JPS60254201A - 制御装置 - Google Patents

制御装置

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JPS60254201A
JPS60254201A JP59110264A JP11026484A JPS60254201A JP S60254201 A JPS60254201 A JP S60254201A JP 59110264 A JP59110264 A JP 59110264A JP 11026484 A JP11026484 A JP 11026484A JP S60254201 A JPS60254201 A JP S60254201A
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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】 ［発明の技術分野］ 本発明は外乱応答を改善した制御装置に関する。
［発明の技術的背串とその“問題点］ 操作量指令値に応じて制御対象を操作する操作機構と、
制御対象の制御量を検出する検出器と、この検出器の出
力である制御量検出値と、制御量指令値とを入力して前
記操作量指令値を出力する制御演算部とを備えた制御装
置としては、例えば電力変換器を用いた電動機の速度制
御装置がある。
以下、制御対象として、電動機を用いた速度制御ｌｌ装
置を例として本発明を説明する。
一般に、電動機の速度制御装置では電動機に結合された
速度検出器を備え、速度゛指令値と速度検出値を比較し
て電力変換器の電流を制御するフィ−ドパツク制御が行
なわれる。
第１図に直流電動機の速度をフィードバック制御する速
度制御装置の基本的な構成を示す。図において、１は速
度制御増幅器、２は電力変換器、３及び４は直流電動機
の電機子及び界磁、５は速度検出器、６は負荷である。
直流電動機の界磁４の励ｔｎ回路については省略しであ
る。電力変換器２は制御整流器やチョッパなどで構成さ
れ、出力電流Ｉを制御する電流制御回路を含み、電流指
令値に対して出力電流が追従して制御される電流増幅器
としてみなせるものとして示した。速度指令値ｎ′と速
度検出値ｎが速度制御増幅器１に入力されて電動機に要
望されるトルク値としてのトルク指令値Ｔ′が出力され
る。直流電動機の場合、電動機のトルクと電機子電流は
比例関係にあるので電力変換器２に電流指令値としてト
ルク指令値Ｔ０が入力される。これにより電力変換器２
は電動機の電機子３に電流Ｉを流し、電動機はトルク指
令値Ｔ′に比例したトルクを発生し、速度が変化する。
この速度ｎが速度検出器５により検出され速度制御増幅
器１にフィードバックされる。
速度−ｍ装置の特性として重要なことは速度指令値変化
に対して速やかに、また正確に電動機速度が追従するこ
と、および負荷が変動した場合の速度変化が少なく速や
かにもとの速度に回復することである。前者を指令値応
答、後者を外乱応答と呼ぶ。これらの特性を決める重要
な構成要素が速度制御増幅器である。
従来の速度制御増幅器はいわゆる制御増幅器と一般に呼
ばれる第２図に示す比例制御増幅器、第３図に示す比例
積分制御増幅器、第４図に示すアンチオーバシュート補
償付比例積分制御増幅器などが用いられる。第２図、第
３図、第４図において、８は加減算器、９は比例増幅器
、１０は比例積分増幅器、１１はアンチオーバシュート
補償器であり、これらにより制御増幅器７が構成される
。
ブロック中の式は伝達関数を示すもので、Ｋ！。
Ｋ２　、に３　、に４は係数、Ｓはラプラス演算子であ
る。
第２図の比例制御増幅器はトルク指令値Ｔ″が零以外の
時は速度指令値ｎＨと速度検出値ｎとの間に差がなけれ
ばならず、負荷が加わっている場合には定常的に速度偏
