JPS60148392A - 電動機の回転制御装置 - Google Patents

電動機の回転制御装置

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JPS60148392A
JPS60148392A JP59003023A JP302384A JPS60148392A JP S60148392 A JPS60148392 A JP S60148392A JP 59003023 A JP59003023 A JP 59003023A JP 302384 A JP302384 A JP 302384A JP S60148392 A JPS60148392 A JP S60148392A
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electric motor
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Yoshio Sekiyama
喜郎 関山
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/16Controlling the angular speed of one shaft

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、回転機械を駆動する電動機の回転速度制御装
置に関する。特に、回転機械の共振角周波数の振動によ
る当該制御系への影響を考慮した制御装置に関するもの
である。
〔発明の背景〕
例えば、自動車のトランスミッション等の回転機械を試
験するため、原動機としてのエンジンに代えて電動機が
使われることが多い。しかし、このような態様に限らず
、一般に回転機械を負荷とする電動機の回転速度を制御
する場合、当該制御系には回転機械の振動の当該制御系
への影響を考慮していないのが普通である。もちろん、
回転機械にはその回転軸のバネ定数と慣性質量で定まる
固有の共振角周波数が必ず存在するわけであるが、一般
に制御系の固有角周波数よりも非常に高い領域にあるた
め、制御系と回転機緘系との間で励振現象が生じること
が少ないからである。しかし、上記自動車のトランスミ
ッション等の種々のギア比の組み合せが考えられる回転
機械においては条件によって低い周波数領域に共振角周
波数が現われる場合がある。
ここで、電動機と回転機械を連結した場合の振動系のモ
デルを第1図に示し、その制御ブロックを第2図に示す
。第1図において、電動機100は連結軸200を介し
て回転機械(負荷)300を回転駆動している。tは動
機100はトルクT&τ、慣性能率1.19回転数Ni
aにて回転し、連結軸200はバネ定数に、をもってお
り、慣性能率Is2の回転機械300を、駆動する系と
なっている。
第2図の制御ブロックにおいて伝達関数N M/ T 
Mは で表わされる。
ただし、CはJ駆動系の粘性摩擦係数である。次に、上
記(1)式から (1,l+1.2)8 を除いた部分を伝達関数の二次系の一般式で表わすと、 たlヒし、 となる。
ここに、ξム、ξBは減衰係数、ωい、ωBは共振時の
角周波数、Sはラプラス演算子である。
減衰係数ξ□、ξ勤は粘性摩擦係数Cによって定まり、
振動系の周波数特性を決定する上で重要な要素であ如、
共振時の倍率(ゲイン変化量)の最大値をM、とすると
、 で表わされる。第3図は振動系のボード線図で、ゲイン
曲線を示しており、囚は従来、■は後述する本発明の特
性である。第3図(2)からもわかるように、最大値M
、の値が大きい程、撮動系の励振が拡大するといいうる
。しかし、振動系において、特に、粘性摩擦係数Cを理
論的にめることは非常に困難であるため、最大値Mpを
予め正確にめることは不可能であり、したがって振動系
の安定定数をめることは極めて困難である。なお、第3
図において、ωCは折点周波数、Gはゲインを示してい
る。
さて、このような励振現象を防止する方法として従来で
は次の方法が知られている。
(1) 亀I!JJm制御系の固有角周波数を下げる方
法(2)電動機制御系に回転機械系の共振角周波数を打
消すような補償要素を組込む方法 これらのいずれも電動機制御系と回転機械系の両方を含
めて考えた系(以下、総合駆動系)での全体の周波数応
答について共振倍率を考照し、その共振倍率の最大値M
pが[0JdB以下となるようにして励振現象を防止す
るものである。ところが、上記(1)の方法によれば、
固有角周波数を下げるためKはゲイン変化量によってゲ
イン自体を下げる必要があり、このゲインを下げること
は電動機制御系の連応性を下げることを意味することと
なる。また、上記(2)の方法の場合は補償要素を挿入
するため電動機制御系の安定性を悪くするという欠点が
ある。しかも、これらの方法は解決したい共振角周波数
領域だけでなく、電動機制御系の可変制御域全体に影響
