JPH04168988A - 電動機の速度制御方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電動機の速度制御に係り、特にトルクのリミ
ット値付近の制御応答を向上するのに好適な電動機の速
度制御方式に関する。

〔従来の技術〕

従来の電動機の速度制御方式においては、電気書院発行
の「電動制御システム」第１０．３６図に、電流制御出
力（又は点弧回路出力）に一定値のリミット値をかける
ように記載されている。

第６図は従来例を示したものであり、速度制御演算処理
１の出力である電流指令Ｉｓは、電流リミッタ４により
リミットされる。電流指令Ｉｓが電流リミッタにかかっ
た場合は、電流指令工は電流リミット指令（リミット値
）Ｉａｉ−がそのまま出力される。この時、速度制御演
算として積分項を含んでいると、電流リミッタにかかっ
た状態では積分値は蓄積され、速度指令Ｓ　ｒｅｚと速
度検出値Ｓｒｂとの偏差が小さくなっても電流指令Ｉｓ
は積分値に対応した値しか出力されず、速度検出値に対
応した変化がすぐにはできなくなる。すなわち、積分値
が徐々に減じられて、電流指令工、かリミット値からは
ずれるようになるまで、トルク電流検出値Ｌｂｘに対す
る応答ができない。

第７図は従来方式による電流指令工とトルク電流検出値
Ｉｚｂの一例である。電流指令工としてリミット値Ｉ　
ｍｉｘが出力されるため、オープンループと同様の動作
になり、トルク出力にバラツキを生じている。

またリミット値にかかった時の速度応答が悪いため、機
械系との共振を起こし、機械系に損傷を与える等の問題
があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の電動機の速度制御方式にあっては、制御対象が拘
束されたり、負荷の急激な変動が生じて速度制御の電流
指令がリミット値にかかった場合、単に指令値をリミッ
ト値で抑え込むだけで、実際のトルク検出値あるいはト
ルク電流検出値とのつきあわせをしていなかった。また
、指令値がリミット値にかかった場合、単に出力をリミ
ット値で抑え内部状態へのフィードバック（内部状態変
数の補正）を考慮していなかったため、指令値がリミッ
ト値にかかったり、はずれたりの繰り返し動作をする場
合の速度制御応答及びトルク制御応答が悪いという問題
が有った。

本発明の目的は、トルクのリミット値付近の速度制御の
応答とリミット値の精度とを向上し、さらにこの結果と
して、製品品質の向上と電動機に連結された機器の保護
とを図ることのできる電動機の速度制御方式を提供する
ことにある。

〔課題を解決するための手段〕

前記の目的を達成するため、本発明に係る電動機の速度
制御方式は、速度の設定値と実際値との間の偏差を演算
して電流指令を出力し、電流リミッタを経由して電流指
令値を発生する電動機の速度制御方式において、トルク
の設定値と実際値との間の偏差を演算しトルク電流指令
を出力するトルク制御演算処理と、トルク電流指令と電
流指令とを比較しトルク電流指令の絶対値を超えなし）
し１ずれか一方の電流指令を選択する比較選択処理とを
設け、比較選択処理に接続する電流リミッタより発生す
る電流指令値により制御する構成とする。

そして比較選択処理は、選択されたいずれか一方の電流
指令を、他方の電流指令の状態変数により補正させる構
成でもよい。

〔作用〕

本発明の電動機の速度制御方式によれば、速度制御系と
トルク制御系の切り換えは、同一サンプリングあるいは
ある複数サンプリング期間内に、速度制御演算とトルク
制御演算とを同時に平行して行ない、その演算結果の大
小比較によりいずれか一方の電流指令を選択して行なわ
れる。この時、電動機が正転及び逆転動作を行なう場合
は、その回転方向に合わせて演算結果の電流指令の比較
を行なう必要があり、正転の場合は小さい方が選択され
、逆転の場合は大きい方が選択される。なお、回転方向
は速度指令値の符号により判定され、これによって、速
度制御演算結果とトルク制御演算結果とがいかなる場合
でも比較選択される。

