JPH06237507A - 磁気浮上制御方法および磁気浮上装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 磁性体の重量変動や磁性体に作用する外力の
変動等による磁性体の動揺を抑制し、電磁石で浮上駆動
される磁性体の位置安定性を更に高くする。 【構成】 電磁石１と鋼板２の間のギャップｘおよび電
気コイル３に流れる電流値ｉに対応するフィ−ドバック
ゲインＫ₁〜Ｋ₄を、予めメモリ６３に設定されたゲイン
グル−プｄｊの中から選択し、選択したフィ−ドバック
ゲインＫ₁〜Ｋ₄を用いて、電気コイル３に印加する電圧
をフィ−ドバック制御する 【効果】 動作点の変化に連動して変化した動作点に対
応するゲインが設定されるので、制御の過不足の増大が
抑制されて、円滑かつすみやかに、磁性体の浮上付勢
が、変動に対応する平衡状態に収束する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁性体例えば鋼板、を
電磁石によって磁気的に浮上維持する磁気浮上に関し、
特に、磁性体を目標位置に安定して維持するための制御
方法および装置に関する。

【０００２】

【従来技術】例えば特公昭５９−４３３０号公報に、電
磁石で鋼板を吸引浮上駆動する浮上装置が開示されてい
る。この種の従来の浮上装置では、電磁石の吸引力はそ
の電気コイルの通電電流値ｉの２乗に比例し、電磁石／
鋼板間ギャップｘの２乗に反比例する（以下非飽和関係
と称する）として、ギャップセンサでギャップｘを検出
し、目標ギャップｘ₀に対するギャップｘの偏差とその
ときの通電電流値に対応する、検出ギャップｘを目標値
ｘ₀とするための電気コイル印加電圧を算出して電気コ
イルに印加するフィ−ドバック制御が採用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】例えば複数の並行配置
電磁石群により、鋼板を浮上維持し、他の搬送手段、例
えばリニアモ−タあるいプッシャ−等で、浮上鋼板を水
平方向に移送する場合、鋼板の移送に伴って、電磁石群
の各電磁石の浮上分担重量（浮上維持に要する磁力）が
変動する。例えば、１つの電磁石が鋼板の１ｍ²の面積
分の重量を分担する場合、鋼板先端が到来していないと
電磁石の所要分担重量は零であるが、鋼板先端が到来し
電磁石下部領域に進入するに従がって分担重量が増す。
電磁石下部領域全体に鋼板がある間分担重量は実質上一
定であるが、鋼板尾端が電磁石下部領域に入って来ると
分担重量が低下し始める。このように、あるいは他の原
因により電磁石の分担重量が変動すると、フィ−ドバッ
ク制御の平衡状態がくずれる。すなわちフィ−ドバック
制御はいわば過渡状態となる。従来の磁気浮上制御では
このような過渡状態で鋼板の動揺（浮上方向すなわち電
磁石／鋼板間のギャップ変動）が大きいという問題があ
る。そこで、鋼板の移送に伴ない、各電磁石の分担重量
を計算し、それに対応する電磁石電流を算出して電磁石
電流値を変更することが考えられるが、電磁石群の各電
磁石につきこれを行なうことは、制御演算が煩雑に過ぎ
るとか、設計条件と操作条件とが異なることによる誤差
が大きい等の問題が考えられる。したがって、各電磁石
自身が分担重量の変化に対応して自動的に浮上磁力を調
整するのが好ましい。

【０００４】一方、電磁石および浮上対象鋼板には磁気
飽和があり、ギャップｘが小さい領域、および、電気コ
イル電流ｉが大きい領域では、例えば図２９の（ａ）お
よび（ｂ）に示すように、ギャップ対磁気吸引力ならび
に電流値対磁気吸引力に非飽和関係は成立しない。すな
わち、ギャップｘが小さい領域、および、電気コイル電
流ｉが大きい領域（以下飽和領域）では、被制御系（電
磁石＋鋼板）が、想定した性状（応答）とは異った性状
（応答）を示すので、これがフィ−ドバック制御エラ−
となり、鋼板の位置安定性が悪化する。すなわち鋼板が
動揺し易くなる。 この従来の問題に鑑み、本発明者等
は、電磁石鉄心の比透磁率および鋼板の比透磁率を、電
磁石と鋼板でなる被制御系の、コイル電圧／ギャップ変
換モデルに導入し、かつこれにおいて電磁石のインダク
タンスＬの記述にも電磁石鉄心の比透磁率および鋼板の
比透磁率を導入することにより、磁界／比透磁率曲線を
表す方程式を、被制御系の状態方程式に導入して、すな
わち電磁石および浮上対象鋼板の磁気飽和領域をもコイ
ル電圧／ギャップ変換モデルに導入して、このモデルに
対応するフィ−ドバックゲインを設定し、このフィ−ド
バックゲインを使用するフィ−ドバック制御を提案した
（特願平４−１７７８３２号）。これにより飽和領域で
の鋼板の位置安定性が向上した。しかしながら、実際の
磁気浮上においては、鋼板特に厚みが比較的に小さい鋼
板が、比較的に小さい目標ギャップでは上下（吸引）方
向に振動しやすく、十分な安定性が得られないことがあ
る。

【０００５】本発明は、磁性体の重量変動や磁性体に作
用する外力の変動等による磁性体の動揺を抑制すること
を第１の目的とし、電磁石で浮上駆動する磁性体の浮上
方向の位置安定性を更に高くすることを第２の目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明方法は、電磁石
(3,4)の電気コイル(3)に流れる電流値(i)と、該電磁石
(3,4)とその磁力(fm)を受ける磁性体(2)の間のギャップ
(x)を検出し、これら(i,x)と目標ギャップ(G₀)に対応し
て、検出ギャップ(x)が目標ギャップ(G₀)に合致するよ
うに電気コイル(3)に印加する電圧をフィ−ドバック制
御する磁気浮上制御方法において、電磁石(3,4)と磁性
体(2)の間のギャップ(x)および電気コイルに流れる電流
値(i)に対応するフィ−ドバックゲイン(K₁〜K₄)を、予
め設定されたゲイングル−プ(dj)の中から選択し、選択
したフィ−ドバックゲイン(K₁〜K₄)を用いて、電気コイ
ル(3)に印加する電圧をフィ−ドバック制御することを
特徴とする。

【０００７】本発明方法の好ましい実施例では、電磁石
(3,4)と磁性体(2)でなる被制御系(2〜4)の、ギャップ
(x)および電気コイル電流(i)に対する、磁力飽和特性
(図12〜14)およびインダクタンス特性(図15〜17)に基づ
いて、被制御系(2〜4)の電気コイル印加電圧/磁力変換
モデル(図18のa)を、ギャップ(x)および電気コイル電流
(i)対応で確定し、各モデルに対応するフィ−ドバック
ゲイン(K₁〜K₄)を算出し、これらのゲインを前記ゲイン
グル−プ(dj)とする。また、この種のゲイングル−プ(d
j)を磁性体(2)の厚み対応(j=1〜n)で算出し、これらの
ゲイングル−プ(dj，j=1〜n)を前記ゲイングル−プとす
る。

