JPH05227777A - 比例積分演算出力の変化率制限方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】比例積分演算動作により得られる操作量で制御
対象の状態を調節する際に、この制御対象に不都合を生
じさせることなしに操作量の変化率を抑制出来るように
することにある。 【構成】比例積分演算で得られる操作量の変化率を予め
設定しておき、前回の比例積分演算結果とこの変化率設
定値とから今回の比例積分演算で得られる操作量の許容
範囲を演算し、この許容範囲演算値で比例積分演算動作
を抑制する。更に比例演算動作は抑制せずに、積分演算
動作のみを、上述の変化率許容範囲演算値から比例演算
結果を差し引いた残りの値で抑制することで積分項の蓄
積をより効果的に排除する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、比例積分調節動作に
より制御対象を所望状態に調節する際に、比例積分演算
結果の変化率が過大になるのを抑制する比例積分演算出
力の変化率制限方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】制御対象の状態を比例積分演算により調
節することは各種の制御回路で多用されているが、以下
では直流電動機の速度制御を例にして説明することとす
る。図３は比例積分演算出力の変化率を制限する従来例
を示した回路図である。この図３に示す従来例回路は、
交流電源２からの交流電力をサイリスタ整流器３で直流
電力に変換し、この直流電力で制御対象としての直流電
動機５を速度制御する場合を表している。即ち速度設定
器１１が速度指令値Ｎ₀ を設定し、直流電動機５に結合
している速度検出器６が速度検出値Ｎを検出している。
比例積分演算器で構成している速度調節器１２は速度検
出値Ｎと速度指令値Ｎ₀ との偏差を入力して、この入力
偏差を零にする電流指令値Ｉ₀ を出力する。一方電流検
出器４は直流電動機５に流れる電流Ｉを検出している。
比例積分演算器で構成している電流調節器１３はこの電
流検出値Ｉと速度調節器１２が出力している電流指令値
Ｉ₀ との偏差を入力して、この入力偏差を零にする操作
量Ｐをサイリスタ整流器３へ出力している。

【０００３】この図３に示している従来例回路では、比
例積分演算器で構成した２組の調節器、即ち速度調節器
１２と電流調節器１３とを備えているが、速度調節器１
２についての説明は省略することとし、以下では電流調
節器１３についてのみ説明する。又電流調節器１３が出
力する操作量Ｐはサイリスタ整流器３の点弧位相を調整
する電圧信号であるから、この操作量Ｐが変化すればそ
れに対応して直流電動機５へ流れる電流が変化する。

【０００４】直流電動機５が例えば鋼塊圧延用の分塊ミ
ル駆動用電動機であるとすると、この分塊ミルが鋼塊を
かみこんだ瞬間に直流電動機５の回転速度が低下する
が、速度低下の程度が大きければ速度検出値Ｎと速度指
令値Ｎ₀ との偏差も大になる。この偏差を入力する速度
調節器１２は、この入力偏差を零にするべくこれの出力
である電流指令値Ｉ₀ を変化させるので、電流調節器１
３へも大きな偏差が急激に入力することになり、この入
力偏差を零にするべく電流調節器１３から変化率が大き
い操作量Ｐをサイリスタ整流器３へ出力する。その結果
サイリスタ整流器３から直流電動機５へ供給する電流が
急激に増大して、直流電動機５のトルクを増加させ、低
下した回転速度を素早く元の値、即ち速度設定器１１が
設定している速度指令値Ｎ₀ に一致させようとする。

【０００５】ところで直流電動機５に供給する電流の変
化率を大きくするとブラシに火花を生じて電動機の寿命
を縮めるし、この火花が更に大きくなればフラッシュオ
ーバを生じて電動機が焼損してしまうような大事故に発
展する恐れがある。そこで電流調節器１３の出力側に変
化率制限器１４（この変化率制限器１４は変化率の大き
な入力、例えば階段状の入力信号を一定勾配の信号に変
換して出力する機能を有する）を挿入して、電流調節器
１３への入力偏差が生じた場合てもこの電流調節器１３
が出力する操作量Ｐの変化率の大きさを制限して、直流
電動機５に火花が生じるのを未然に防止している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】直流電動機５の火花発
生を防止するために、上述のように比例積分演算器で構
成している電流調節器１３の出力側に変化率制限器１４
を挿入した回路構成では、電流調節器１３の比例積分演
算動作と、変化率制限器１４が操作量Ｐの変化率を制限
する動作とは、それぞれが独立した動作である。それ
故、電流調節器１３の出力である操作量Ｐの変化率が大
きければ、この操作量Ｐは変化率制限器１４により制限
されているにもかかわらず電流調節器１３の比例積分演
算動作は制限されることなく継続するので、その結果直
流電動機５への電流が増加しつづけ、速度の過大なオー
バシュートを生じてしまう不都合がある。