を及ぼすものであり、一部の速度や回転数においてのみ
生じる共振現象であるにも拘らず全体の制御性能を低下
妊せてしまりという問題がある。さらに根本的な問題と
して、先にも述べたように、振動系の安定係数を理論的
にめることが極めて困難であるという問題がある。
振動系の共振角周波数をめる場合には、実際の機械につ
いてそれぞれ個別的に試験をしなければならない。この
ようなことは現実には難しいととであり、またきわめて
不経済な方法である。
〔発明の目的〕
そこで、本発明は電動機のトルク゛またはトルクに関係
する諸量を検出することによって比較的簡単な構成で尚
該制御系の制御性能の低下を必要最小限に抑制しつつ安
定な特性を確保しうる回転制御装置を提供することを目
的とする。
〔発明の概要〕
上記目的を達成するために、本発明による回転駆動制御
装置は、電動機のトルクの変動から回転機械の共振角周
波数に対応する振動成分を抽出し、その振動成分の周波
数を検出するとともに、前記撮動成分の振幅を検出し、
検出された周波数に基づいて共振角周波数の存在の有無
を判別し、かつその振幅の大きさに応じて+Li1l 
ML4I装置ぼの一巡伝達関数のゲインを減少させるよ
うにした点に特徴を有する。
〔発明の実施例〕
次に、本発明による電動機の回転制御装置の一実施例を
図面に基づいて説明する。
概要 まず、概要を説明する。電動機制御同系と回転機械系と
が連結された総合1節動系において、共振角周波数に基
づく励振現象が生じるのは総合、駆動系の総合周波数応
答においてその共振倍率の最大値M、がrOJdBを越
える場合である(第3図(5)参照)。この現象はとの
共振角周波数が電動機制御系の固有角周波数に近ければ
近い程生じ易い。
そこで、本発明は、電動機100(第1図)のトルクの
変動(振動成分)からf4すられるトルクの共振現象を
その周波数から咽出し、かつその変動量(振幅)を検出
して共振時の共振倍率を「0」dll以下に抑制するよ
うに電動機1ffll filll系にフィードバック
して補償しようとするものである。
すなわち、第3図(ロ)に示すように、共振角周波数ω
Bにおけるゲインのピーク値がrOJdl)以下になる
ように制御系の一巡伝達関数のゲインを「G′」だけ下
げるべく制御するものである。ただし、この場合、制御
系の角周波数はωC(第3図(4))からωc′(第3
図■)に低下することとなる。
詳細 第1図に、本発明に係る回転制御装置を含む総合駆動系
の制御ブロックを示す。なお、この制御ブロックは、′
電動機として直流電動機を用い、またトルクの変動とし
て小ルクに関係する諸量としての直流電動機の駆動電流
(より詳細には電機子電流)の変動を検出するようにし
たものである。
しかし、これは電動機として誘導機や同期機の使用を妨
げるものではなく、また駆動電流ではなく直接゛または
間接にトルクをめて本発明を適用することは充分可能で
ある。
第1図において、総合駆動系は大別して電動機制御系と
回転機械系に大別され、電動機制御系はさらに電流制御
系と速度制御系に大別される。この電流制御系と速度制
御系の間に、破線で囲まれたフィードバック補正回路を
挿入したのが本発明に対応する部分である。
速度制御系 加算要素1には速度基準値N9および回転数ωが速度帰
還要素2を介して与えられ、その偏差値が速度制御要素
3に入力される。速度制御要素3は入力された速度偏差
値に基づいて速度を一定に制御する。
電流制御系 電流制御系は、電動機定数要素4、電動機トルク係数要
素5,6、機械系慣性能率要素7よりなる駆動系に対し
、駆動電流■1を一定に制御すべく電流制御要素8に対
して電流帰還要素9を介してフィードバックをかけ、)
JD算要素10に加えている。電流制御要素2の出力V
は電動機の端子に与えられる電圧に相当し、駆動社源と
なるものである。また、電動機トルク係数要素6の出力
E’wは電動機の逆起電圧である。
以上が電動機100に対する制御系の構成であるが、は
動機定数要素4の出力点から、駆動電流1、が検出され
、破線で囲まれる補償回路を介して速度制御要素3と電
流制御要素80間に挿入されたゲイン演算回路11に補
正係数信号kをフィードバックするようになっている。
すなわち、駆動電流(工、)の検出信号が電流周波数選
択要素12に入力される。この電流周波数選択要素12
はローパスフィルタであり、駆1AjJ電流1.に含ま
れる回転機械系の共振角周波数のみを選択的に取出すだ
めのもので、駆動電流工、に含まれる電源リップルを除
去するだめのものである。電流周波数選択要素12によ
り取出された出力信号fは回転機械系の共振に対応する
共振周波数成分を含む信号であり、周波数カウンタ13
と電流変化量検出要素14にそれぞれ入力される。
周波数カウンタ13は一定のサンプリング時間mの間だ
け入力された信号fの撮動成分の周波数をカウントして
信号fの周波数が一定の周期をもつか否かを判別する。
つまり、信号fに含まれる振動成分が共振によるものか
