JPH11341852A - 電動機の速度制御装置 - Google Patents
電動機の速度制御装置Info
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- JPH11341852A JPH11341852A JP11045527A JP4552799A JPH11341852A JP H11341852 A JPH11341852 A JP H11341852A JP 11045527 A JP11045527 A JP 11045527A JP 4552799 A JP4552799 A JP 4552799A JP H11341852 A JPH11341852 A JP H11341852A
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- Control Of Electric Motors In General (AREA)
- Control Of Direct Current Motors (AREA)
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】連結軸を介して負荷を駆動する電動機の速度制
御装置において、該連結軸による軸ねじり振動を抑制す
る。 【解決手段】速度制御装置２０を速度調節器２１と負荷
トルク推定器２２と加算演算器２３とトルク制御ループ
１２とから構成し、電動機１の慣性モーメント、連結軸
２のバネ定数、負荷３の慣性モーメントそれぞれに基づ
く時定数により、速度調節器２１、負荷トルク推定器２
２それぞれの制御パラメータを選定することで、電動機
１と負荷３とを連結する連結軸２の剛性が低い場合の軸
ねじり振動の発生を抑制する。
御装置において、該連結軸による軸ねじり振動を抑制す
る。 【解決手段】速度制御装置２０を速度調節器２１と負荷
トルク推定器２２と加算演算器２３とトルク制御ループ
１２とから構成し、電動機１の慣性モーメント、連結軸
２のバネ定数、負荷３の慣性モーメントそれぞれに基づ
く時定数により、速度調節器２１、負荷トルク推定器２
２それぞれの制御パラメータを選定することで、電動機
１と負荷３とを連結する連結軸２の剛性が低い場合の軸
ねじり振動の発生を抑制する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、圧延機などに使
用される電動機の速度制御装置に関する。
用される電動機の速度制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図６は、圧延機などに使用される電動機
の速度制御装置の従来例を示す回路構成図である。
の速度制御装置の従来例を示す回路構成図である。
【０００３】図６には、電動機１、負荷３そして電動機
１と負荷３を連結する連結軸２、電動機１の駆動軸に連
結された回転速度検出器としてのパルスジェネレータ４
（以下、ＰＬＧ４と称する）、そして速度制御装置１０
が示されている。
１と負荷３を連結する連結軸２、電動機１の駆動軸に連
結された回転速度検出器としてのパルスジェネレータ４
（以下、ＰＬＧ４と称する）、そして速度制御装置１０
が示されている。
【０００４】速度制御装置１０は、速度調節器１１とト
ルク制御ループ１２を備えている。速度調節器１１は、
ＰＬＧ４の出力値と外部から指令される速度指令値の偏
差に基づき、比例積分（ＰＩ）演算を行うことにより電
動機１の回転速度を調節する。また、トルク制御ループ
１２は、電流調節器と半導体電力変換器から構成され、
これらは速度調節器１１の出力であるトルク指令値に基
づき、電動機１の出力トルクを制御する。前記半導体電
力変換器は、サイリスタコンバータまたはサイクロコン
バータなどから構成される。 上記のような構成を持つ
速度運転制御装置によって電動機の回転速度は制御され
ている。
ルク制御ループ１２を備えている。速度調節器１１は、
ＰＬＧ４の出力値と外部から指令される速度指令値の偏
差に基づき、比例積分（ＰＩ）演算を行うことにより電
動機１の回転速度を調節する。また、トルク制御ループ
１２は、電流調節器と半導体電力変換器から構成され、
これらは速度調節器１１の出力であるトルク指令値に基
づき、電動機１の出力トルクを制御する。前記半導体電
力変換器は、サイリスタコンバータまたはサイクロコン
バータなどから構成される。 上記のような構成を持つ
速度運転制御装置によって電動機の回転速度は制御され
ている。
【０００５】通常、圧延機などの大容量の装置では、サ
イリスタコンバータ、またはサイクロコンバータを備え
たトルク制御ループがトルク制御のために用いられてい
る。サイリスタコンバータまたはサイクロコンバータを
備えたトルク制御ループの応答速度は、例えばPWMイン
バータを備えたトルク制御ループの応答速度より遅い。
これらのコンバータを使用し、そして電動機１の回転速
度の応答を速くするために速度調節器１１のＰゲインの
みを上げていくと、電動機１と負荷３を連結する連結軸
２の剛性が低い場合には、連結軸による軸ねじり振動が
生じる。その結果、前記速度指令値に基づき電動機１の
回転速度を調節する場合の応答速度を速くすることが困
難になる。この軸ねじり振動は、トルク制御系の応答周
波数と共振機械系の応答周波数が近い場合に発生しやす
い。よって、圧延機等の大容量装置を安定に制御するた
めには、トルク制御系の応答周波数と機械系の共振周波
数を考慮した制御器の設計が必要となる。
イリスタコンバータ、またはサイクロコンバータを備え
たトルク制御ループがトルク制御のために用いられてい
る。サイリスタコンバータまたはサイクロコンバータを
備えたトルク制御ループの応答速度は、例えばPWMイン
バータを備えたトルク制御ループの応答速度より遅い。
これらのコンバータを使用し、そして電動機１の回転速
度の応答を速くするために速度調節器１１のＰゲインの
みを上げていくと、電動機１と負荷３を連結する連結軸
２の剛性が低い場合には、連結軸による軸ねじり振動が
生じる。その結果、前記速度指令値に基づき電動機１の
回転速度を調節する場合の応答速度を速くすることが困
難になる。この軸ねじり振動は、トルク制御系の応答周
波数と共振機械系の応答周波数が近い場合に発生しやす
い。よって、圧延機等の大容量装置を安定に制御するた
めには、トルク制御系の応答周波数と機械系の共振周波
数を考慮した制御器の設計が必要となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