差を生ずる。
第３図の比例積分制御増幅器はこれを改良するために積
分要素を追加したもので、速度偏差が生じた場合にこの
偏差分が積分されてトルク指令を変化させるため負荷が
加わっても定常速度偏差は生じない。しかし速度指令値
が変化した場合、速度応答の遅れによる過渡的な速度偏
差分に対しても積分が行なわれるため、速度が速度指令
値に対して一旦行きすぎるオーバシュートを生ずる。
第４図のアンチオーバシュート補償付比例積分制御増幅
器はさらにこのオーバシュートを改良するためにフィー
ドバック信号に微分要素を含むアンチオーバシュート補
償器１１を追加したものである。このアンチオーバシュ
ート補償付比例積分制御増幅器は速度制御増幅器として
比較的良好な特性を持つので多く使用されている。
この他種々の制御増幅器が目的により使用されている。
しかしながらこれらの制御増幅器は指令５− 値応答を重点において設計されており、一般的に外乱応
答は指令値応答に比べて遅い応答となっている。第５図
にアンチオーバシュート補償付比例積分制御増幅器を速
度制御増幅器として使用した場合の指令値応答と外乱応
答の例を示した。時刻０．０秒にて速度指令がＯから１
に変化し、時刻０．５秒おいて一定負荷が加わった時の
応答で、横軸は時間（秒）、縦軸は回転数ｎである。指
令値応答時間が約０．１秒に対して外乱応答時間が約０
．３秒程度かかり応答時間の比は約３である。
電動機の速度制御装置は例えば鉄を圧延する圧延機を駆
動するために使用され、このような用途では圧延機を鉄
が通過する時に急激な負荷が加わることになり、外乱応
答特性がすぐれていないと結果として圧延した鉄の板厚
に変動をきたすことになり、指令値応答よりもむしろ外
乱応答がすぐれていることが重要視される。
［発明の目的］ 本発明の目的は上記事情に鑑みなされたもので、外乱応
答を改善するに当り、特に指令値応答を重６一 点において設計された制御増幅器と組合せることにより
その指令値応答を変えることなく外乱応答を改善出来る
制御装置を提供することにある。
［発明の概要］ 本発明は、この目的を達成するために操作量指令値に応
じて制御対象を操作する操作機構と、制御対象の制御量
を検出する検出器と、該検出器の出力である制ｔ［ＩＩ
検出値と制御Ｉ量指令値とを入力して操作量指令値を出
力する制御演算部とを備えた制御装置において、制御演
算部が、前記制御量検出値を任意の伝達関数ＧＸ（ｓ）
を介して得られる値と、制御ｉＩ量検出値と制御量指令
値とを入力とする制御増幅器の出力に操作量指令値から
前記制御ｌ量検出値までの伝達関数ＧＬ（Ｓ）を模擬し
た伝達関数ＧＬＨ（Ｓ）と前記伝達関数ＧＸ（ｓ）の積
の伝達関数Ｑｘ（ｓ）・ＧＬＨ（Ｓ）に１を加えた伝達
関数（１＋ＧＸ　（ｓ　）　・ＧＬＨ（ｓ　））を介し
て１ｑられる値との差を前記操作量指令値として出力す
るようにしたものである。
７− ［発明の実施例］ 第６図に本発明の原理的なブロック図を示す。
図において、７は従来から用いられている制御増幅器、
１２は本発明により追加されたブロック群で、１５．１
６は加減算器、１３．１４．１７はそれぞれブロック内
に示された伝達関数を有するブロック図である。１８は
変換器、電動機、負荷部分を示すブロック群で１９はト
ルク指令値Ｔ’から電動機の発生トルクＴまでの伝達関
数を示すブロック、２ｏは加算点でここに負荷トルクＴ
Ｌが加わることになる。２１は電動機と負荷の慣性の和
により決まるブロックで、Ｊ　＋、を慣性、Ｓはラプラ
ス演算子である。
ブロック群１８の１〜ルク指令値Ｔ’から速度ｎまでの
伝達関数をＧ−（ｓ）とするとＧＬ（Ｓ）は（１）式で
示される。
ＧＬ　（Ｓ　）＝ＧＴＲＱ　（ｓ　）　・１／Ｊｓ　−
ｆｌ）従来例ではブロック群１２がないのでトルク指令