否かを正確に判断するために一定すンプリング時間mの
間のカウント動作を複数回行ない、全回数ともに一致す
る周波数である場合に、共振角周波数であると判定する
ものである。判定の結果、共振角周波数は信号gとして
割算器15に出力される。
一方、電流変化量検出要素14は信号fが含む振動成分
の振幅を検出するだめのもので、その振幅の大きさに応
じて後述するゲイン調整を決定するために検出するもの
である。この電流変化量検出要素14は信号fの周波数
の振動成分の最大値と最小値を演算し、それらの差(′
−またけ平均値)の信号h (以下、振幅値f信号)を
得る。
このようにして得られた共振周波数信号gと振幅値信号
りは割算器15において 、h l α − の関係式による演算に供され、割算器15からはその出
力信号iが出力される。この演譜−は、出力1n号iが
共振周波数信号gに逆比例するようにするだめのもので
ある。というのは、もし共振周波数が高いものであれば
、共振倍率の最大値M、が第3図■のようにrOJdB
を越えることがなく、したがって不必要にゲインを下げ
て連応性を犠牲にする必要性がないからである。後述の
説明から明らかとなるが、共振周波数信号gが大きい(
周波数が高b)と補正係gkは大となシ、したがってゲ
インbは大となる。もつとも、速度制御系のもともとの
ゲイン以上にはならない。k≦1だからである。
さて、割算器14の出力信号iは機能停止要素、 16
に出力される・。この機能停止要素16はいわばゲート
作用をなすものであり、補償動作の信頼性を確保するた
めのものである。すなわち、電動機の駆7J電流工、に
は電源リップルの他に速度基準信号N、が速製調整のた
めに与える変動分も含まれているので、この変動による
リップルによって誤動作することを防止するものである
。そのために、速度基準信号N、が微分要素エフにより
微分され、その微分出力Cが比較判定要素18に入力さ
れる。比較判定要素18では予め定められた判定基準t
と微分出力Cとを比較し、C>tのとき出力阻止信号d
を出力する。この出力阻止信号dにより機能停止要素1
6は出力信号iの通過を阻止し、したがって出力j(i
に比例する)がな込ので補正係数信号はに=1であり、
補正は行なわれない。しかし、’C<2の場合にけ出力
16号jが出力され、加算要素19において k = e −j の演算が行われ、補正係数信号kがゲイン演算要素11
に与えられる。上式において、eは初期値設定回路20
から出力される龜号で、その値はalnである。e=1
とする理由は、ゲイン演算回路11においてb=aXk
のf寅算を行うため、機能停止要素16から信号jが出
力されない場合にに=0となって、電流制御器要素8へ
のケインbがOになることを防止するためである。
このようにして得られた補正信号kにより、ゲイン演算
要素11において速度flilJa系の一巡伝達関数の
ゲインbが補正され、第3図(ロ)に示すように最大値
M、がOdB以下となるように低くされる。
以上、要約すれば、総合駆動系に共振現象が生じるとそ
の共振による振動成分が電動機の駆動電流1.に現われ
、その周波数と振幅により補正係数kがめられ、振幅に
応じた補正係数kによりてゲインbが自動的に下げられ
る。そして、駆動電流■、の振動成分の周期が長い(共
振周波数が低い)程、またその振幅が大きい程、速度制
御系の一巡伝達関数のゲインbはより減少することとな
る。このように、共振が生じたときのみその周波数と振
幅に応じたゲインの減少が行なわれ、通常時にはゲイン
をドげることがないので、・不必要にケインを低下させ
て制御性能を悪化させることがなく、安定した制御が可
能となる。また、従来のように実機によシー々確認する
必要がなく、手間ならびに費用の節減が可能となり、経
済的な制御が可能となる。
〔発明の効果〕
以上述べた如く、本発明によれば、−動機のトルクまた
はトルクに関係する諸量を検出することによシ、制御系
の制御性能の低下を必要最少限に抑制しつつ安定な特性
を確保しうる回転制御装置。を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は電動機と回転機械を連結した場合の振動系のモ
デルを示す説明図、第2図は第1図の振動系のモデルの
制御ブロックを示すブロック図、第3図(4)は従来の
制御系の周波数応答を示すボード線図、(旬は本発明に
よる回転118す御装置の周波数応答を示すボード線図
、第4図は本蝿明による回転制御装置の一実施例を示す
制御ブロック図である。 100・・・直流電動機、200・・・連結軸、300
・・・回転機械、11・・・ゲイン演算要素、12・・
・電流周波数選択要素、13・・・周波数カウンタ、1
4・・・電流変化量検出要素4Ia・・・r’J’−動
■、流、b・・・ゲイン、g・・・共振周波数信号、h
・・・振幅値信号、k・・・補正係数信号。 代理人 弁理士 鵜沼辰之 も10 佑30