のサイリスタコンバータで給電される直流電動機、また
はサイクロコンバータで給電される交流電動機を用いた
場合に発生する軸ねじり振動を抑制する電動機の速度制
御装置を提供することにある。
のサイリスタコンバータで給電される直流電動機、また
はサイクロコンバータで給電される交流電動機を用いた
場合に発生する軸ねじり振動を抑制する電動機の速度制
御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の特徴は、
連結軸を介して負荷を駆動する電動機の回転速度を制御
する速度制御装置において、外部から指令される速度指
令値および回転速度の出力値が入力される速度調節器が
ＩＰ要素からなり、前記ＩＰ要素からなる速度調節器と
外乱オブザーバを組み合わせたことを特徴とする電動機
の速度制御装置である。
連結軸を介して負荷を駆動する電動機の回転速度を制御
する速度制御装置において、外部から指令される速度指
令値および回転速度の出力値が入力される速度調節器が
ＩＰ要素からなり、前記ＩＰ要素からなる速度調節器と
外乱オブザーバを組み合わせたことを特徴とする電動機
の速度制御装置である。
【０００８】本発明の第２の特徴は、前記外乱オブザー
バが、負荷トルク推定器であり、トルク制御系の出力を
フィードバックすることを特徴とする電動機の速度制御
装置である。
バが、負荷トルク推定器であり、トルク制御系の出力を
フィードバックすることを特徴とする電動機の速度制御
装置である。
【０００９】本発明の第３の特徴は、前記IP要素からな
る速度調節器が、外部から指令される速度指令値と電動
機の回転速度の検出値との偏差を積分演算し、この積分
演算値から前記回転速度の検出値を減算演算し、この減
算演算値に比例した値を出力する構成であることを特徴
とする、電動機の速度制御装置である。
る速度調節器が、外部から指令される速度指令値と電動
機の回転速度の検出値との偏差を積分演算し、この積分
演算値から前記回転速度の検出値を減算演算し、この減
算演算値に比例した値を出力する構成であることを特徴
とする、電動機の速度制御装置である。
【００１０】本発明の第４の特徴は、連結軸を介して負
荷を駆動する電動機の回転速度を制御する速度制御装置
において、外部から指令される速度指令値および回転速
度の出力値が入力される速度調節器と、前記電動機の回
転速度の検出値と該電動機の出力トルクの検出値とから
該電動機の負荷トルク推定値を演算する負荷トルク推定
器と、前記速度調節器の出力値と前記負荷トルク推定値
とを加算演算した値のトルク指令値に基づいて前記電動
機の出力トルクを制御するトルク制御ループとを備えた
ことを特徴とする電動機の速度制御装置である。
荷を駆動する電動機の回転速度を制御する速度制御装置
において、外部から指令される速度指令値および回転速
度の出力値が入力される速度調節器と、前記電動機の回
転速度の検出値と該電動機の出力トルクの検出値とから
該電動機の負荷トルク推定値を演算する負荷トルク推定
器と、前記速度調節器の出力値と前記負荷トルク推定値
とを加算演算した値のトルク指令値に基づいて前記電動
機の出力トルクを制御するトルク制御ループとを備えた
ことを特徴とする電動機の速度制御装置である。
【００１１】本発明の第５の特徴は、前記速度調節器が
ＩＰ要素またはＰ要素からなることを特徴とする電動機
の速度制御装置である。
ＩＰ要素またはＰ要素からなることを特徴とする電動機
の速度制御装置である。
【００１２】本発明の第６の特徴は、連結軸を介して負
荷を駆動する電動機の回転速度を制御する速度制御装置
において、外部から指令される速度指令値および回転速
度の出力値が入力される速度調節器と、前記電動機のト
ルク指令値から該電動機の出力トルクのモデル値を演算
する出力トルク演算器と、前記電動機の回転速度の検出
値と前記出力トルクのモデル値とから該電動機の負荷ト
ルク推定値を演算する負荷トルク推定器と、前記速度調
節器の出力値と前記負荷トルク推定値とを加算演算した
値のトルク指令値に基づいて、前記電動機の出力トルク
を制御するトルク制御ループとを備えたことを特徴とす
る電動機の速度制御装置である。
荷を駆動する電動機の回転速度を制御する速度制御装置
において、外部から指令される速度指令値および回転速
度の出力値が入力される速度調節器と、前記電動機のト
ルク指令値から該電動機の出力トルクのモデル値を演算
する出力トルク演算器と、前記電動機の回転速度の検出
値と前記出力トルクのモデル値とから該電動機の負荷ト
ルク推定値を演算する負荷トルク推定器と、前記速度調
節器の出力値と前記負荷トルク推定値とを加算演算した
値のトルク指令値に基づいて、前記電動機の出力トルク
を制御するトルク制御ループとを備えたことを特徴とす
る電動機の速度制御装置である。
【００１３】本発明の第７の特徴は、前記速度調節器が
ＩＰ要素またはＰ要素からなることを特徴とする電動機
の速度制御装置である。
ＩＰ要素またはＰ要素からなることを特徴とする電動機
の速度制御装置である。
【００１４】本発明の第８の特徴は、前記速度調節器の
積分演算部の積分時間を1/aωZに基づく値とし、前記速
度調節器の比例演算部の比例ゲインをｂＪMωZに基づく
値とし、前記負荷トルク推定器の比例演算部の比例ゲイ
ンをｃＪMωZに基づく値とし、前記負荷トルク推定器の
積分演算部の積分時間をｃＪM/dに基づく値としたこと
を特徴とする電動機の速度制御装置である。
積分演算部の積分時間を1/aωZに基づく値とし、前記速
度調節器の比例演算部の比例ゲインをｂＪMωZに基づく
値とし、前記負荷トルク推定器の比例演算部の比例ゲイ
ンをｃＪMωZに基づく値とし、前記負荷トルク推定器の
積分演算部の積分時間をｃＪM/dに基づく値としたこと
を特徴とする電動機の速度制御装置である。
【００１５】ここで、 ＪM：前記電動機の慣性モーメントに基づく時定数 ＫC：前記連結軸のバネ定数に基づく時定数 ＪL：前記負荷の慣性モーメントに基づく時定数 ωZ：前記ＫCとＪLに基づく反共振角周波数 であり、a, b, c, dは、以下の関係式 ａ＝ｄｎN／（２ｄζN−ｎN） ｂ＝ｋｎN 2（２ｄζTｎT＋ｎT 2）／aｄｎT 2 ｃ＝ｋ（２ｄζTｎT＋ｎT 2）／ｎT 2−ｂ ｄ＝（ｎD 2−ｎT 2）／２ζTｎT をみたし、 k ：速度制御系のゲインに係わるパラメータ ζN：積分係数に係わるパラメータ ｎD：設定値応答の減衰特性に係わるパラメータ ｎN：高周波数領域の特性に係わるパラメータ ζT：トルク制御ループの減衰係数 ｎT：反共振角周波数ωZのトルク制御ループの固有角周