【０００８】本発明の磁気浮上装置は、電磁石(3,4)；
電磁石(3,4)とそれに対向する磁性体(2)の間のギャップ
(x)を検出するためのギャップ検出手段(7)；電磁石(3,
4)の電気コイル(3)に流れる電流の値(i)を検出するため
の電流検出手段(8)；電磁石(3,4)と磁性体(2)の間のギ
ャップ(x)および電気コイルに流れる電流値(i)に対応す
るフィ−ドバックゲイン(dj;複数組のK₁〜K₄)を、ギャ
ップ値(p)および電流値(q)対応で格納したメモリ手段(6
3)；ギャップ検出手段(7)が検出したギャップ値(x=p)お
よび電流検出手段(8)が検出した電流値(i=q)に対応する
フィ−ドバックゲイン(K₁〜K₄)を前記メモリ手段(63)か
ら読み出すゲイン設定手段(61)；与えられるギャップ目
標値(G₀)に対するギャップ検出手段(7)の検出ギャップ
(x)の偏差(x₁)，その変化速度(dx₁/dt＝x₁')，与えられ
る基準電流値(is)に対する電流検出手段(8)の検出電流
値(i)の偏差(i₁)およびギャップ偏差(x₁)の累積値(∫x₁
dt)に、ゲイン設定手段(61)が読み出したフィ-ドバック
ゲイン(K₁〜K₄)を乗算した値(K₁・x₁,K₂・x₁',K₃・i₁,K₄・
∫x₁dt)、ならびに、与えられる基準電流値(i)、に対応
する電気コイル印加電圧を算出する電圧算出手段(61,8
0)；および、電磁石(3,4)の電気コイル(3)に電圧算出手
段(61,80)が算出した電圧を印加するコイルドライバ
(5)；を備える。

【０００９】本発明の磁気浮上装置の好ましい実施例で
は、電磁石(3,4)と磁性体(2)でなる被制御系(2〜4)の、
ギャップ(x)および電気コイル電流(i)に対する、磁力飽
和特性(図12〜14)およびインダクタンス特性(図15〜17)
に基づいて、被制御系(2〜4)の電気コイル印加電圧/磁
力変換モデル(図18のa)を、ギャップ(x)および電気コイ
ル電流(i)対応で確定し、各モデルに対応するフィ−ド
バックゲイン(K₁〜K₄)を算出し、これらのゲインを前記
ゲイングル−プ(dj)としてまた、この種のゲイングル−
プ(dj)を磁性体(2)の厚み対応(j=1〜n)で算出し、これ
らのゲイングル−プ(dj，j=1〜n)をメモリ手段(63)に格
納しておく。しかして、ゲイン設定手段(61)は、与えら
れる磁性体厚(d),ギャップ検出手段(7)が検出したギャ
ップ値(x=p)および電流検出手段(8)が検出した電流値(i
=q)に対応するフィ−ドバックゲイン(K₁〜K₄)を前記メ
モリ手段(63)から読み出す。

【００１０】なお、カッコ内の記号は、図面を参照した
後述の実施例説明における対応事項又は対応要素，対応
図面等を指すものである。

【００１１】

【作用】本発明方法によれば、例えば磁性体(2)の重量
が変動するとこれによりギャップ(x)が変動しそして電
気コイル電流(i)が変動するが、これらの変動に伴って
フィ−ドバックゲイン(K₁〜K₄)が、変化したギャップ
(x)および電流(i)に対応するものに変更されるので、す
なわち動作点の変化に連動して変化した動作点に対応す
るゲインが設定されるので、制御の過不足の増大が抑制
されて、円滑かつすみやかに、磁性体の浮上付勢が、変
動に対応する平衡状態に収束する。すなわち、磁性体の
重量変動や磁性体に作用する外力の変動等による磁性体
の動揺を抑制する効果が高い。

【００１２】前述の特願平４−１７７８３２号の発明に
おいては、電磁石の電流値，鋼板厚みあるいはギャップ
の如何によらず、電磁石鉄心および鋼板の比透磁率が、
磁界／比透磁率曲線で定まるもの（磁界対応の一定値）
としているが、例えば図２９の（ｃ）に示すようにギャ
ップに対してインダクタンスに飽和特性があり、また、
図２９の（ｄ）に示すように電流に依存してインダクタ
ンスが変化しこれが非線形であるなど、磁界／比透磁率
曲線で規定されない飽和特性等があるので、これらが、
浮上磁性体の位置安定性の向上を阻害していると考えら
れる。

【００１３】本発明方法の前記好ましい実施例では、被
制御系(2〜4)の、例えば図２９の（ａ）および（ｂ）に
示すようなギャップおよび電流に対する磁力飽和特性の
みならず、例えば図２９の（ｃ）に示すようなギャップ
に対するインダクタンス特性、また、図２９の（ｄ）に
示すような電流に依存してインダクタンスが変化しこれ
が非線形であるなど、磁力飽和特性のみならず、磁界／
比透磁率曲線(つまりは磁力飽和特性)で規定されない飽
和特性等が、フィ−ドバックゲイン(K₁〜K₄)に反映され
ており、これにより、浮上磁性体の位置安定性がより一
層向上する。また、磁性体(d)の厚み対応で、厚み対応
のフィ−ドバックゲイングル−プを用いるので、各種厚
みの磁性体のそれぞれに対して、上述の、磁力飽和特性
(図12〜14)およびインダクタンス特性(図15〜17)、に基
づいたフィ−ドバックゲイン(K₁〜K₄)があり、厚み(d)
が小さい磁性体に対してはその飽和特性等に対応するゲ
インが定まっているので、磁性体の厚み、特にそれが小
さいことによる不安定が改善され、特に厚みが比較的に
小さい鋼板を比較的に小さい目標ギャップで浮上させる
制御の安定性が向上する。

【００１４】本発明装置は、上述のフィ−ドバックゲイ
ンの更新を行なうものであるので、上述の方法がもたら
す作用効果が同様にもたらされる。

【００１５】本願の各発明の他の目的および特徴は、図
面を参照した以下の実施例の説明より明らかになろう。

【００１６】

【実施例】図１に本発明装置の一実施例の概要を示し、
図２に、図１に示す制御回路６の構成を示す。制御回路
６には、オペレ−タ又はホストコンピュ−タより、浮上
駆動する鋼板２に関する情報すなわち板厚ｄ，目標ギャ
ップＧ₀および基準電流値ｉsが与えられる。なお、基準
電流値ｉsは、板厚ｄの鋼板(所定規格)をギャップｘ＝
Ｇ₀に維持するために電磁石（３，４）の電気コイル３
に通電する電流である。すなわち、ｉsは、ｘ＝Ｇ₀で外
乱がない場合、ｘ＝Ｇ₀を定常的に維持することができ
る電流値である。制御回路６には、電磁石（３，４）の
鉄心４の下端面と浮上駆動対象の鋼板２の上面との距離
すなわちギャップｘを検出するギャップセンサ７，電気
コイル３の電流値ｉを検出する電流センサ８、および、
電気コイル５に通電するコイルドライバ５が接続されて
いる。