値Ｔ′は制御増幅器７の出力ＴＡと等しく、ＧＬ（Ｓ）
は従来例における制御増幅器７の出力ｅ’＜”　ｓ− から速度ｎまでの伝達関数でもある。
次に伝達関数Ｇｘ　（ｓ’）で示されるブロック１７を
加えた場合の加減算器１６の入力Ｂから速度ｎまでの伝
達関数ｎ（ｓ）／Ｂ（ｓ）は（２）式で示される。
次に制御増幅器７の出力Ｔ’Ａから上記Ｂまでの伝達関
数Ｂ　（ｓ　）　／′ＴＡ　（Ｓ　）は（３）式で示さ
れる。
ただしブロック１４はブロック１７と同一の伝達関数Ｇ
Ｘ（ｓ）であり、ブロック１３の伝達関数はＧＬＨ（Ｓ
）である。
Ｂ（Ｓ〆ＴＡ（ｓ）＝１＋Ｇｘ（８）・ＧＬ　Ｈ（８）
　（３）′　よって制御増幅器７の出力ＴＡから速度ｎ
までの伝達関数ｎ　（ｓ　）　／ＴＡ　（’ｓ’）は（
４）式となる。
ｎ（８＞／′ＴＡ（Ｓ）：（ｎ（Ｓ）／Ｂ（Ｓ））ｘ（
Ｂ（ＳＹ／ＴＡ（ｓ））ここでブロック１３の伝達間数
ＧＬＨ（Ｓ）をＧＬ（Ｓ）に等しく選べば（４）式は（
５）式となる９− ｎ　（ｓ　）　／ＴＡ（ｓ　）　＝ＧＬ　（ｓ　＞　−
（５１したがってブロック１３の伝達関数ＧＬＨ（Ｓ）
をトルク指令値Ｔ′から速度ｎまでの伝達関数ＧＬ（Ｓ
）に合わせれば本発明によるブロック群１２を付加して
も制御増幅器出力ＴＡから速度ｎまでの伝達関数は従来
例と変わることなく、指令値応答に関しては変化を生じ
ない。
ここで、負荷ＴＬ（Ｓ）が加わった場合の速度の応答ｎ
　ＬＮ＋ｉ、ｗ（ｓ）　をめる。制御増幅器７のフィー
ドバック入力である速度検出値ｎから出力であるＴＡま
での伝達関数をＧｓｐ（ｓ）とすればｎ　ＬＮｇｗ（ｓ
）　は（６）式となる。
従来例の場合の速度応答ｎＬｏＬｏ　（ｓ）は（６）式
においてＧＸ（ｓ）＝Ｏとすればめられ（７）式となる
。
１− １０− したがって本発明における外乱応答は従来例に比べて（
８）式だけ変化する ’　十ＧＸ（Ｓ）・ＧＬ（８）　（８）よってＧＸ（ｓ
）を適当に選定すれば外乱応答を改善することができ、
指令値応答には影響を与えない。ＧＸ（ｓ）は基本的に
任意に選ぶことができるが（８）式で示される伝達関数
が不安定または振動的な要素を持たない範囲で選定する
必要がある。
第７図に本発明の具体的な実施例を示す。この実施例は
良好な外乱応答の改善効果が得られ調整も容易な例であ
る。ブロック群２２が本発明のために追加された部分で
ある。２３．２４．２５は加減算器、１３は前述したも
のと同一のトルク指令値Ｔ″から速度ｎまでの伝達関数
ＧＬ（Ｓ）を模擬した伝達関数ＧＬＨ（Ｓ）を有する模
擬伝達関数ブロック、２６．２７は係数ブロックで入力
をブロック内に示した係数（ＧＬ　ａ　、　ＧＬ　Ａ）
倍するブロックである。
係数ブロック２６との出力である信号りが係数ブロック
２７によりＧＬＡ倍された信号と制御増幅器７の出力Ｔ
Ａとが退域算器２３で減算されて信号Ｃとなる。信号Ｃ
は模擬伝達関数ブロック１３に入力され、その出力と速
度検出値ｎとが加減算器２５で減算される。退域算器２
５の出力が係数ブロック２６によりＧＬＣ倍されて信号
りとなる。−力信号Ｃは退域算器２４にも信号りととも
に入力され、それぞれが加算された信号がトルク指令値
Ｔ′となる。
一般にブロック１９で示したトルク指令値Ｔ０から電動
機の発生Ｉ・ルクＴまでの伝達関数ＧＴＲＱ（Ｓ）は−
次遅れ伝達関数で近似でき、ブロック２１で示した慣性
Ｊにより決まる伝達関数１７／Ｊｓは積分を意味するの
で、模擬伝達関数ブロック１３の伝達関数ＧＬＨ（Ｓ）
を実現するには一次遅れ回路（低域通過形フィルタと等
価）と積分器を用いれば良い。
以上述べた構成を第６図の原理的なブロック図へ変形を
行なうとＧＸ（ｓ）は０式となる係数ＧＬＡを零とすれ
ばＧＸ（ｓ）は単なる係数ＧＬＣとなり本発明のもつと
も簡単な構成となる。
以上の構成による効果を実験結果により示す。