波 数に対する係数 である。
波 数に対する係数 である。
【００１６】本発明の第９の特徴は、前記パラメータk,
ｎD,ｎNは、R=ＪL/ＪMおよびｎTで表される関数により
概算値を求め、この概算値を元に調整を行うことを特徴
とする電動機の速度制御装置である。
ｎD,ｎNは、R=ＪL/ＪMおよびｎTで表される関数により
概算値を求め、この概算値を元に調整を行うことを特徴
とする電動機の速度制御装置である。
【００１７】本発明の第１０の特徴は、前記パラメータ
kの概算値は、 k=α+βR+γR/ｎT（α、β、γ：定数） の関数で表されることを特徴とする電動機の速度制御装
置である。
kの概算値は、 k=α+βR+γR/ｎT（α、β、γ：定数） の関数で表されることを特徴とする電動機の速度制御装
置である。
【００１８】本発明の第１１の特徴は、前記パラメータ
ｎDの概算値は、 ｎD=δ+εR+ζ/ｎT（δ、ε、ζ：定数） の関数で表されることを特徴とする電動機の速度制御装
置である。
ｎDの概算値は、 ｎD=δ+εR+ζ/ｎT（δ、ε、ζ：定数） の関数で表されることを特徴とする電動機の速度制御装
置である。
【００１９】本発明の第１２の特徴は、前記パラメータ
ｎNの概算値は、 ｎN=η+θR+ι/ｎT（η、θ、ι：定数） の関数で表されることを特徴とする電動機の速度制御装
置である。
ｎNの概算値は、 ｎN=η+θR+ι/ｎT（η、θ、ι：定数） の関数で表されることを特徴とする電動機の速度制御装
置である。
【００２０】本発明の第１３の特徴は、前記パラメータ
kの概算値は、 k=1.09+0.754R−0.465R/ｎT で求められることを特徴とする電動機の速度制御装置で
ある。
kの概算値は、 k=1.09+0.754R−0.465R/ｎT で求められることを特徴とする電動機の速度制御装置で
ある。
【００２１】本発明の第１４の特徴は、前記パラメータ
ｎDの概算値は、 ｎD=−3.50+8.70R+9.23/ｎT で求められることを特徴とする電動機の速度制御装置で
ある。
ｎDの概算値は、 ｎD=−3.50+8.70R+9.23/ｎT で求められることを特徴とする電動機の速度制御装置で
ある。
【００２２】本発明の第１５の特徴は、前記パラメータ
ｎNの概算値は、 ｎN=0.299−0.0247R−0.0693/ｎT で求められることを特徴とする電動機の速度制御装置で
ある。
ｎNの概算値は、 ｎN=0.299−0.0247R−0.0693/ｎT で求められることを特徴とする電動機の速度制御装置で
ある。
【００２３】本発明の第１６の特徴は、前記パラメータ
ζNは、 ζN=0.800 程度とすることを特徴とする電動機の速度制御装置であ
る。
ζNは、 ζN=0.800 程度とすることを特徴とする電動機の速度制御装置であ
る。
【００２４】上述のような本発明の速度制御装置を用
い、そして速度調節器及び負荷トルク調節器の制御パラ
メータを上述のように選定することにより、従来の速度
制御装置で発生していた軸ねじり振動を抑制することが
可能となる。
い、そして速度調節器及び負荷トルク調節器の制御パラ
メータを上述のように選定することにより、従来の速度
制御装置で発生していた軸ねじり振動を抑制することが
可能となる。
【００２５】さらに、直流電動機に給電するサイリスタ
コンバータ、交流電動機に給電するサイクロコンバータ
を備えるトルク制御ループでは、周知の如く、その応答
速度は例えばＰＷＭインバータで給電される交流電動機
におけるトルク制御ループにより遅くなり、その結果、
上述の軸ねじり振動が発生する恐れがあるのに対して、
この発明の電動機の速度制御装置では従来の速度制御装
置に僅かな回路を付加することにより、軸ねじり振動の
発生を抑制することができる。
コンバータ、交流電動機に給電するサイクロコンバータ
を備えるトルク制御ループでは、周知の如く、その応答
速度は例えばＰＷＭインバータで給電される交流電動機
におけるトルク制御ループにより遅くなり、その結果、
上述の軸ねじり振動が発生する恐れがあるのに対して、
この発明の電動機の速度制御装置では従来の速度制御装
置に僅かな回路を付加することにより、軸ねじり振動の
発生を抑制することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下に、本発明における実施の形
態について図面を参照しながら述べる。図１は、本発明
の第１の実施例を示す電動機の速度制御装置の回路構成
図である。図６に示した従来例回路と同一機能を有する
ものには同一符号を付している。
態について図面を参照しながら述べる。図１は、本発明
の第１の実施例を示す電動機の速度制御装置の回路構成
図である。図６に示した従来例回路と同一機能を有する
ものには同一符号を付している。
【００２７】図１に示されている速度制御装置２０は、
速度調節器２１と負荷トルク推定器（最小次元オブザー
バ）２２と加算演算器２３とトルク制御ループ１２とを
備えている。また、電動機１、連結軸２そして負荷３の
機械系が制御対象として示されている。ＰＬＧ４は、モ
ーターの回転数を測定するセンサーである。
速度調節器２１と負荷トルク推定器（最小次元オブザー
バ）２２と加算演算器２３とトルク制御ループ１２とを
備えている。また、電動機１、連結軸２そして負荷３の
機械系が制御対象として示されている。ＰＬＧ４は、モ
ーターの回転数を測定するセンサーである。
【００２８】図２は、図１の回路構成をブロック線図で
表したものである。図２中では、電動機１の慣性モーメ
ントに基づく時定数をJM(sec)とし、連結軸２のバネ定
数に基づく時定数をKC(sec)とし、負荷３の慣性モーメ
ントに基づく時定数をJL(sec)としている。
表したものである。図２中では、電動機１の慣性モーメ
ントに基づく時定数をJM(sec)とし、連結軸２のバネ定
数に基づく時定数をKC(sec)とし、負荷３の慣性モーメ
ントに基づく時定数をJL(sec)としている。
【００２９】図２の構成を詳細に述べる。速度調節器２
１は、速度指令値と電動機１の回転速度検出値を入力と
し、この速度調節器２１からの出力と負荷トルク推定器
２２からのトルク指令値を加算器２３で加え合わせ、こ
の加算量をトルク制御ループ１２に入力し、該トルク制
御ループ１２からの出力トルクを電動機１および負荷ト
ルク推定器２２に入力している。
１は、速度指令値と電動機１の回転速度検出値を入力と
し、この速度調節器２１からの出力と負荷トルク推定器
２２からのトルク指令値を加算器２３で加え合わせ、こ