【００１７】制御回路６は、ＣＰＵを主体とするデジタ
ルコンピュ−タ６１，信号処理回路８１，８２およびＰ
ＷＭ（パルス幅変調）回路８０で構成されている。信号
処理回路８１および８２はそれぞれ、ギャップセンサ７
のギャップ検出信号（アナログ）および電流センサ８の
電流検出信号（アナログ）をデジタル変換してコンピュ
−タ６１に与える。ＰＷＭ回路８０は、コンピュ−タ６
１の出力デ−タ（指示電圧）に対応する通電デュ−ティ
を算出し、算出した通電デュ−ティの通電指示パルスを
コイルドライバ５に与える。コイルドライバ５は、直流
定電圧電源と電気コイル３の間を、通電指示パルスに応
答してオン／オフする。これにより、電気コイル３に
は、前記通電デュ−ティで直流定電圧が印加され、電気
コイル３の電圧（時系列平均値）は、該通電デュ−ティ
で定まる。すなわち、電気コイル３の印加電圧が、コイ
ルドライバ５およびＰＷＭ回路８０を介して、コンピュ
−タ６１により制御される。

【００１８】コンピュ−タ６１は、オペレ−タ又はホス
トコンピュ−タ（図示せず）より、浮上駆動する鋼板２
に関する情報（板厚ｄ，目標ギャップＧ₀および基準電
流値ｉs）が与えられるとそれを、レジスタ６２に格納
し、オペレ−タ又はホストコンピュ−タよりスタ−ト指
令が到来すると、レジスタ６２の情報に基づいて電気コ
イル３の印加電圧制御を開始する。この制御において
は、所定周期（サンプリング周期）で信号処理回路８１
および８２の検出デ−タ（ギャップｘおよび電流ｉ）を
読込み、フィ−ドバック演算により、電圧指示情報を生
成しこれをＰＷＭ回路８０に出力する。この制御動作は
プログラムに従ったデジタル処理により行なわれる。こ
の制御機能を、理解を簡単にするために、図２ではハ−
ドウェアブロック（機能ブロック）で代替して示した。
以下この機能ブロックを参照してコンピュ−タ６１の制
御動作を説明する。

【００１９】なお、メモリ６３には、板厚ｄ₁〜ｄ_nのそ
れぞれに宛てたゲイングル−プが、板厚対応で格納され
ている。これを模式的に図４に示す。ここでは、１つの
板厚に宛てたゲイングル−プを格納したメモリ領域をメ
モリテ−ブルと称する。１つの板厚ｄ_jのゲイングル−
プのデ−タすなわち１つのメモリテ−ブルｄｊのゲイン
デ−タを、やはり模式的に図５に示す。１つの板厚ｄｊ
に対して、ギャップは、ギャップ10mm以下のｐ＝１領
域，10mmより大きく11mm以下のｐ＝２領域，11mmより大
きく12mm以下のｐ＝３領域，・・・，28mmより大きく29
mm以下のｐ＝２０領域および29mmを越えるｐ＝２１領域
に区分され、電気コイル電流は、4.5A以下のｑ＝１領
域，4.5Aより大きく5.0A以下のｑ＝２領域，・・・，1
8.5Aより大きく19.0A以下のｑ＝３０領域および19.0Aを
越えるｑ＝３１領域に区分され、ギヤップ値(x=p)およ
び電流値(i=q)で特定される各領域に、ゲインＭ_1,1〜Ｍ
_21,31（それぞれがK₁〜K₄の集合)が書込まれている。こ
れらのゲインＭ_1,1〜Ｍ_21,31の算出方法（図２の９０）
の内容は、図１１以下の図面を参照して、後に詳しく説
明する。

【００２０】前述の通り、オペレ−タ又はホストコンピ
ュ−タより、浮上駆動する鋼板２に関する情報（板厚
ｄ，目標ギャップＧ₀および基準電流値ｉs）が与えられ
ると、コンピュ−タ６１はそれを、入力レジスタ６２に
格納する。コンピュ−タ６１は、所定周期（サンプリン
グ周期；例えば1〜3msec)で次の処理を行なう。

【００２１】コンピュ−タ６１はまず、信号処理回路８
１および８２より、ギャップデ−タ(x)および電流デ−
タ(i)を読込む。そして、領域判定７６により、読込ん
だギャップ(x)および電流(i)が、図５に示す領域のいず
れにあるかを判定する。この判定処理の内容を図３に示
す。この判定では、まず、読込んだギャップ(x)が、上
述のｐ＝１〜２１のいずれにあるかを判定し、続いて読
込んだ電流(i)が上述のｑ＝１〜３１のいずれにあるか
を判定する。そして、判定した領域情報ｐ，ｑと、レジ
スタ６２の板厚ｄ情報より、板厚ｄ対応のメモリテ−ブ
ル（図４のテ−ブルｄ１〜ｄｎの１つ）を特定し、領域
情報ｐ，ｑで該特定したメモリテ−ブル内ｄｊの１領域
を特定して、そこのゲイングル−プＭｐ，ｑを読出し
て、ゲインレジスタ６４に書込む。これにより、指定さ
れた板厚ｄ，現在のギャップ(x)および電流(i)に対応す
る、ゲインＫ₁〜Ｋ₄が選択されたことになる。

【００２２】コンピュ−タ６１は次に、減算６５により
ギャップ偏差ｘ₁＝ｘ−Ｇ₀を算出し、減算６８により、
現在の偏差ｘ₁より遅延６７により保持する１サンプリ
ング周期前の偏差を減算して、ギャップ偏差の変化速度
ｄｘ₁/ｄｔ（以下ｘ₁’と表記）を算出し、減算７０に
より電流偏差ｉ₁＝ｉ−ｉsを算出し、加算７２により、
現在の偏差ｘ₁に遅延７３により保持する１サンプリン
グ周期前の偏差累算値を加算して、ギャップ偏差の累算
値（積分値）∫ｘ₁ｄｔを算出する。そして、乗算６
６，６９，７１および７４で、これらの算出値にゲイン
レジスタのゲインデ−タＫ₁〜Ｋ₄を乗算し、減算７５に
より、電気コイル３に印加すべき電圧を指定する情報 Ｉ_out＝ｉs−Ｋ₁・ｘ₁−Ｋ₂・ｘ₁’−Ｋ₃・ｉ₁−Ｋ₄・∫ｘ₁
ｄｔ を算出し、これを表わすデ−タをＰＷＭ回路８０に出力
する。