第８図は係数ＧＬＡを零として係数ＧＬＡを変化させた
場合の応答の比較である。時刻０００秒にて速度指令値
がＯから１に変化し、時刻０．５秒にて一定負荷が加わ
った時の応答である。図において横軸は時間（秒）で縦
軸は速度ｎである。
第８図（ａ）は係数ＧＬＣ＝Ｏ１すなわち従来例におけ
る応答で第５図と同一である。第８図（ｂ）は係数ＧＬ
Ｃを最適値と思われる値に設定した場合である。第８図
（Ｃ）は最適値より大きく設定した場合で振動現象が現
われていることから不適切な設定であることがわかる。
第９図は係数ＧＬＣを第８図（ｂ）における最適値と思
われる値に設定し、係数ＧＬＡを変化させた場合の応答
の比較である。第９図（ａ）は比１３− 較のため第８図（ｂ）と同一のＧ、Ａ＝Ｏの場合をふた
たび示した。第９図（ｂ　）は係数ＧＬＣおよび係数Ｇ
ＬＡとも最適値と思われる値に設定した場合である。第
９図（Ｃ）は係数ＧＬＡを最適値よりも大きく設定した
場合である。
調整としては実験結果で示したように係数ＧＬＡを零と
して係数ＧＬＣを振動現象があられれる手前まで増加さ
せる。これにより外乱応答時の速度低下は少なくなるが
速度が回復するときにオーバーシュートを生ずるので次
に係数ＧＬＡをオーバーシュートがなくなるまで増加さ
せることにより簡単に行なえる。
第８図（ａ　）の従来例の応答と第９図（ｂ）の本発明
による場合の応答を比較すると、指令値応答はほとんど
変化せずに外乱応答のみが改善されている。外乱応答時
の速度低下は７０％に減少し、速度が回復するまでの応
答時間は３０％に短縮され、指令値応答時間と外乱応答
時間の比はほぼ１であり、その改善効果は極めて大きい
。
本発明の効果は上記の他、負荷の慣性が変化し１４− た場合の指令値応答の変化を少なくする効果もある。例
えば慣性が増加した場合、加速するのにより大きなトル
クを必要とするが、このトルクの増加分に対して負荷ト
ルクが加わった場合と同様に動作して応答の変化を抑制
することができる。またこのことは本発明に必要な模擬
伝達関数ブロックの伝達関数が実際値と多少異なっても
本発明の効果が発揮できることを意味し、模擬伝達関数
に厳密さが要求されず実施が容易である。
また電動機と負荷との間で共振系を構成するような場合
でも、共振によるトルク変動を負荷トルク変動として抑
制することが可能である。エレベータのように巻上用の
電動機と負荷である客室との間に巻上用のロープが介在
して共振系を構成するために乗りごこちを悪化させてい
る対策としても非常に有効である。
なお以上の説明は直流電動機を一定の界磁で制御する場
合について行なったが、界磁を可変する場合、トルク指
令値変換器の電流指令との間に界磁変化に対応した可変
係数ブロックを追加したり、また交流電動機を制御する
場合、トルク指令値から交流電流指令値を演綽するブロ
ック群を追加しても同様に実施出来る。更に本発明は制
御対象として、電動機を用いた速度制御装置のみに限定
されるものではない。
［発明の効果コ 以上述べたように本発明によれば、従来の制御装置に簡
単なブロックを追加することにより、指令値応答を変化
させることなく外乱応答を改善でき、制御対象の定数の
変化や共（辰による影響に対しても抑制効果があり、種
々の条件変化に対して良好な制御特性を得ることが出来
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は速度制御装置の基本的な構成を示すブロック図
、第２図、第３図、第４図は速度制御増幅器として従来
から使用されている制御増幅器のブロック図、第５図は
従来の速度制御装置の応答を示す図、第６図は本発明の
原理を示すブロック図、第７図は本発明による速度制御
装置の一実施例を示すブロック図、第８図、第９図、は
本発明の詳細な説明するための応答特性図である。 １悲一度制御増幅器、２：電力変換器、３：直流電束−