の加算量をトルク制御ループ１２に入力し、該トルク制
御ループ１２からの出力トルクを電動機１および負荷ト
ルク推定器２２に入力している。
【００３０】次に、本発明で用いられている定数を以下
で定義する。電動機１，連結軸２，負荷３における慣性
比Ｒは式（１）で表される。
で定義する。電動機１，連結軸２，負荷３における慣性
比Ｒは式（１）で表される。
【００３１】
【数１】Ｒ＝ＪL／ＪM ．．．（１） また、前述の反共振角周波数ωZは式（２）で表させ
る。
る。
【００３２】
【数２】 ωZ＝（ＪLＫC）-1/2〔ｒａｄ／ｓｅｃ〕 ．．．（２） ここで、図２に示した速度調節器２１の積分演算部２１
ａの積分時間を１／（ａωZ）〔ｓｅｃ〕とし、比例演
算部２１ｂの比例ゲインをｂＪMωZとし、また負荷トル
ク推定器２２の比例演算部２２ａの比例ゲインをｃＪM
ωZとし、積分演算部２２ｂの積分時間をｃＪM／ｄ〔ｓ
ｅｃ〕とし、定数であるａ，ｂ，ｃ，ｄは以下に示す式
（３）〜式（６）に基づいて選定される。
ａの積分時間を１／（ａωZ）〔ｓｅｃ〕とし、比例演
算部２１ｂの比例ゲインをｂＪMωZとし、また負荷トル
ク推定器２２の比例演算部２２ａの比例ゲインをｃＪM
ωZとし、積分演算部２２ｂの積分時間をｃＪM／ｄ〔ｓ
ｅｃ〕とし、定数であるａ，ｂ，ｃ，ｄは以下に示す式
（３）〜式（６）に基づいて選定される。
【００３３】
【数３】 ｄ＝（ｎD 2−ｎT 2）／２ζTｎT ．．．（３）
【００３４】
【数４】 ａ＝ｄｎN／（２ｄζN−ｎN） ．．．（４）
【００３５】
【数５】 ｂ＝ｋｎN 2（２ｄζTｎT＋ｎT 2）／ａｄｎT 2 ．．．（５）
【００３６】
【数６】 ｃ＝ｋ（２ｄζTｎT＋ｎT 2）／ｎT 2−ｂ ．．．（６） (３)〜（６）式に示されているように、a, b, c, dの値
を定め、それらの値に従って各比例ゲインと積分時間を
決定することにより、本発明の速度制御器が得られる。
を定め、それらの値に従って各比例ゲインと積分時間を
決定することにより、本発明の速度制御器が得られる。
【００３７】ここで、上記a, b, c, dを決定するための
速度制御器のゲインに関するパラメータk,ｎN, nD,ζN
は、次のように決められる。パラメータkは、速度制御
系のゲインを決定するもので、速度制御器、トルク制御
ループおよび２慣性系を含めた開ループ伝達関数のカッ
トオフ周波数が２慣性系の反共振角周波数ωZと共振角
周波数ω0の中間となるようにkを選ぶ。ｎNは、積分定
数を決定するもので0.2程度がよい。ζNは、設定値応答
の減衰特性を決めるもので0.8にする。 nDは、高周波数
領域の特性を決定するものでR,ｎTに依存し２〜１０と
する。
速度制御器のゲインに関するパラメータk,ｎN, nD,ζN
は、次のように決められる。パラメータkは、速度制御
系のゲインを決定するもので、速度制御器、トルク制御
ループおよび２慣性系を含めた開ループ伝達関数のカッ
トオフ周波数が２慣性系の反共振角周波数ωZと共振角
周波数ω0の中間となるようにkを選ぶ。ｎNは、積分定
数を決定するもので0.2程度がよい。ζNは、設定値応答
の減衰特性を決めるもので0.8にする。 nDは、高周波数
領域の特性を決定するものでR,ｎTに依存し２〜１０と
する。
【００３８】ここで、k,ｎN, nD,ζNの具体的な値は、
以下の（７）から（１０）式で求められる。
以下の（７）から（１０）式で求められる。
【００３９】
【数７】 ｋ＝１．０９＋０．７５４Ｒ−０．４６５Ｒ／ｎT ．．．（７）
【００４０】
【数８】 ｎD＝−３．５０＋８．７０Ｒ＋９．２３／ｎT ．．．（８）
【００４１】
【数９】 ｎN＝０．２９９−０．０２４７Ｒ−０．０６９３／ｎT ．．．（９）
【００４２】
【数１０】 ζN＝０．８００ ．．．（１０） これらの式（７）〜（９）は、k,ｎN,ｎDを簡便に求め
るために導入されたものである。これらは後述する評価
関数を最小にするR,ｎT とk,ｎN,ｎDとの関係式を計算
機シミュレーションにより求めたものである。
るために導入されたものである。これらは後述する評価
関数を最小にするR,ｎT とk,ｎN,ｎDとの関係式を計算
機シミュレーションにより求めたものである。
【００４３】シミュレーションは以下の手順で行われ
る。まず軸ねじり振動が最も速く減衰することを条件に
評価関数を決定する。本シミュレーションの場合、電動
機速度指令から電動機速度検出までの閉ループ伝達関数
の根のうち、実数部が最大である根の実数部を評価関数
とした。この評価関数を最小にすることは、過渡応答の
減衰の時定数を最小にすることとなる。計算機シミュレ
ーションはζN=0.8としｎD>ｎTの条件でRとｎTを与え、
おのおののR,ｎTに対する評価関数を最小にするk,ｎN,
ｎDを最急降下法で求めた。Rの範囲は、0.09から5.0と
し、ｎTの範囲は0.9〜10.0とした。これにより求められ
たR,ｎTに対するk,ｎN,ｎDのシミュレーション結果を用
いて最小２乗法による近似式を求めたものが式（７）〜
（９）である。
る。まず軸ねじり振動が最も速く減衰することを条件に
評価関数を決定する。本シミュレーションの場合、電動
機速度指令から電動機速度検出までの閉ループ伝達関数
の根のうち、実数部が最大である根の実数部を評価関数
とした。この評価関数を最小にすることは、過渡応答の
減衰の時定数を最小にすることとなる。計算機シミュレ
ーションはζN=0.8としｎD>ｎTの条件でRとｎTを与え、
おのおののR,ｎTに対する評価関数を最小にするk,ｎN,
ｎDを最急降下法で求めた。Rの範囲は、0.09から5.0と
し、ｎTの範囲は0.9〜10.0とした。これにより求められ
たR,ｎTに対するk,ｎN,ｎDのシミュレーション結果を用
いて最小２乗法による近似式を求めたものが式（７）〜
（９）である。
【００４４】実際の速度制御装置に適用する場合には、
式（７）〜（９）で得られた値を元に良好な応答が得ら
れるようにk,ｎN,ｎD,ζNの値の調整を行う。なお本速
度制御装置は、ｎD>ｎTという条件の下で、R=0.1〜5、
ｎT=0.9〜5.0の範囲で良好な応答が得られる速度制御装
置である。
式（７）〜（９）で得られた値を元に良好な応答が得ら
れるようにk,ｎN,ｎD,ζNの値の調整を行う。なお本速
度制御装置は、ｎD>ｎTという条件の下で、R=0.1〜5、
ｎT=0.9〜5.0の範囲で良好な応答が得られる速度制御装
置である。
【００４５】図２に示した速度制御装置２０はトルク制
御ループ１２を構成する半導体電力変換器である。電動