【００２３】ＰＷＭ回路８０は、このデ−タＩ_outに基
づいて、電磁石（３，４）の電気コイル３にＩ_outの電
流を通電するに要する電気コイル印加電圧（時系列平均
値）を与える通電（オン／オフ）デュ−ティ（パルス一
周期の間のＨ区間長）を算出し、該デュ−ティのパルス
をコイルドライバ５に与える。コイルドライバ５は、Ｐ
ＷＭ回路８０が与えるパルスのＨに応答して電気コイル
３と直流定電圧電源の間を導通（オン）とし、該パルス
のＬに応答して非導通（オフ）とする。

【００２４】以上に説明した、ギャップ値ｘおよびコイ
ル電流値ｉの読込，これらの値および板厚ｄに対応する
フィ−ドバックゲインの設定（メモリ６３より読出して
レジスタ６４に格納），設定したゲインを用いたフィ−
ドバック出力値の算出とＰＷＭ回路８０への出力、をコ
ンピュ−タ６１が所定周期で繰返すことにより、フィ−
ドバックゲインが、時々刻々に変わるギャップおよびコ
イル電流値に対応したものに更新される。

【００２５】これにより、例えば、目標ギャップＧ₀＝1
6mmで、ある重量の鋼板２を浮上駆動しているとき、目
標ギャップＧ₀が15mmに変えられると、まず図２のギャ
ップ偏差ｘ₁が１mm程度に大きくなり、また、ｘ₁’＝ｄ
ｘ₁／ｄｔもこの変化対応の大きい値になる。これによ
り、ｋ₁〜Ｋ₄は負値であるのでＩ_outが増大し、電気コ
イル印加電圧が上昇して、コイル電流ｉが上昇する。こ
のコイル電流ｉの上昇に対応して、メモリ６３に順次電
流値対応のゲインが読出されてレジスタ６４に更新書込
みされる。すなわちフィ−ドバックゲインが変更され
る。一方、コイル電流ｉの上昇に伴ない、ギャップ16mm
から15mmに向かう。ギャップが15mmになると、ギャップ
対応でもゲインが変わり、結局、ギャップ15mmならびに
その状態で鋼板２を浮上維持するコイル電流ｉ対応のゲ
インが、レジスタ６４に格納される。すなわち、図２に
示すフィ−ドバック回路（コンピュ−タ６１）のフィ−
ドバックゲインが、ギャップ15mmならびにその状態で鋼
板２を浮上維持するコイル電流ｉ対応のゲイン、に収束
する。

【００２６】また、図６に示すように、3.5Kg〜10.0Kg
の鋼板をギャップ15mmに維持するときコイル電流が5〜1
0Aで、それぞれ最適ゲイン(K₁〜K₄)がＭ_6,2〜Ｍ_6,12で
ある場合、目標ギャップＧ₀＝15mmのままで、鋼板重量
が3.5Kgから10.0Kgまで次第に増大すると、フィ−ドバ
ックゲイン（レジスタ６４のゲイン）が、Ｍ_6,2から順
次にＭ_6,12にまで変化する。

【００２７】図７，図８および図９に、目標ギャップＧ
₀＝15mmに固定のまま、電磁石（３，４）に対する鋼板
２の重量を８Ｋｇから、それぞれ１０ｋｇ，１２Ｋｇお
よび１６Ｋｇに増加させたときの、ギャップ，コイル電
流およびゲインの変動を示す。これらの図中の黒三角印
が、重量変更点である。重量変化によるギャップ変化お
よびギャップ変化連動の電流変化に対応して点Ａ〜Ｇで
ゲインが変更され、このゲイン変更によりギャップ変化
が抑制され、いわゆるオ−バシュ−トやアンダ−シュ−
トが抑制され、重量変化によるギャップ変動（動揺）が
小さく抑制されている。

【００２８】図１０に、図２に示す制御回路６による、
上述のゲイン変更制御を行なった場合（ゲイン・スケジ
ュ−ル）と、ゲインを一定に維持した場合（固定ゲイ
ン）のの、鋼板の電磁石に対向する位置の重量が２倍に
変化したときのギャップ変動を示す。目標ギャップＧ₀
＝15mmで固定である。図１０に示すようにゲイン・スケ
ジュール（本発明）によれば、重量変動時の振動量が、
固定ゲインの場合（比較例）の１／２以下に低減する。

【００２９】以上に説明した、図２に示すコンピュ−タ
６１によるフィ−ドバック制御の制御モデルを図１８の
（ａ）に示す。なお、この図面において、点線ブロック
内が、電磁石（３，４）および鋼板２でなる被制御系を
示す。また、この図面においては、動作点を目標値（目
標ギャップＧ₀，基準電流値ｉs）とした変化量（偏差）
について展開しているので、ｘ_1ref（ギャップ偏差目標
値）は０である。参考のため図１８の（ｂ）に、従来
の、磁力飽和特性およびインダクタンス特性を考慮しな
いフィ−ドバック制御の制御モデルを示す。

【００３０】次に、上述の、本発明のフィ−ドバック制
御のために、図２に示すメモリ６３に格納されるゲイン
デ−タの算出方法（図２の２点鎖線ブロック９０）を詳
細に説明する。但し、今までは、状態量を〔ｘ１，ｘ
１’，ｉ１，∫ｘ１ｄｔ〕とした４次系で説明してきた
が、これは、状態量を〔ｘ１，ｘ１’，ｉ１〕とした３
次系の拡張系と考えることができ、本明細書で説明して
いる内容においては、両者は変換可能であるために、３
次系で設計しても、又４次系で設計しても両者は基本的
に同じといえる。従って、以下では部分的に３次系で説
明することにする。図１に示す磁気浮上系は、非飽和モ
デル（従来：図１８（ｂ））では次式で表わされる。

【００３１】 ｍ_e・ｄ²／ｄｔ²・ｘ＝ｍｇ＋ｆ_ex−ｆ_m ・・・・・（１） ｅ＝Ｒ・ｉ＋ｄ／ｄｔ・（Ｌ（ｘ）・ｉ） ・・・・・（２） ｆ_m＝α（ｉ／ｘ）² ・・・・・（３） Ｌ＝Ｌ_a＋Ｌ_b／ｘ ・・・・・（４） ただし、ｍ_e：慣性等価質量，ｍｇ：鋼板２に対する重
力，ｆ_ex：外力，ｆ_m：鋼板２に作用する吸引力，ｅ：
コイル端子電圧，Ｒ：コイル３の直流電気抵抗，ｉ：励
磁電流，Ｌ（ｘ）：系のインダクタンス，ｘ：ギャップ
寸法，α＝μ₀ｎ²Ｓ₁／４，Ｌ_a：漏れインダクタンス，
Ｌ_b＝μ₀ｎ²Ｓ₁／２，μ₀：真空の透磁率，ｎ：コイル
３の巻数，Ｓ₁：鉄心４の断面積，である。