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、回転機械を負荷とする電動機の回転制御装置におい
    て、前記電動機のトルクまたはトルクに関係する諸量の
    変動から前記回転機械の共振角周波数に対応する振動成
    分の周波数を検出する周波数検出要素と、前記振動成分
    の振幅を検出する振幅検出要素と、検出された前記周波
    数および振幅に基づいて前記回転制御装置の一巡伝達関
    数のゲインを減少させるゲイン演算要素と、を備えたこ
    とを特徴とする電動機の回転制御装置。 2、特許請求の範囲第1項記載の装置において、電動機
    のトルクに関係する諸量は、電動機l駆動電流であるこ
    とを特徴とする電動機の回転制御装置。
JP59003023A 1984-01-11 1984-01-11 電動機の回転制御装置 Granted JPS60148392A (ja)

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JP59003023A JPS60148392A (ja) 1984-01-11 1984-01-11 電動機の回転制御装置

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JP59003023A JPS60148392A (ja) 1984-01-11 1984-01-11 電動機の回転制御装置

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JPS60148392A true JPS60148392A (ja) 1985-08-05
JPH0219711B2 JPH0219711B2 (ja) 1990-05-02

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62100194A (ja) * 1985-10-25 1987-05-09 Fanuc Ltd サ−ボモ−タにおけるトルク制御方式
JPS62207187A (ja) * 1986-03-05 1987-09-11 Yaskawa Electric Mfg Co Ltd サ−ボモ−タの駆動方式
JPH0486601U (ja) * 1990-12-03 1992-07-28
JP5140158B2 (ja) * 2008-07-30 2013-02-06 三菱電機株式会社 電動式パワーステアリング制御装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5755780A (en) * 1980-09-22 1982-04-02 Toshiba Corp Motor control device

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