機１が直流電動機の場合は、半導体電力変換器はサイリ
スタレオナードを用い、交流電動機の場合にはサイクロ
コンバータを用いる。サイリスタレオナードの場合、電
動機１の出力トルクは電機子電流の検出値に界磁を乗算
した値とすることができる。
御ループ１２を構成する半導体電力変換器である。電動
機１が直流電動機の場合は、半導体電力変換器はサイリ
スタレオナードを用い、交流電動機の場合にはサイクロ
コンバータを用いる。サイリスタレオナードの場合、電
動機１の出力トルクは電機子電流の検出値に界磁を乗算
した値とすることができる。
【００４６】すなわち、図２に示した負荷トルク推定器
２２の比例演算部２２ａの比例ゲインと積分演算部２２
ｂの積分時間とを上記式に基づく値に選定することによ
り、速度調節器２１の出力からトルク制御ループ１２の
出力までの伝達関数の応答を速くすることができ、その
結果、電動機１の回転速度の応答速度をより速くするべ
く、速度調節器２１の積分演算部２１ａの積分時間と比
例演算部２１ｂの比例ゲインとを上記式に基づく値に選
定できて、電動機１と負荷３とを連結させる連結軸２の
剛性が低い場合の軸ねじり振動の発生を抑制することが
できる。
２２の比例演算部２２ａの比例ゲインと積分演算部２２
ｂの積分時間とを上記式に基づく値に選定することによ
り、速度調節器２１の出力からトルク制御ループ１２の
出力までの伝達関数の応答を速くすることができ、その
結果、電動機１の回転速度の応答速度をより速くするべ
く、速度調節器２１の積分演算部２１ａの積分時間と比
例演算部２１ｂの比例ゲインとを上記式に基づく値に選
定できて、電動機１と負荷３とを連結させる連結軸２の
剛性が低い場合の軸ねじり振動の発生を抑制することが
できる。
【００４７】次に、本発明の第２の実施例について説明
する。図３は、この発明の第２の実施例を示す電動機の
速度制御装置のブロック線図である。図２に示したこの
発明の第１の実施例回路と同一機能を有するものには同
一符号を伏している。
する。図３は、この発明の第２の実施例を示す電動機の
速度制御装置のブロック線図である。図２に示したこの
発明の第１の実施例回路と同一機能を有するものには同
一符号を伏している。
【００４８】図３において、この速度制御装置３０は、
速度調節器２１、負荷トルク推定器２２、加算演算器２
３，トルク制御ループ１２の他に出力トルク演算器３１
を備えている。速度調節器２１は、速度指令値と電動機
１の回転速度検出値を入力とし、この速度調節器２１か
らの出力と負荷トルク推定器２２からのトルク指令値を
加算器２３で加え合わせ、この加算量をトルク制御ルー
プ１２に入力するとともに、出力トルク演算器３１へも
入力し、前記トルク制御ループ１２からの出力トルクを
電動機１に入力している。
速度調節器２１、負荷トルク推定器２２、加算演算器２
３，トルク制御ループ１２の他に出力トルク演算器３１
を備えている。速度調節器２１は、速度指令値と電動機
１の回転速度検出値を入力とし、この速度調節器２１か
らの出力と負荷トルク推定器２２からのトルク指令値を
加算器２３で加え合わせ、この加算量をトルク制御ルー
プ１２に入力するとともに、出力トルク演算器３１へも
入力し、前記トルク制御ループ１２からの出力トルクを
電動機１に入力している。
【００４９】この出力トルク演算器３１はトルク制御ル
ープ１２の出力である電動機トルクの検出が困難である
場合に用いられるものである。出力トルク演算器３１は
トルク制御ループ１２を２次遅れ要素で近似することに
より得られたモデル伝達関数ＧTを用いて出力トルクの
値をシミュレートする。この伝達関数ＧTは、式（１
１）で表される。
ープ１２の出力である電動機トルクの検出が困難である
場合に用いられるものである。出力トルク演算器３１は
トルク制御ループ１２を２次遅れ要素で近似することに
より得られたモデル伝達関数ＧTを用いて出力トルクの
値をシミュレートする。この伝達関数ＧTは、式（１
１）で表される。
【００５０】
【数１１】 ＧT＝ｎT 2ωZ 2／（ｓ2＋２ζTｎTωZｓ＋ｎT 2ωZ 2）．．．（１１） ここで、ζTはトルク系の減衰係数を示し、ｎTωZはト
ルク制御ループの固有角周波数〔ｒａｄ／ｓｅｃ〕であ
る。このトルク系のモデル伝達関数ＧTは、本発明の速
度制御器を求める時に近似しているトルク制御ループの
伝達関数と全く同一である。この速度制御装置３０はト
ルク制御ループ１２を構成する半導体電力変換器をサイ
クロコンバータとし、電動機１を交流電動機とした場合
に好適な速度制御装置であって、このとき電動機１の出
力トルクとして出力トルク演算器３１での前記式（１
１）に基づく演算で得られた出力トルクのモデル値を、
負荷トルク推定器２２に入力するようにしている。
ルク制御ループの固有角周波数〔ｒａｄ／ｓｅｃ〕であ
る。このトルク系のモデル伝達関数ＧTは、本発明の速
度制御器を求める時に近似しているトルク制御ループの
伝達関数と全く同一である。この速度制御装置３０はト
ルク制御ループ１２を構成する半導体電力変換器をサイ
クロコンバータとし、電動機１を交流電動機とした場合
に好適な速度制御装置であって、このとき電動機１の出
力トルクとして出力トルク演算器３１での前記式（１
１）に基づく演算で得られた出力トルクのモデル値を、
負荷トルク推定器２２に入力するようにしている。
【００５１】ここで、電動機トルクの検出が困難な場合
とは、例えば電動機のリアクタンスが小さく、外付けの
リアクタンスがない場合のサイクロコンバータと同期電
動機を組み合わせた場合が考えられる。サイクロコンバ
ータは、入力電源をスイッチングして同期電動機への印
加電圧を作るが、リアクタンスが小さいと同期電動機電
流のリップル成分が大きくなる。その結果、電動機電流
から求めた電動機トルクに大きなリップルが生じる。リ
ップル成分の大きなトルク検出値を速度制御器に用いる
と、速度制御器の出力である電動機トルク指令値に大き
なノイズが生じることになり、実用的でなくなってしま
う。最悪の場合、サイクロコンバータに過電流が流れ、
重故障になる可能性がある。この出力トルク演算器３１
を用い、そして負荷トルク推定器２２の比例演算部２２
ａの比例ゲインと積分演算部２２ｂの積分時間とを上記
式に基づく値に選定することにより、速度調節器２２の
出力からトルク制御ループ１２の出力までの伝達関数の
応答を速くすることができ、その結果、電動機１の回転
速度の応答速度をより速くするべく、速度調節器２１の
積分演算部２１ａの積分時間と比例演算部２１ｂの比例
