合、基準側ロール６の回転速度が変動した場合等にも適用がある。

以上、実施例１，２を挙げて本発明を説明したが、本発明は前記実施例１，２に限定されるものではなく、その技術思想を逸脱しない範囲で種々変形可能である。例えば、前記実施例１，２は、図１に示したモータ制御システムをロータリーシャーに適用した例を挙げて説明したが、本発明は、印刷機等のロール制御を行う機械全般に適用可能である。

１，１００ モータ制御装置
２ インバータ
３ モータ
４ ＰＧ（パルスジェネレータ）
５ 材料
６ 基準側ロール
７ 追従側ロール
８ 基準側ロール制御部
９ 追従側ロール制御部
１０，１５ 変換器
１１，２０ Ｆ／Ｖ（周波数／速度）変換器
１２ ローパスフィルタ
１３，１８ 微分補償器
１４，１７，１９，１０２ 加算器
１６，１０１ 位置偏差カウンタ
２１ 平滑フィルタ
２２，１０３ 減算器
２３ ゲイン設定器
３０ 微分器
３１ 乗算器
４０ 偏心カム
Ｍ１，Ｍ２ モータ制御指令
ω１，ω２ 追従速度ＦＢ（フィードバック）
ω３ 基準速度ＦＢ（フィードバック）
ω＊，ω＊１ 追従速度指令
ωａ，ωａ１ 基準速度
Ｄ 位置偏差
Ｆ１，Ｆ２ 補償値
Ｐ１，Ｐ１’，Ｐ１’’ 基準パルス
Ｐ２ 追従パルス

Claims (2)

1. 基準側ロールに追従側ロールの回転速度及び回転位置を追従させるための同期制御を、前記基準側ロールに連結されたモータ及び前記追従側ロールに連結されたモータを介して行うモータ制御装置において、
   前記基準側ロールの回転に伴う基準パルスを入力し、前記基準パルスに基づいて、前記基準側ロールの回転速度である基準速度を算出する基準速度算出部と、
   前記追従側ロールの回転に伴う追従パルスを入力し、前記追従パルスに基づいて、前記追従側ロールの回転速度である追従速度を算出する追従速度算出部と、
   前記基準パルスを入力すると共に、前記追従パルスを入力し、前記基準パルス及び前記追従パルスのカウント値を求め、前記カウント値に予め設定された位置ゲインを乗算し、前記基準側ロールと前記追従側ロールとの間の位置偏差を求める位置偏差カウンタと、
   前記基準速度算出部により算出された前記基準速度に、前記位置偏差カウンタにより求められた前記位置偏差を加算し、追従速度指令を求める第１の加算器と、
   前記位置偏差カウンタにより求められた前記位置偏差に微分処理を施して微分値を算出し、前記微分値に予め設定された微分ゲインを乗算し、補償値を求める微分補償器と、
   前記第１の加算器により求められた前記追従速度指令に、前記微分補償器により求められた前記補償値を加算し、新たな追従速度指令を求める第２の加算器と、
   前記第２の加算器により求められた前記新たな追従速度指令と、前記追従速度算出部により算出された前記追従速度との間の偏差を算出する減算器と、を備え、
   前記減算器により算出された偏差に基づいて、前記追従側ロールを回転制御し、
   前記微分補償器は、
   前記位置偏差カウンタにより求められた前記位置偏差に対し、予め設定された微分周波数を用いて微分処理を施し、前記微分値を算出する微分器と、
   前記微分器により算出された前記微分値に前記予め設定された微分ゲインを乗算し、前記補償値を求める乗算器と、を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
2. 基準側ロールに追従側ロールの回転速度及び回転位置を追従させるための同期制御を、前記基準側ロールに連結されたモータ及び前記追従側ロールに連結されたモータを介して行うモータ制御装置において、
   前記基準側ロールの回転に伴う基準パルスを入力し、前記基準パルスに基づいて、前記基準側ロールの回転速度である基準速度を算出する基準速度算出部と、
   前記追従側ロールの回転に伴う追従パルスを入力し、前記追従パルスに基づいて、前記追従側ロールの回転速度である追従速度を算出する追従速度算出部と、
   前記基準パルスを入力すると共に、前記追従パルスを入力し、前記基準パルス及び前記追従パルスのカウント値を求め、前記カウント値に予め設定された位置ゲインを乗算し、前記基準側ロールと前記追従側ロールとの間の位置偏差を求める位置偏差カウンタと、
   前記基準速度算出部により算出された前記基準速度に、前記位置偏差カウンタにより求められた前記位置偏差を加算し、追従速度指令を求める第１の加算器と、
   前記位置偏差カウンタにより求められた前記位置偏差に微分処理を施して微分値を算出し、前記微分値に予め設定された微分ゲインを乗算し、補償値を求める微分補償器と、
   前記第１の加算器により求められた前記追従速度指令に、前記微分補償器により求められた前記補償値を加算し、新たな追従速度指令を求める第２の加算器と、
   前記第２の加算器により求められた前記新たな追従速度指令と、前記追従速度算出部により算出された前記追従速度との間の偏差を算出する減算器と、を備え、
   前記減算器により算出された偏差に基づいて、前記追従側ロールを回転制御し、
   さらに、前記追従速度算出部により算出された前記追従速度が小さい値ほど、大きい値の前記位置ゲイン及び前記微分ゲインを設定し、前記追従速度が大きい値ほど、小さい値の前記位置ゲイン及び前記微分ゲインを設定するゲイン設定器、を備え、
   前記位置偏差カウンタは、
   前記カウント値に対し、前記ゲイン設定器により設定された前記位置ゲインを乗算し、前記位置偏差を求め、
   前記微分補償器は、
   前記微分値に対し、前記ゲイン設定器により設定された前記微分ゲインを乗算し、前記補償値を求める、ことを特徴とするモータ制御装置。

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