【００３２】平衡点からの微小な変位Δｘ，Δｉを導入
して線形化すると次式となる。

【００３３】 ｍ_e・ｄ²／ｄｔ²・Δｘ＝Δｆ_ex−Δｆ_m ・・・（５） Δｅ＝ＲΔｉ＋ｄ／ｄｔ｛（Ｌ₀Δｉ−（Ｌ₀−Ｌ_a）γΔｘ）｝・・・（６） Δｆ_m＝β（Δｉ−γΔｘ） ・・・（７） Ｌ＝Ｌ_a−Δｘ・Ｌ_b／ｘ₀ ² ・・・（８） Δｅ＝−Ｋｕ ・・・（９） ただし、Ｌ₀：ｘ＝ｘ₀のときの系のインダクタンス，γ
＝ｉ₀／ｘ₀，β＝２αγ／ｘ₀，ｉ₀：ｘ＝ｘ₀のときの
電流，ｕ：制御系の入力，Ｋ：制御系のゲイン，であ
る。

【００３４】しかし、磁気飽和の影響を考慮すると式７
におけるパラメータβ，γは実際のものとずれを生じ，
また式８はギャップｘのみの関数で表わせるものでなく
電流ｉの影響も受ける。

【００３５】そこで本発明の磁気飽和を考慮した飽和モ
デル（図１８（ａ））では、制御パラメータＦ_x，Ｆ_i，
Ｌ_x，Ｌ_iを使用してΔｆ_m（式７），Ｌ（式８），を次
式のように表す。

【００３６】 Δｆ_m＝Ｆ_x・Δｘ＋Ｆ_i・Δｉ ・・・（１０） Ｌ＝Ｌ₀＋Ｌ_x・Δｘ＋Ｌ_i・Δｉ ・・・（１１） 式１１よりΔｅ（式６）は、 Δｅ＝ＲΔｉ＋（Ｌ₀＋Ｌ_i・ｉ₀）・ｄ／ｄｔ・Δｉ ＋Ｌ_x・ｉ₀・ｄ／ｄｔ・Δｘ ・・・（１２） と表わされる。ここで制御パラメータＦ_x，Ｆ_i，Ｌ_x，
Ｌ_iは、

【００３７】

【数１】

【００３８】と示され、制御パラメータは鋼板２の厚さ
対応で、ギャップｘと電流ｉに対する磁気吸引力特性お
よびインダクタンス特性から算出される。そして算出さ
れた制御パラメータから状態方程式を作成し、ゲインデ
ータを算出する。この一連の流れを図１１に示す。

【００３９】（ステップ１，２）鋼板２の厚さｄを定
め、ギャップｘと電流ｉに対する磁気吸引力特性データ
およびインダクタンス特性データを実測し、実測データ
ｆ₀（ｘ₀，ｉ₀），Ｌ（ｘ₀，ｉ₀）を読み込む。図１２
に鋼板２の厚さｄ＝４．５mmの場合の磁気吸引力特性，
図１３にｄ＝１２mmの場合の磁気吸引力特性，図１４に
ｄ＝２２mmの場合の磁気吸引力特性，図１５にｄ＝４．
５mmの場合のインダクタンス特性，図１６にｄ＝１２mm
の場合のインダクタンス特性，および、図１７にｄ＝２
２mmの場合のインダクタンス特性を示す。

【００４０】（ステップ３，４）次に、レジスタｐ，ｑ
に１をセットし、ギャップの動作点ｘ₀の各要素を示す
レジスタｘ_p（＝ｘ₁）に10(mm)，電流の動作点ｉ₀の各
要素を示すレジスタｉ_q（＝ｉ₁）に4.5(Ａ)をそれぞれ
セットする（４）。

【００４１】（ステップ５）次に、実測データｆ₀から
磁気吸引力ｆ_mおよびインダクタンスＬを表す近似式を
作成する。本実施例では特にこれに限られるわけではな
いが、近似式を次式に示す最小自乗法により作成する。

【００４２】

【数２】

【００４３】すなわち、図１２〜図１７における近似曲
面は以下のように表される。

【００４４】鋼板２の厚さｄ＝４．５mmの場合の磁気吸
引力ｆ_mは、 ｆ_m＝+4.1045*ｘ⁰*i⁰+1.52758*ｘ⁰*i¹-499.85*ｘ¹*i⁰+0.0364574*ｘ⁰*i² -50.7676*ｘ¹*i¹+12021.6*ｘ²*i⁰-0.00130941*ｘ⁰*i³+0.197275*ｘ¹*i² +302.763*ｘ²*i¹-74680.1*ｘ³*i⁰, 鋼板２の厚さｄ＝１２mmの場合の磁気吸引力ｆ_mは、 ｆ_m＝+28.4438*ｘ⁰*i⁰+7.79012*ｘ⁰*i¹-10406.7*ｘ¹*i⁰+0.67599*ｘ⁰*i² -1384.51*ｘ¹*i¹+1259730*ｘ²*i⁰-0.0499822*ｘ⁰*i³-8.69502*ｘ¹*i² +75403.9*ｘ²*i¹-6.68205e+007*ｘ³*i⁰+0.00249326*ｘ⁰*i⁴ +0.254385*ｘ¹*i³-204.523*ｘ²*i²-1718160*ｘ³*i¹ +1.60772e+009*ｘ⁴*i⁰-4.98062e-005*ｘ⁰*i⁵-0.000886115*ｘ¹*i⁴ -1.57581*ｘ²*i³+4955.2*ｘ³*i²+1.41568e+007*ｘ⁴*i¹ -1.43271e+010*ｘ⁵*i⁰, 鋼板２の厚さｄ＝２２mmの場合の磁気吸引力ｆ_mは、 ｆ_m＝+17.899*ｘ⁰*i⁰+5.077*ｘ⁰*i¹-3254.12*ｘ¹*i⁰+0.190873*ｘ⁰*i² -396.502*ｘ¹*i¹+164326*ｘ²*i⁰-0.000465288*ｘ⁰*i³-3.98487*ｘ¹*i² +6810.08*ｘ²*i¹-2372380*ｘ³*i⁰, 鋼板２の厚さｄ＝４．５mmの場合のインダクタンスＬ
は、 Ｌ＝+0.125172*ｘ⁰*i⁰-0,00247345*ｘ⁰*i¹-0.40073*ｘ¹*i⁰ -2.28268e-005*ｘ⁰*i²+0.0210153*ｘ¹*i¹+0.79117*ｘ²*i⁰, 鋼板２の厚さｄ＝１２mmの場合のインダクタンスＬは、 Ｌ＝+0.158966*ｘ⁰*i⁰+0.00177313*ｘ⁰*i¹-3.11033*ｘ¹*i⁰ -0.00067853*ｘ⁰*i²+0.138323*ｘ¹*i¹+35.0572*ｘ²*i⁰ +2.04368e-005*ｘ⁰*i³-0.000350857*ｘ¹*i²-0.991749*ｘ²*i¹ -115.976*ｘ³*i⁰, 鋼板２の厚さｄ＝２２mmの場合のインダクタンスＬは、 Ｌ＝+0.165297*ｘ⁰*i⁰-0,000833886*ｘ⁰*i¹-2.03125*ｘ¹*i⁰ -0.00010959*ｘ⁰*i²+0.0198229*ｘ¹*i¹+12.7328*ｘ²*i⁰, である。