ゲインとを上記式に基づく値に選定できて、電動機１と
負荷３とを連結させる連結軸２の剛性が低い場合の軸ね
じり振動の発生を抑制することができる。図４は、この
発明の第３の実施例を示す電動機の速度制御装置のブロ
ック線図であり、図２に示したこの発明の第１の実施例
回路と同一機能を有するものには同一符号を付してい
る。すなわち図４において、この速度制御装置４０には
前述した第１の実施例回路における速度調節器２１に代
わる速度調節器４１と、負荷トルク推定器２２と、加算
演算器２３と、トルク制御ループ１２とを備えている。
とは、例えば電動機のリアクタンスが小さく、外付けの
リアクタンスがない場合のサイクロコンバータと同期電
動機を組み合わせた場合が考えられる。サイクロコンバ
ータは、入力電源をスイッチングして同期電動機への印
加電圧を作るが、リアクタンスが小さいと同期電動機電
流のリップル成分が大きくなる。その結果、電動機電流
から求めた電動機トルクに大きなリップルが生じる。リ
ップル成分の大きなトルク検出値を速度制御器に用いる
と、速度制御器の出力である電動機トルク指令値に大き
なノイズが生じることになり、実用的でなくなってしま
う。最悪の場合、サイクロコンバータに過電流が流れ、
重故障になる可能性がある。この出力トルク演算器３１
を用い、そして負荷トルク推定器２２の比例演算部２２
ａの比例ゲインと積分演算部２２ｂの積分時間とを上記
式に基づく値に選定することにより、速度調節器２２の
出力からトルク制御ループ１２の出力までの伝達関数の
応答を速くすることができ、その結果、電動機１の回転
速度の応答速度をより速くするべく、速度調節器２１の
積分演算部２１ａの積分時間と比例演算部２１ｂの比例
ゲインとを上記式に基づく値に選定できて、電動機１と
負荷３とを連結させる連結軸２の剛性が低い場合の軸ね
じり振動の発生を抑制することができる。図４は、この
発明の第３の実施例を示す電動機の速度制御装置のブロ
ック線図であり、図２に示したこの発明の第１の実施例
回路と同一機能を有するものには同一符号を付してい
る。すなわち図４において、この速度制御装置４０には
前述した第１の実施例回路における速度調節器２１に代
わる速度調節器４１と、負荷トルク推定器２２と、加算
演算器２３と、トルク制御ループ１２とを備えている。
【００５２】実施例１で述べられている速度調節器２１
はＩＰ調節器であるが、この速度調節器４１は、Ｐ調節
器である。このような置き換えを行った場合でも、良好
な結果が得られる。ただし、速度指令値をステップ状に
変化させる設定値応答と、負荷外乱トルクをステップ状
に変化させる外乱応答とで図８、９に示すように応答が
異なる。これらの図は、後述する実験例の構成および条
件でシミュレーションを行い求めた波形であり、図８
は、１０％のステップ速度指令値に対する設定値応答、
図９は１００％のステップ負荷外乱トルクに対する外乱
応答である。図８、９のグラフ（ａ）、（ｃ）は電動機
速度検出の時間変化を求めたもの、図８、９のグラフ
（ｂ）、（ｄ）は電動機トルク指令の時間変化を求めた
ものである。図８に示す設定値応答では、ＩＰ調節器と
負荷トルク推定器などの外乱オブザーバの組み合わせ結
果のグラフ（ａ）、（ｂ）では、振動もオーバーシュー
トも全く生じないが、Ｐ調節器と外乱オブザーバの組み
合わせ結果のグラフ（ｃ）、（ｄ）では、振動、オーバ
ーシュート共に若干発生している。
はＩＰ調節器であるが、この速度調節器４１は、Ｐ調節
器である。このような置き換えを行った場合でも、良好
な結果が得られる。ただし、速度指令値をステップ状に
変化させる設定値応答と、負荷外乱トルクをステップ状
に変化させる外乱応答とで図８、９に示すように応答が
異なる。これらの図は、後述する実験例の構成および条
件でシミュレーションを行い求めた波形であり、図８
は、１０％のステップ速度指令値に対する設定値応答、
図９は１００％のステップ負荷外乱トルクに対する外乱
応答である。図８、９のグラフ（ａ）、（ｃ）は電動機
速度検出の時間変化を求めたもの、図８、９のグラフ
（ｂ）、（ｄ）は電動機トルク指令の時間変化を求めた
ものである。図８に示す設定値応答では、ＩＰ調節器と
負荷トルク推定器などの外乱オブザーバの組み合わせ結
果のグラフ（ａ）、（ｂ）では、振動もオーバーシュー
トも全く生じないが、Ｐ調節器と外乱オブザーバの組み
合わせ結果のグラフ（ｃ）、（ｄ）では、振動、オーバ
ーシュート共に若干発生している。
【００５３】一方、図９に示す外乱応答では、ＩＰ調節
器と外乱オブザーバの組み合わせ結果のグラフ（ａ）、
（ｂ）の方が、Ｐ調節器と外乱オブザーバの組み合わせ
結果のグラフ（ｃ）、（ｄ）よりも速度検出値のオーバ
ーシュートが大きい。この場合、両者とも振動は同程度
生じている。
器と外乱オブザーバの組み合わせ結果のグラフ（ａ）、
（ｂ）の方が、Ｐ調節器と外乱オブザーバの組み合わせ
結果のグラフ（ｃ）、（ｄ）よりも速度検出値のオーバ
ーシュートが大きい。この場合、両者とも振動は同程度
生じている。
【００５４】実際に本制御器を使うときには、これらの
応答の違いに着目し、用途により望ましい応答の制御器
を選択すればよい。例えば、圧延機圧下の位置合わせや
ＮＣ工作機械の位置合わせなど電動機速度指令の変化に
対する電動機速度のオーバーシュートが望ましくない場
合には、ＩＰ調節器と外乱オブザーバの組み合わせを用
い、圧延機など外乱応答に対する電動機速度のオーバー
シュートが望ましくない場合は、Ｐ調節器と外乱オブザ
ーバの組み合わせを用いるとよい。
応答の違いに着目し、用途により望ましい応答の制御器
を選択すればよい。例えば、圧延機圧下の位置合わせや
ＮＣ工作機械の位置合わせなど電動機速度指令の変化に
対する電動機速度のオーバーシュートが望ましくない場
合には、ＩＰ調節器と外乱オブザーバの組み合わせを用
い、圧延機など外乱応答に対する電動機速度のオーバー
シュートが望ましくない場合は、Ｐ調節器と外乱オブザ
ーバの組み合わせを用いるとよい。
【００５５】以上述べたように、この速度調節器４１の
比例ゲインを、前述の速度調節器２１と同様に、上記式
に基づく値に選定することにより、電動機１と負荷３と
を連結させる連結軸２の剛性が低い場合の軸ねじり振動
の発生を抑制することができる。図５は、この発明の第
４の実施例を示す電動機の速度制御装置の回路構成図で
あり、図３に示したこの発明の第２の実施例回路と同一
機能を有するものには同一符号を付している。
比例ゲインを、前述の速度調節器２１と同様に、上記式
に基づく値に選定することにより、電動機１と負荷３と