また選択された電流指令による内部状態変数の補正は以
下の様に処理される。すなわち、速度制御あるいはトル
ク制御が状態変数ｘ１．　ｘ２．　ｘ３゜・・・・・・
Ｘｎあるいはｙ工ｙ　ｙｚｔ　Ｙｘｔ・・・・・・ｙ、
ｌより演算処理される場合、電流指令の選択において、
選択されなかった側の電流指令の状態変数を、その前回
状態変数と選択された電流指令とから逆算し、あたかも
その状態変数から演算して電流指令が得られたかの如く
補正する。特にＰＩＤ演算の様な場合は、積分項を訂正
するだけでよく簡単に補正は可能である。

又、電流指令最終段の許容最大電流指令リミット値は、
電流指定を単に設定値で抑え込むだけであるが、電流指
令がこのリミット値にかかった場合は前記のように、速
度制御及びトルク制御の変態変数の演算結果が許容最大
電流指令となるように各々の変態変数を変更する。

〔実施例〕

本発明の一実施例を第１図及び第２図を参照しながら説
明する。

第１図に示すように、上位コントローラからの指令はド
ライバ５を通してマイクロプロセッサ６が受けとり、Ｒ
ＯＭ７及びＲＡＭ８のプログラムによって制御演算を行
なう。この演算結果はインターフェイス９を介して電動
機のモータドライバ１２に供給され電動機１３を駆動す
る。なお制御演算に際してトルク電流検出値はトルク電
流検出開路１０より取り込み、速度検出値は、パルスエ
ンコーダ１４の発生したパルスを速度検出開路１１でカ
ウントして取り込まれる。速度及びトルク又はトルク電
流が検出でき、マイクロプロセッサによりフレキシブル
な制御演算を可能とする構成になっている。

この処理動作を示したものが第２図である。速度指令ｓ
　ｒｅｉと速度検出値ｓｔｂとの偏差より速度制御演算
処理１を実施し電流指令■８を得る。同様に電流リミッ
ト指令（リミット値）Ｉｇｔ−を指令値とし、トルク電
流検出値１ｉｂとの偏差よりトルク制御演算処理２を実
施しトルク電流指令工。

を得る。電流指令の比較選択処理３によりＩｓと■、の
いずれか一方を選ぶ、正転の場合、■、≧■５ならばＩ
ｓを選択し、ｔ５≧工、ならば工、を選択する。また逆
転の場合、■、≧Ｉｓならば工、を選択し、Ｉｓ≧Ｉｔ
ならばＩｓを選択する。これにより、速度制御を行ない
ながら、電流リミット指令Ｉ　ｌ１ｍに相当するトルク
以上を出さないように速度制御を実行する。つまりトル
クのリミット値がかかった状態で速度制御を行なう。

すなわち速度制御結果である電流指令を単にリミット値
で抑え込むのではなく、リミット値を指令値として、現
在のトルク又はトルク電流検出値との偏差から演算した
電流指令値で前記速度制御演算による電流指令を抑え込
むものである。つまり、速度制御とトルク制御の２つの
演算を行ない、両者の演算結果を比較して速度制御の演
算結果の絶対値がトルク制御の演算結果の絶対値を超え
ないようにするものである。

従って、速度制御の演算結果がリミット値付近にある場
合、速度制御とトルク制御とがしばしば交互に実行され
たように動作するが、この時、制御の切換により動作が
不連続になったり、制御系全体としての制御応答速度が
落ちることを防止するため、前記作用の項に記載のよう
に電流指令出力として速度制御系が選択された場合は、
トルク制御系の内部状態を、トルク制御が選択された場
合は、速度制御系の内部状態を選択された電流指令値に
対応して補正し、あたかも自らの制御系から出力したか
のように内部状態を補正してやることにより１次のサン
プリング演算における制御系の切換の連続性を保ち、高
速応答を図るものである。