【００４５】（ステップ６）次に、制御パラメータを算
出する。これは、図１２〜図１７における近似曲面の動
作点における傾きを示す。鋼板２の厚さ４．５mm，１２
mm，２２mmで目標ギャップｘ₀を１０mm，１５mm，２０m
mとした場合の飽和モデルに用いる制御パラメータの算
出結果を、図１９の上段に示す。下段は比較例として示
す非飽和モデルの制御パラメータである。双方のブロッ
ク線図の構成は図１８（ａ），（ｂ）に示すように概略
同じであるが、飽和モデルは磁気飽和を考慮しているた
めそのパラメータは異なる。特に、鋼板２の厚さが４．
５mmのように板厚が薄く磁気飽和現象が顕著な場合には
両モデルのパラメータは大きく異なる。

【００４６】（ステップ７）次に、算出した制御パラメ
ータから状態方程式を求める。すなわち、式１０，式１
２で用いられた制御パラメータを数１で示したようにか
え、これら式と、線形化された式５および式９において
状態変数を［Δｘ，Δｘ′，Δｉ］に選ぶと次の状態方
程式が得られる。

【００４７】

【数３】

【００４８】（ステップ８）次に、式１５の状態方程式
に現代制御理論における安定化手法である最適レギュレ
ータを適用してフィードバックゲインＫを決定する。

【００４９】最適レギュレータとは、例えば図２０に示
すシステム，すなわちｘ′(ｔ）＝Ａｘ(ｔ)＋Ｂｕ
(ｔ)，ｙ(ｔ)＝Ｃｘ(ｔ)（なおｘ′はｘの時間に関する
一階微分，Ａ，Ｂ，Ｃは定数行列を表す）に対して次式
に示す２次評価関数，

【００５０】

【数４】

【００５１】を最小化する制御器によって構成される制
御系のことをいう。これは、平衡状態ｘ＝０を目標とす
る制御系である。上式のＱ，Ｒはそれぞれ出力ｙ（状態
ｘ）と操作量ｕに対する重み行列であり、Ｑは非負定な
対称行列，Ｒは正定な対称行列を示す。ここでＲを固定
してＱを大きくすると応答性が速くなり操作量ｕは大き
くなる。また、Ｑを固定してＲを大きくすると応答性が
遅くなり操作量ｕは小さくなる。設計者はこの性質を考
慮してＱとＲを決定し、次式に示すリカッチ方程式，

【００５２】

【数５】

【００５３】を解き正定対称な行列Ｐを求め、このＰよ
り評価関数を最小にする入力である制御則，

【００５４】

【数６】

【００５５】を構成する。そして、構成された制御系が
時間応答，操作量の制限等個々の設計仕様を満さないと
きは別のＱ，Ｒを用いて再度設計し仕様を満すまでこれ
を繰り返す。

【００５６】このような現代制御理論を適用して次式に
よって定義される最適フィードバックゲインＫ＝
［Ｋ₁，Ｋ₂，Ｋ₃］を計算する。

【００５７】

【数７】

【００５８】Ｋ₁はギャップゲイン，Ｋ₂は速度ゲイン，
Ｋ₃は電流ゲイン，ｕは電圧を示す。

【００５９】その際、評価関数Ｊをどのように選択する
か問題となるがここでは、

【００６０】

【数８】

【００６１】について、

【００６２】

【数９】

【００６３】と選んで、最適フィードバックゲインＫ＝
［Ｋ₁，Ｋ₂，Ｋ₃］を求めた。鋼板２の厚さ４．５mm，
１２mm，２２mmで目標ギャップｘ₀を１０mm，１５mm，
とした場合の飽和モデルに用いる最適フィードバックゲ
インＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃の算出結果を制御系の極とともに、
図２１の上段に示す。下段は比較例として示す非飽和モ
デルのフィードバックゲインである。

【００６４】（ステップ９）算出された最適フィードバ
ックゲインＫ₁，Ｋ₂，Ｋ₃は、鋼板２の厚さ（本実施例
では３種類）に対応してコンピュータ６１（図２）のメ
モリ６３の領域Ｍ_p，_qに格納する。最初はギャップ１０
mm（＝ｘ₁），電流４．５Ａ（＝ｉ₁）に対応して決定さ
れた最適フィードバックゲインがメモリ領域Ｍ₁，₁に格
納される。 （ステップ１０，１２，１３）次に、レジスタｑの値が
３１を以上であるかチェックし、３１未満であるとｑを
１インクレメントし、電流の動作点要素ｉ_qを０．５イ
ンクレメント，すなわち電流値を０，５Ａ増加する。そ
して、ステップ５〜９の処理をレジスタｑの値が３１以
上となるまで行う。これにより、３１個の動作点要素
（ｘ₁，ｉ₁），（ｘ₁，ｉ₂），（ｘ₁，ｉ₃），・・・，
（ｘ₁，ｉ₃₁），に対応する３１個の最適フィードバッ
クゲインがメモリ領域（Ｍ₁，₁），（Ｍ₁，₂），
（Ｍ₁，₃），・・・，（Ｍ₁，₃₁），に格納される。

【００６５】（ステップ１１，１４，１５）ステップ１
０でレジスタｑの値が３１以上となると、レジスタｐの
値が２１以上であるかチェックし、２１未満であるとｐ
を１インクレメントし，レジスタｑに１を再セットし、
ギャップの動作点要素ｘ_pを１インクレメント，すなわ
ちギャップ値を１mm増加し，電流の動作点要素ｉ_qに
４．５Ａを再セットする。そして、ステップ５〜９の処
理をレジスタｑの値が３１以上，およびレジスタｐの値
が２１以上となるまで行う。すなわち、電流を４．５Ａ
から０．５Ａ刻みで１９．５Ａまで増加，ギャップを１
０mmから１mm刻みで３０mmまで増加させながら各要素に
対応するゲインＫ（Ｋ₁，Ｋ₂，Ｋ₃）を決定し、メモリ
６３に板厚ｄに対応して格納する。これにより、本実施
例では図５に示すように、６５１（＝３１×２１）個の
動作点要素（ｘ_p，ｉ_q）に対応する最適フィードバック
ゲインがメモリ領域（Ｍ₁，₁），（Ｍ₁，₂），・・・
（Ｍ_p，_q），・・・，（Ｍ₂₁，₃₁），にそれぞれ格納さ
れる。

【００６６】以上のようにして算出されたフィードバッ
クゲインを使用してフィードバック制御した場合の磁気
浮上の飽和モデルでの時間応答特性を図２２（ａ）〜図
２７（ａ）に示し、非飽和モデルでの時間応答特性を図
２２（ｂ）〜図２７（ｂ）に示す。図２２〜図２４は目
標ギャップｘ₀を１５mmとした場合であり、図２５〜図
２７は磁気飽和現象の顕著に現れる目標ギャップｘ₀を
１０mmとした場合である。また、同様の実験を目標ギャ
ップｘ₀を２０mmにした場合についても行い、各々の浮
上状態での振動解析結果を図２８に示す。