を連結させる連結軸２の剛性が低い場合の軸ねじり振動
の発生を抑制することができる。図５は、この発明の第
４の実施例を示す電動機の速度制御装置の回路構成図で
あり、図３に示したこの発明の第２の実施例回路と同一
機能を有するものには同一符号を付している。
【００５６】すなわち図５において、この速度制御装置
５０には前述の第２の実施例回路の速度調節器２１に代
わる速度調節器４１と、負荷トルク推定器２２と、加算
演算器２３と、トルク制御ループ１２と、出力トルク演
算器３１とを備えている。この速度調節器４１の比例ゲ
インを、前述の速度調節器２１と同様に、上記式に基づ
く値に選定することにより、電動機１と負荷３とを連結
させる連結軸２の剛性が低い場合の軸ねじり振動の発生
を抑制することができる。
５０には前述の第２の実施例回路の速度調節器２１に代
わる速度調節器４１と、負荷トルク推定器２２と、加算
演算器２３と、トルク制御ループ１２と、出力トルク演
算器３１とを備えている。この速度調節器４１の比例ゲ
インを、前述の速度調節器２１と同様に、上記式に基づ
く値に選定することにより、電動機１と負荷３とを連結
させる連結軸２の剛性が低い場合の軸ねじり振動の発生
を抑制することができる。
【００５７】この発明によれば、直流電動機に給電する
サイリスタコンバータ、交流電動機に給電するサイクロ
コンバータを備えるトルク制御ループでは、周知の如
く、その応答速度は例えばＰＷＭインバータで給電され
る交流電動機におけるトルク制御ループにより遅くな
り、その結果、上述の軸ねじり振動が発生する恐れがあ
るのに対して、この発明の電動機の速度制御装置では従
来の速度制御装置に僅かな回路を付加することにより、
軸ねじり振動の発生を抑制することができる。
サイリスタコンバータ、交流電動機に給電するサイクロ
コンバータを備えるトルク制御ループでは、周知の如
く、その応答速度は例えばＰＷＭインバータで給電され
る交流電動機におけるトルク制御ループにより遅くな
り、その結果、上述の軸ねじり振動が発生する恐れがあ
るのに対して、この発明の電動機の速度制御装置では従
来の速度制御装置に僅かな回路を付加することにより、
軸ねじり振動の発生を抑制することができる。
【００５８】（実験例）実際に電動機、連結軸、負荷系
に対して本発明の速度制御装置を適用した結果を以下に
示す。直流電動機と、負荷が接続されている誘導電動機
を剛性の低い軸でつなぎ電動機−機械系を構成した。直
流電動機の慣性モーメントはGD2=0.92(kgm2)、定格出力
は22ｋＷのものを用いた。誘導電動機は慣性モーメント
GD2=0.35(kgm2)であり、定格出力は3.7ｋＷのものを用
いた。軸のバネ定数は46（kgm/rad）である。直流電動
機は、本制御器を組み込んだサイリスタレオナード装置
で駆動し、誘導電動機を負荷としＰＷＭインバータで駆
動した。実験機は、慣性比R=0.379、共振周波数13.5(H
z)、反共振周波数11.5Hz電動機慣性JM=0.35(s)であっ
た。トルク系は、ζT=0.7, nTωZ=118rad/s(nT=1.63)で
ある。
に対して本発明の速度制御装置を適用した結果を以下に
示す。直流電動機と、負荷が接続されている誘導電動機
を剛性の低い軸でつなぎ電動機−機械系を構成した。直
流電動機の慣性モーメントはGD2=0.92(kgm2)、定格出力
は22ｋＷのものを用いた。誘導電動機は慣性モーメント
GD2=0.35(kgm2)であり、定格出力は3.7ｋＷのものを用
いた。軸のバネ定数は46（kgm/rad）である。直流電動
機は、本制御器を組み込んだサイリスタレオナード装置
で駆動し、誘導電動機を負荷としＰＷＭインバータで駆
動した。実験機は、慣性比R=0.379、共振周波数13.5(H
z)、反共振周波数11.5Hz電動機慣性JM=0.35(s)であっ
た。トルク系は、ζT=0.7, nTωZ=118rad/s(nT=1.63)で
ある。
【００５９】このような制御対象に対し、速度制御器は
サンプリング5msのＩＰ調節器と外乱オブザーバで構成
した。速度制御器のパラメータはk=1.11,nD=3.49,ｎN=
0.2,ζN=0.8として、双一次変換により離散化した。な
お、k, nD,ｎNは、式（７）〜（９）を用いて求めた値k
=1.48,nD=5.55,ｎN=0.25を元にして優れた応答が得られ
るように調整したものである。
サンプリング5msのＩＰ調節器と外乱オブザーバで構成
した。速度制御器のパラメータはk=1.11,nD=3.49,ｎN=
0.2,ζN=0.8として、双一次変換により離散化した。な
お、k, nD,ｎNは、式（７）〜（９）を用いて求めた値k
=1.48,nD=5.55,ｎN=0.25を元にして優れた応答が得られ
るように調整したものである。
【００６０】負荷としてステップ状のトルクを加えたと
きの外乱応答の実験結果を図７に示す。本制御器と従来
のＩＰ調節器の応答で、電動機速度検出と電動機トルク
指令の時間波形を計測した。従来のＩＰ調節器は本制御
器から外乱オブザーバを削除したものである。結果は、
従来のＩＰ調節器は、グラフ（ｂ）で示すように13.5Hz
の持続振動が生じているのに対し、本制御器の場合には
グラフ（ａ）で示すように振動は全く生じていない。
きの外乱応答の実験結果を図７に示す。本制御器と従来
のＩＰ調節器の応答で、電動機速度検出と電動機トルク
指令の時間波形を計測した。従来のＩＰ調節器は本制御
器から外乱オブザーバを削除したものである。結果は、
従来のＩＰ調節器は、グラフ（ｂ）で示すように13.5Hz
の持続振動が生じているのに対し、本制御器の場合には
グラフ（ａ）で示すように振動は全く生じていない。
【００６１】同様に、慣性比Ｒ＝０．５３４、反共振角
周波数ωZ＝１２４〔ｒａｄ／ｓｅｃ〕の電動機、連結
軸、負荷系に対して、この発明の速度制御装置を適用し
た結果を図１０に示す。グラフ（ａ）はｎT＝2.8、ｎD
＝3.3、ｋ＝1.01の時、グラフ（ｂ）はｎT＝1.5、ｎD＝
2.5、ｋ＝1.09の時、グラフ（ｃ）はｎT＝1.0、ｎD＝2.
5、ｋ＝1.26の時のシミュレーション結果である。これ
らの結果からも明らかなように上記同様に軸ねじり振動
はまったく発生しなかった。
周波数ωZ＝１２４〔ｒａｄ／ｓｅｃ〕の電動機、連結
軸、負荷系に対して、この発明の速度制御装置を適用し
た結果を図１０に示す。グラフ（ａ）はｎT＝2.8、ｎD
＝3.3、ｋ＝1.01の時、グラフ（ｂ）はｎT＝1.5、ｎD＝
2.5、ｋ＝1.09の時、グラフ（ｃ）はｎT＝1.0、ｎD＝2.