電機子、４：直流電動機界磁、５：速度検出器、６：負
荷、７：制御増幅器、８．１５゜１６．２３，２４．２
５：加減篩器、２０：加算点、９．１０．１１．１３，
１４．１７．１９゜２１．２６，２７：伝達関数ブロッ
ク。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 １７−

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）操作量指令値に応じて制御対象を操作する操作機
    構と、前記制御対象の制御量を検出する検出器と、前記
    検出器の出力である制御量検出値と制御量指令値とを入
    力して前記操作量指令値を出力する制御演算部とを備え
    た制御装置において、前記制御演算部が、前記制御量検
    出値を任意の伝達間数ＧＸ（ｓ）を介して得られる値Ａ
    と、前記制御量検出値と前記制御量指令値とを入力とす
    る制御増幅器の出力に前記操作量指令値から前記制御量
    検出値までの伝達関数ＧＬ（Ｓ）を模擬した伝達関数Ｇ
    ＬＨ（Ｓ）と前記伝達関数Ｑｘ（５）の積の伝達関数Ｇ
    Ｘ（ｓ）・ＧＬＨ（５）に１を加エタ伝達関数（１＋Ｇ
    ｘ　（ｓ）・ＧＬＨ（ｓ））を介して得られる値Ｂとの
    差（Ｂ−Ａ）を前記操作量指令値として出力する。よう
    にしたことを特徴とする制御装置。
  2. （２）前記伝達関数ＧＸ（ｓ）が、ＧＬＡ、ＧＬＣであ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の制御装
    置。
JP59110264A 1984-05-30 1984-05-30 制御装置 Granted JPS60254201A (ja)

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JP59110264A JPS60254201A (ja) 1984-05-30 1984-05-30 制御装置
DE8585303452T DE3581001D1 (de) 1984-05-30 1985-05-16 Regelsystem.
EP85303452A EP0163456B1 (en) 1984-05-30 1985-05-16 Control system
AU43067/85A AU563255B2 (en) 1984-05-30 1985-05-28 Control system
US06/739,063 US4675584A (en) 1984-05-30 1985-05-29 Control system
KR1019850003765A KR900001791B1 (ko) 1984-05-30 1985-05-30 제어시스템

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JP59110264A JPS60254201A (ja) 1984-05-30 1984-05-30 制御装置

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Publication Number Publication Date
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JPH0330161B2 JPH0330161B2 (ja) 1991-04-26

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Country Link
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