また機械系の保護のため、連続制御及びトルク制御の電
流指令の選択値を更に許容最大電流指令値によるリミッ
ト機能を付加する。この時、前述のように、速度制御系
及びトルク制御系の内部状態を許容最大電流指令値に合
わせて補正するものである。

第３図は本発明を適用した射出成形機のシリンダの図で
ある。シリンダ内部にはプラスチックの温材２０が充填
されており、この温材２０をスクリュウ筒２１の回転と
押し出しにより射出穴２２より射出する。この時、一定
速度で温材を押し出すことが必要であるが、同時に一定
トルク以上で押し出さないことも要求される。このよう
な場合、最初にスクリュウ筒は速度制御で押し出しがで
きるが、射出穴が小さいため、一定速度で押し出せなく
なりオーバートルクを発生しやすい、このオーバートル
クを防ぐには本発明の速度制御方式が有効である。

第４図は本発明の他の実施例を示したものである。基本
的構成は、第２図と同じであるが、速度制御演算処理を
比例制御部１−１と積分制御部１−２とに分離し、トル
ク制御演算処理を比例制御部２−１と積分制御部２−２
とに分離したものである。この時、速度制御比例ゲイン
をＧＩＰ、速度制御積分ゲインをＧ、Ｉにトルク制御比
例ゲインをＧ、、、　トルク制御積分ゲインをａｔｒと
した時、トルク電流指令Ｉ、が選択された時の速度制御
系の補正は、下記の様になる。すなわち、トルク電流指
令Ｉ、がトルク制御系の演算結果であるとすると、 （但し、ｉΔｓｔは前回サンプリング時の積分値）が成
り立ち、 となる、速度制御系が選択された場合も同様に、トルク
制御積分項を補正する。

また選択された電流指令が更に許容最大電流リミット値
にかかった場合は、（１）（２）式と同様に速度及びト
ルク制御の積分項を（３）（４）式のように補正する。

第５図は本発明によった場合の電流指令工、とトルク電
流指令工、との動作例を示したものである。

本発明によれば、トルク電流の検出値のバラツキに対し
てリミット値を超えないように制御が働くと共に、リミ
ット値を下まわる場合は、速度を上げようとしてトルク
電流検出値をリミット値に近付けようとする。これによ
りリミット値付近での制御応答は非常によいものとなる
。前記射出成形機においては、速度制御をリミット値付
近で使用することが常時行われるため、製品の品質向上
に効果大である。従来は、リミット値にかかった時の制
御応答が悪かったため、機械系との共振を起こし機械系
へダメージを与えていたが本発明により制御応答が向上
したことにより、共振によって機械系に損傷を与える問
題がなくなり、機械系の保護や安全が図かられる。

〔発明の効果〕

本発明の電動機の速度制御方式によれば、トルクのリミ
ット値付近の制御応答が向上し、製品の品質が向上され
るとともに、機械系との共振が防止されて機械系の保護
や安全が図かられる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の一実施例を示す構成図、第
３図を本発明を適用した射出成形機を示す図、第４図は
本発明の他の実施例を示す図、第５図は本発明による電
流指令と検出値とを示すグラフ、第６図は従来の技術を
示す図、第７図は従来の電流指令と検出値を示すグラフ
である。 １・・・速度制御演算処理、２・・・トルク制御演算処
理、３・・・比較選択処理、４・・・電流リミッタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、速度の設定値と実際値との間の偏差を演算して電流
   指令を出力し、電流リミッタを経由して電流指令値を発
   生する電動機の速度制御方式において、トルクの設定値
   と実際値との間の偏差を演算しトルク電流指令を出力す
   るトルク制御演算処理と、該トルク電流指令と前記電流
   指令とを比較し前記トルク電流指令の絶対値を超えない
   いずれか一方の電流指令を選択する比較選択処理とを設
   け、該比較選択処理に接続する前記電流リミッタより発
   生する前記電流指令値により制御することを特徴とする
   電動機の速度制御方式。 ２、比較選択処理は、選択されたいずれか一方の電流指
   令を、他方の電流指令の状態変数により補正させること
   を特徴とする請求項１記載の電動機の速度制御方式。