5、ｋ＝1.26の時のシミュレーション結果である。これ
らの結果からも明らかなように上記同様に軸ねじり振動
はまったく発生しなかった。
【００６２】このように本発明の速度制御装置を使用す
ることにより、トルク制御系の応答遅れがある場合でも
軸ねじり振動を抑制することができる。
ることにより、トルク制御系の応答遅れがある場合でも
軸ねじり振動を抑制することができる。
【図１】この発明における電動機の速度制御装置の配置
図。
図。
【図２】この発明の第１の実施例を示す電動機の速度制
御装置のブロック線図。
御装置のブロック線図。
【図３】この発明の第２の実施例を示す電動機の速度制
御装置のブロック線図。
御装置のブロック線図。
【図４】この発明の第３の実施例を示す電動機の速度制
御装置のブロック線図。
御装置のブロック線図。
【図５】この発明の第４の実施例を示す電動機の速度制
御装置のブロック線図。
御装置のブロック線図。
【図６】従来例を示す電動機の速度制御装置の回路構成
図。
図。
【図７】本発明の実施例中において、本発明の速度制御
装置と従来の速度制御装置のそれぞれを用いた場合の比
較実験の結果を示すグラフ。
装置と従来の速度制御装置のそれぞれを用いた場合の比
較実験の結果を示すグラフ。
【図８】ＩＰ調節器とＰ調節器それぞれを用いて行った
設定値応答シミュレーションの結果を示すグラフ。
設定値応答シミュレーションの結果を示すグラフ。
【図９】ＩＰ調節器とＰ調節器それぞれを用いて行った
外乱応答シミュレーションの結果を示すグラフ。
外乱応答シミュレーションの結果を示すグラフ。
【図１０】本発明の別の実施例における実験結果を示す
グラフ。
グラフ。
１…電動機、２…連結軸、３…負荷、４…ＰＬＧ、１０
…速度制御装置、１１…速度調節器、１２…トルク制御
ループ、２０…速度制御装置、２１…速度調節器、２２
…負荷トルク推定器、２３…加算演算器、３０…速度制
御装置、３１…出力トルク演算器、４０…速度制御装
置、４１…速度調節器、５０…速度制御装置
…速度制御装置、１１…速度調節器、１２…トルク制御
ループ、２０…速度制御装置、２１…速度調節器、２２
…負荷トルク推定器、２３…加算演算器、３０…速度制
御装置、３１…出力トルク演算器、４０…速度制御装
置、４１…速度調節器、５０…速度制御装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０２Ｐ 7/282 Ｈ０２Ｐ 7/282 Ｂ 7/34 7/34 // Ｈ０２Ｋ 7/14 Ｈ０２Ｋ 7/14 Ｃ (72)発明者 西田 英幸 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式 会社内 (72)発明者 宮下 勉 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式 会社内
Claims (16)
- 【請求項１】 連結軸を介して負荷を駆動する電動機の
回転速度を制御する速度制御装置において、 外部から指令される速度指令値および回転速度の出力値
が入力される速度調節器がＩＰ要素からなり、前記ＩＰ
要素からなる速度調節器と外乱オブザーバを組み合わせ
たことを特徴とする電動機の速度制御装置。 - 【請求項２】 前記外乱オブザーバが、負荷トルク推定
器であり、トルク制御系の出力をフィードバックするこ
とを特徴とする、請求項１に記載の電動機の速度制御装
置。 - 【請求項３】 前記IP要素からなる速度調節器が、外部
から指令される速度指令値と電動機の回転速度の検出値
との偏差を積分演算し、この積分演算値から前記回転速
度の検出値を減算演算し、この減算演算値に比例した値
を出力する構成であることを特徴とする、請求項１，２
何れかに記載の電動機の速度制御装置。 - 【請求項４】 連結軸を介して負荷を駆動する電動機の
回転速度を制御する速度制御装置において、 外部から指令される速度指令値および回転速度の出力値
が入力される速度調節器と、 前記電動機の回転速度の検出値と該電動機の出力トルク
の検出値とから該電動機の負荷トルク推定値を演算する
負荷トルク推定器と、 前記速度調節器の出力値と前記負荷トルク推定値とを加
算演算した値のトルク指令値に基づいて前記電動機の出
力トルクを制御するトルク制御ループとを備えたことを
特徴とする電動機の速度制御装置。 - 【請求項５】 前記速度調節器がＩＰ要素またはＰ要素
からなることを特徴とする請求項４記載の電動機の速度
制御装置。 - 【請求項６】 連結軸を介して負荷を駆動する電動機の
回転速度を制御する速度制御装置において、 外部から指令される速度指令値および回転速度の出力値
が入力される速度調節器と、 前記電動機のトルク指令値から該電動機の出力トルクの
モデル値を演算する出力トルク演算器と、 前記電動機の回転速度の検出値と前記出力トルクのモデ
ル値とから該電動機の負荷トルク推定値を演算する負荷
トルク推定器と、 前記速度調節器の出力値と前記負荷トルク推定値とを加
算演算した値のトルク指令値に基づいて、前記電動機の
出力トルクを制御するトルク制御ループとを備えたこと
を特徴とする電動機の速度制御装置。 - 【請求項７】前記速度調節器がＩＰ要素またはＰ要素か
らなることを特徴とする請求項６記載の電動機の速度制
御装置。 - 【請求項８】前記速度調節器の積分演算部の積分時間を
1/aωZに基づく値とし、 前記速度調節器の比例演算部の比例ゲインをbＪMωZに
基づく値とし、 前記負荷トルク推定器の比例演算部の比例ゲインをｃJM
ωZに基づく値とし、 前記負荷トルク推定器の積分演算部の積分時間をｃJM/
ｄに基づく値としたことを特徴とする請求項４及至請求
項７いずれかに記載の電動機の速度制御装置。ここで、 JM：前記電動機の慣性モーメントに基づく時定数 KC：前記連結軸のバネ定数に基づく時定数 ＪL：前記負荷の慣性モーメントに基づく時定数 ωZ：前記KCとＪLに基づく反共振角周波数 ａ＝ｄｎN／（２ｄζN−ｎN） ｂ＝ｋｎN 2（２ｄζTｎT＋ｎT 2）／aｄｎT 2 ｃ＝ｋ（２ｄζTｎT＋ｎT 2）／ｎT 2−ｂ ｄ＝（ｎD 2−ｎT 2）／２ζTｎT をみたし、 k ：速度制御系のゲインに係わるパラメータ ζN：積分係数に係わるパラメータ ｎD：設定値応答の減衰特性に係わるパラメータ ｎN：高周波数領域の特性に係わるパラメータ ζT：トルク制御ループの減衰係数 ｎT：反共振角周波数ωZのトルク制御ループの固有角周
波数に対する係数 - 【請求項９】前記パラメータk,ｎD、ｎNは、R=ＪL/ＪMお
よびｎTで表される関数により概算値を求め、この概算
値を元に調整を行うことを特徴とする請求項８に記載の
電動機の速度制御装置。 - 【請求項１０】前記パラメータkの概算値は、 k=α+βR+γR/nT（α、β、γ：定数） の関数で表されることを特徴とする請求項９に記載の電
動機の速度制御装置。 - 【請求項１１】前記パラメータｎDの概算値は、 ｎD=δ+εR+ζ/nT（δ、ε、ζ：定数） の関数で表されることを特徴とする請求項９に記載の電
動機の速度制御装置。 - 【請求項１２】前記パラメータｎNの概算値は、 ｎN=η+θR+ι/nT（η、θ、ι：定数） の関数で表されることを特徴とする請求項９に記載の電
動機の速度制御装置。 - 【請求項１３】前記パラメータkの概算値は、 k=1.09+0.754R−0.465R/nT で求められることを特徴とする請求項９ないし１０に記
載の電動機の速度制御装置。 - 【請求項１４】前記パラメータｎDの概算値は、 ｎD=−3.50+8.70R+9.23/nT で求められることを特徴とする請求項９ないし１１に記
載の電動機の速度制御装置。 - 【請求項１５】前記パラメータｎNの概算値は、 ｎN=0.299−0.0247R−0.0693/nT で求められることを特徴とする請求項９ないし１２に記
載の電動機の速度制御装置。 - 【請求項１６】前記パラメータζNは、 ζN=0.800 程度とすることを特徴とする請求項９に記載の電動機の
速度制御装置。
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|---|---|---|---|---|
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1999
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