【０００７】そこでこの発明の目的は、比例積分演算動
作により得られる操作量で制御対象の状態を調節する際
に、この制御対象に不都合を生じさせることなしに操作
量の変化率を抑制出来るようにすることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明の比例積分演算出力の変化率制限方法
は、制御対象の状態を検出する状態検出値と、この制御
対象を目標の状態にする状態指令値との偏差値を零にす
るべく、この偏差値を比例積分演算した結果を前記制御
対象に与える際に、この比例積分演算出力の変化率を所
定値以下に制限している比例積分演算出力の変化率制限
方法において、前記比例積分演算結果の変化率を所定値
以下に制限する変化率制限値を別途に設定しておき、前
回の比例積分演算結果とこの変化率制限値とから今回の
比例積分演算結果が変化率制限値内となる許容範囲を演
算し、今回の比例積分演算動作をする際の比例演算結果
と積分演算結果との合計をこの許容範囲内に制限するの
であるが、或いは更に今回の比例積分演算動作をする際
に比例演算動作は抑制せずに積分演算動作を抑制して、
これら比例演算結果と積分演算結果との合計を前記許容
範囲内に制限するものとする。

【０００９】

【作用】従来は比例積分演算動作と、この比例積分演算
結果の変化率を制限する動作とがそれぞれ独立していた
ために、比例積分演算結果の変化率を制限している期間
中でも比例積分演算動作を継続していたのであるが、本
発明では比例積分演算で得られる操作量の変化率を予め
設定しておき、前回の比例積分演算結果とこの変化率設
定値とから今回の比例積分演算で得られる操作量の許容
範囲を演算し、この許容範囲演算値で比例積分演算動作
を抑制することにより、制御対象に不都合が生じるのを
防止するものである。

【００１０】

【実施例】図１は本発明の第１実施例を表した回路図で
あるが、この第１実施例回路に図示している交流電源
２、サイリスタ整流器３、電流検出器４、直流電動機
５、速度検出器６、速度設定器１１、比例積分演算器で
構成している速度調節器１２、及び同じく比例積分演算
器で構成している電流調節器１３の名称・用途・機能
は、図３で既述の従来例回路の場合と同じであるから、
これらの説明は省略する。又、比例積分演算結果の変化
率制限動作の説明も図３で既述の従来例回路の場合と同
様に電流調節器１３で行うことする。

【００１１】この第１実施例回路では、電流調節器１３
が出力する操作量Ｐの変化率を予め定めておくための変
化率設定器２１と、この操作量Ｐの許容範囲を演算する
許容範囲演算回路２２とを備えている。即ち電流調節器
１３が前回の比例積分演算結果である操作量Ｐを出力す
ると、許容範囲演算回路２２はこの前回操作量Ｐと変化
率設定値とから、今回の比例積分演算結果で得られる操
作量Ｐが所定の変化率を越えないような許容範囲を演算
し、この許容範囲演算結果を電流調節器１３に与えてこ
の電流調節器１３の比例積分演算動作を抑制する。

【００１２】図２は本発明の第２実施例を表した回路図
であるが、この第２実施例回路に図示している交流電源
２、サイリスタ整流器３、電流検出器４、直流電動機
５、速度検出器６、速度設定器１１、比例積分演算器で
構成している速度調節器１２、及び同じく比例積分演算
器で構成している電流調節器１３の名称・用途・機能
は、図３で既述の従来例回路の場合と同じであるし、変
化率設定器２１及び許容範囲演算回路２２の名称・用途
・機能は、図１で既述の第１実施例回路の場合と同じで
あるから、これらの説明は省略する。又、比例積分演算
結果の変化率制限動作の説明も図３で既述の従来例回路
の場合と同様に電流調節器１３で行うこととする。