【００６７】これら結果から、磁気飽和をより現実に近
い形、すなわち吸引力特性およびインダクタンス特性の
実測値に基づいて制御ゲイン設計に必要な制御パラメー
タを算出してモデルに組み込むことで浮上状態での振動
が大幅に、しかも早期に低減されることがわかる。

【００６８】なお、本実施例ではフィードバックゲイン
Ｋを状態方程式に現代制御理論における最適レギュレー
タを適用して決定したが、これに限らず例えば、状態方
程式にＨ_∞最適制御や極配置を適用して決定してもよ
く，あるいは伝達関数に自動制御理論を適用して決定し
てもよい。

【００６９】

【発明の効果】以上の通り本発明方法によれば、動作点
の変化に連動して変化した動作点に対応するゲインが設
定されるので、制御の過不足の増大が抑制されて、円滑
かつすみやかに、磁性体の浮上付勢が、変動に対応する
平衡状態に収束する。すなわち、磁性体の重量変動や磁
性体に作用する外力の変動等による磁性体の動揺を抑制
する効果が高い。

【００７０】本発明方法の前記好ましい実施例では、磁
力飽和特性のみならず、磁界／比透磁率曲線(つまりは
磁力飽和特性)で規定されない飽和特性等が、フィ−ド
バックゲイン(K₁〜K₄)に反映されており、これにより、
浮上磁性体の位置安定性がより一層向上する。また、磁
性体(d)の厚み対応で、厚み対応のフィ−ドバックゲイ
ングル−プを用いるので、各種厚みの磁性体のそれぞれ
に対して、上述の、磁力飽和特性(図12〜14)およびイン
ダクタンス特性(図15〜17)、に基づいたフィ−ドバック
ゲイン(K₁〜K₄)があり、厚み(d)が小さい磁性体に対し
てはその飽和特性等に対応するゲインが定まっているの
で、磁性体の厚み、特にそれが小さいことによる不安定
が改善され、特に厚みが比較的に小さい鋼板を比較的に
小さい目標ギャップで浮上させる制御の安定性が向上す
る。

【００７１】本発明装置は、上述のフィ−ドバックゲイ
ンの更新を行なうものであるので、上述の方法がもたら
す効果が同様にもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明を使用する磁気浮上装置の構成概要を
示すブロック図である。

【図２】 図１に示す制御回路６の構成概要を示すブロ
ック図である。

【図３】 図２に示す領域判定回路７６における判定処
理の内容を示すフローチャートである。

【図４】 図２に示すメモリ６３のメモリ領域を模式的
に示すブロック図である。

【図５】 図４に示すメモリ６３のメモリテーブルｄｊ
の内容を示すブロック図である。

【図６】 図５に示すメモリテーブルｄｊの一部を示す
ブロック図である。

【図７】 外乱入力として８ｋｇの対象物重量を２０％
増加（１０ｋｇ）した場合のギャップ，励磁電流および
ゲインの変動を示すグラフである。

【図８】 外乱入力として８ｋｇの対象物重量を５０％
増加（１２ｋｇ）した場合のギャップ，励磁電流および
ゲインの変動を示すグラフである。

【図９】 外乱入力として８ｋｇの対象物重量を１００
％増加（１６ｋｇ）した場合のギャップ，励磁電流およ
びゲインの変動を示すグラフである。

【図１０】 外乱入力として対象物重量を１００％増加
した場合の固定ゲインとゲイン・スケジュールにおける
振動量を示すグラフである。

【図１１】 図２に示す板厚対応のゲインＫ算出部９０
における処理動作を示すフローチャートである。

【図１２】 図１に示す鋼板２の厚さ４．５mmの場合の
ギャップｘ，電流ｉ，吸引力ｆ_mの関係を表す近似曲面
を示すグラフである。

【図１３】 図１に示す鋼板２の厚さ１２mmの場合のギ
ャップｘ，電流ｉ，吸引力ｆ_mの関係を表す近似曲面を
示すグラフである。

【図１４】 図１に示す鋼板２の厚さ２２mmの場合のギ
ャップｘ，電流ｉ，吸引力ｆ_mの関係を表す近似曲面を
示すグラフである。

【図１５】 図１に示す鋼板２の厚さ４．５mmの場合の
ギャップｘ，電流ｉ，インダクタンスＬの関係を表す近
似曲面を示すグラフである。

【図１６】 図１に示す鋼板２の厚さ１２mmの場合のギ
ャップｘ，電流ｉ，インダクタンスＬの関係を表す近似
曲面を示すグラフである。

【図１７】 図１に示す鋼板２の厚さ２２mmの場合のギ
ャップｘ，電流ｉ，インダクタンスＬの関係を表す近似
曲面を示すグラフである。

【図１８】 （ａ）は飽和モデルのシステムを示すブロ
ック線図，および（ｂ）は非飽和モデルのシステムを示
すブロック線図である。

【図１９】 飽和モデルの制御パラメータおよび非飽和
モデルの制御パラメータを比較して示す表である。

【図２０】 状態空間表現されたシステムの一例を示す
ブロック線図である。

【図２１】 飽和モデルのフィードバックゲイン，制御
系の極および非飽和モデルのフィードバックゲイン，制
御系の極を比較して示す表である。

【図２２】 図１に示す鋼板２の厚さ４．５mm，目標ギ
ャップ１５mmの場合の磁気浮上の時間応答特性を示すグ
ラフであり、（ａ）は飽和モデル，（ｂ）は非飽和モデ
ルのものを示す。

【図２３】 図１に示す鋼板２の厚さ１２mm，目標ギャ
ップ１５mmの場合の磁気浮上の時間応答特性を示すグラ
フであり、（ａ）は飽和モデル，（ｂ）は非飽和モデル
のものを示す。

【図２４】 図１に示す鋼板２の厚さ２２mm，目標ギャ
ップ１５mmの場合の磁気浮上の時間応答特性を示すグラ
フであり、（ａ）は飽和モデル，（ｂ）は非飽和モデル
のものを示す。

【図２５】 図１に示す鋼板２の厚さ４．５mm，目標ギ
ャップ１０mmの場合の磁気浮上の時間応答特性を示すグ
ラフであり、（ａ）は飽和モデル，（ｂ）は非飽和モデ
ルのものを示す。

【図２６】 図１に示す鋼板２の厚さ１２mm，目標ギャ
ップ１０mmの場合の磁気浮上の時間応答特性を示すグラ
フであり、（ａ）は飽和モデル，（ｂ）は非飽和モデル
のものを示す。

【図２７】 図１に示す鋼板２の厚さ２２mm，目標ギャ
ップ１０mmの場合の磁気浮上の時間応答特性を示すグラ
フであり、（ａ）は飽和モデル，（ｂ）は非飽和モデル
のものを示す。

【図２８】 飽和モデルと非飽和モデルの振動解析結果
を示す表である。

【図２９】 磁気飽和現像を考慮した場合（実測値）と
考慮しない場合（理論値）の吸引力特性およびインダク
タンス特性を示すグラフであり、（ａ）はギャップｘと
吸引力ｆ_mの関係，（ｂ）は電流ｉと吸引力ｆ_mの関係，
（ｃ）はギャップｘとインダクタンスＬの関係，および
（ｄ）は電流ｉとインダクタンスＬの関係を示す。

【符号の説明】

１：電磁石 ２：鋼板 ３：コイル ４：鉄心 ５：コイルドライバ ６：制御回路 ７：ギャップセンサ ８：電流センサ ６１：コンピュータ ６３：メモリ ７６：領域判定回路 ８０：ＰＷＭ回路 ８１，８２：信号処理回路 ９０：板厚対応の
ゲインＫ算出部

【手続補正書】

【提出日】平成５年７月２３日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図１９

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１９】 飽和モデルの制御パラメータおよび非飽和
モデルの制御パラメータを比較して示す図表である。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図２１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２１】 飽和モデルのフィードバックゲイン，制御
系の極および非飽和モデルのフィードバックゲイン，制
御系の極を比較して示す図表である。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図２８

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２８】 飽和モデルと非飽和モデルの振動解析結果
を示す図表である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤 崎 敬 介 富津市新富20−１ 新日本製鐵株式会社技 術開発本部内 (72)発明者 和 嶋 潔 富津市新富20−１ 新日本製鐵株式会社技 術開発本部内 (72)発明者 梅 津 健 司 富津市新富20−１ 新日本製鐵株式会社技 術開発本部内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電磁石の電気コイルに流れる電流値と、該
   電磁石とその磁力を受ける磁性体の間のギャップを検出
   し、これらと目標ギャップに対応して、検出ギャップが
   目標ギャップに合致するように電気コイルに印加する電
   圧をフィ−ドバック制御する磁気浮上制御方法におい
   て、 電磁石と磁性体の間のギャップおよび電気コイルに流れ
   る電流値に対応するフィ−ドバックゲインを、予め設定
   されたゲイングル−プの中から選択し、選択したフィ−
   ドバックゲインを用いて、電気コイルに印加する電圧を
   フィ−ドバック制御することを特徴とする磁気浮上制御
   方法。
2. 【請求項２】前記電磁石および磁性体でなる被制御系の
   ギャップおよび電気コイル電流に対する、磁力飽和特性
   およびインダクタンス特性、に基づいて、被制御系の電
   気コイル印加電圧／磁力変換モデルを、ギャップ値およ
   び電気コイル電流値対応で確定し、各モデルに対応する
   フィ−ドバックゲインを算出し、これらのゲインを前記
   ゲイングル−プとする、請求項１記載の磁気浮上制御方
   法。
3. 【請求項３】前記電磁石と磁性体からなる被制御系の前
   記ギャップおよび電気コイル電流の各値に対する磁性体
   に及ぶ磁力を実測し、実測データから磁力飽和特性を表
   す第１近似式を得、ギャップおよび電気コイル電流の各
   値に対する電気コイルのインダクタンスを実測し、実測
   データからインダクタンス特性を表す第２近似式を得
   て、第１近似式および第２近似式から前記被制御系の電
   気コイル印加電圧／磁力変換モデルを、ギャップ値およ
   び電流値対応で確定し、各モデルに対応するフィ−ドバ
   ックゲインを算出し、これらのゲインを前記ゲイングル
   −プとする、請求項１又は請求項２記載の磁気浮上制御
   方法。
4. 【請求項４】磁性体の厚み対応で、厚み対応のゲイング
   ル−プをメモリ手段に予め格納しておき、実際に浮上駆
   動する磁性体の厚みに対応するゲイングル−プを、フィ
   −ドバック制御に使用するゲイングル−プに設定する、
   請求項１，請求項２又は請求項３記載の磁気浮上制御方
   法。
5. 【請求項５】電磁石；電磁石とそれに対向する磁性体の
   間のギャップを検出するためのギャップ検出手段；電磁
   石の電気コイルに流れる電流の値を検出するための電流
   検出手段；電磁石と磁性体の間のギャップおよび電気コ
   イルに流れる電流値に対応するフィ−ドバックゲイン
   を、ギャップ値および電流値対応で格納したメモリ手
   段；ギャップ検出手段が検出したギャップ値および電流
   検出手段が検出した電流値に対応するフィ−ドバックゲ
   インを前記メモリ手段から読み出すゲイン設定手段；
   与えられるギャップ目標値に対するギャップ検出手段の
   検出ギャップの偏差，その変化速度，与えられる基準電
   流値に対する電流検出手段の検出電流値の偏差およびギ
   ャップ偏差の累積値、にゲイン設定手段が読み出したフ
   ィ−ドバックゲインを乗算した値、ならびに、与えられ
   る基準電流値、に対応する電気コイル印加電圧を算出す
   る電圧算出手段；および、 電磁石の電気コイルに電圧算出手段が算出した電圧を印
   加するコイルドライバ；を備える磁気浮上装置。
6. 【請求項６】電磁石；電磁石とそれに対向する磁性体の
   間のギャップを検出するためのギャップ検出手段；電磁
   石の電気コイルに流れる電流の値を検出するための電流
   検出手段；磁性体の厚み，電磁石と磁性体の間のギャッ
   プおよび電気コイルに流れる電流値に対応するフィ−ド
   バックゲインを、磁性体の厚み，ギャップ値および電流
   値対応で格納したメモリ手段；与えられる厚み，ギャッ
   プ検出手段が検出したギャップ値および電流検出手段が
   検出した電流値に対応するフィ−ドバックゲインを前記
   メモリ手段から読み出すゲイン設定手段；与えられるギ
   ャップ目標値に対するギャップ検出手段の検出ギャップ
   の偏差，その変化速度，与えられる基準電流値に対する
   電流検出手段の検出電流値の偏差およびギャップ偏差の
   累積値、にゲイン設定手段が読み出したフィ−ドバック
   ゲインを乗算した値、ならびに、与えられる基準電流
   値、に対応する電気コイル印加電圧を算出する電圧算出
   手段；および、 電磁石の電気コイルに電圧算出手段が算出した電圧を印
   加するコイルドライバ；を備える磁気浮上装置。
7. 【請求項７】前記メモリ手段のフィ−ドバックゲイン
   は、前記電磁石および磁性体でなる被制御系のギャップ
   および電気コイル電流に対する、磁力飽和特性およびイ
   ンダクタンス特性、に基づいて、ギャップ値および電気
   コイル電流値対応で確定された、前記電磁石および磁性
   体を含む被制御系の電気コイル印加電圧／磁力変換各モ
   デルに対応するフィ−ドバックゲインである、請求項５
   又は請求項６記載の磁気浮上装置。