【００１３】この第２実施例回路では、比例積分演算器
で構成している電流調節器１３は比例演算動作は制限せ
ずに、積分演算動作のみを制限するようにしている。電
流調節器１３はこの図２で図示のように比例演算器３１
と積分演算器３２、及びこれら両演算器の出力を加算す
る加算器３３とで構成しているのは周知である。そこで
許容範囲演算回路２２が出力する今回の操作量Ｐの許容
範囲演算値から、比例演算器３１が出力する比例演算結
果の今回値を差し引く演算を減算器３４で行わせると、
この減算結果が今回の積分演算結果に許容出来る値であ
る。よって減算器３４が出力する減算結果を積分演算器
３２に与えてその積分演算動作を抑制すれば、電流調節
器１３が出力する操作量Ｐの今回値は変化率設定器２１
で設定した変化率を越えることはない。

【００１４】

【発明の効果】この発明によれば、従来は比例積分演算
動作とこの比例積分演算結果の変化率を制限する動作と
が独立であったために、制御対象に過大な操作量を与え
て異常状態にしてしまう不都合があったが、本発明によ
れば、比例積分演算結果として得られる操作量の変化率
許容範囲を演算して、比例積分演算動作をこの変化率許
容範囲演算値で抑制することにより、従来のように積分
項が蓄積してしまう不都合が解消されるので、制御対象
に異常状態（実施例では直流電動機の回転速度のオーバ
シュート）を生じる恐れを回避出来る効果が得られる。
また比例演算動作は抑制せずに、積分演算動作のみを、
上述の変化率許容範囲演算値から比例演算結果を差し引
いた残りの値で抑制することで、より効果的に操作量の
変化率を制限することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を表した回路図

【図２】本発明の第２実施例を表した回路図

【図３】比例積分演算出力の変化率を制限する従来例を
示した回路図

【符号の説明】 ３ サイリスタ整流器 ４ 電流検出器 ５ 制御対象としての直流電動機 ６ 速度検出器 １１ 速度設定器 １２ 比例積分演算器で構成している速度調節器 １３ 比例積分演算器で構成している電流調節器 １４ 変化率制限器 ２１ 変化率設定器 ２２ 許容範囲演算回路 ３１ 比例演算器 ３２ 積分演算器 ３３ 加算器 ３４ 減算器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】制御対象の状態を検出する状態検出値と、
   この制御対象を目標の状態にする状態指令値との偏差値
   を零にするべく、この偏差値を比例積分演算した結果を
   前記制御対象に与える際に、この比例積分演算出力の変
   化率を所定値以下に制限している比例積分演算出力の変
   化率制限方法において、 前記比例積分演算結果の変化率を所定値以下に制限する
   変化率制限値を別途に設定しておき、前回の比例積分演
   算結果とこの変化率制限値とから今回の比例積分演算結
   果が変化率制限値内となる許容範囲を演算し、今回の比
   例積分演算動作をする際の比例演算結果と積分演算結果
   との合計をこの許容範囲内に制限することを特徴とする
   比例積分演算出力の変化率制限方法。
2. 【請求項２】制御対象の状態を検出する状態検出値と、
   この制御対象を目標の状態にする状態指令値との偏差値
   を零にするべく、この偏差値を比例積分演算した結果を
   前記制御対象に与える際に、この比例積分演算出力の変
   化率を所定値以下に制限している比例積分演算出力の変
   化率制限方法において、 前記比例積分演算結果の変化率を所定値以下に制限する
   変化率制限値を別途に設定しておき、前回の比例積分演
   算結果とこの変化率制限値とから今回の比例積分演算結
   果が変化率制限値内となる許容範囲を演算し、今回の比
   例積分演算動作をする際に比例演算動作は抑制せずに積
   分演算動作を抑制して、これら比例演算結果と積分演算
   結果との合計を前記許容範囲内に制限することを特徴と
   する比例積分演算出力の変化率制限方法。