JPS6118437B2 - - Google Patents

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JPS6118437B2
JPS6118437B2 JP51059147A JP5914776A JPS6118437B2 JP S6118437 B2 JPS6118437 B2 JP S6118437B2 JP 51059147 A JP51059147 A JP 51059147A JP 5914776 A JP5914776 A JP 5914776A JP S6118437 B2 JPS6118437 B2 JP S6118437B2
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JP
Japan
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electric motor
motor
control device
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frequency
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JP51059147A
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English (en)
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JPS52142219A (en
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Shinya Tanifuji
Yasuo Morooka
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
本発明は圧延機用電動機の制御装置に関し、特
に電流リツプルまたはトルクリツプルが生じる圧
延機用電動機の制御に好適な圧延機用電動機の制
御装置に関する。 従来、圧延機駆動用の電動機として、サイリス
タ−レオナード形の直流電動機が広く使用されて
いる。第1図aはこのような電動機の主回路図の
典形的例であり、直流電動機1、サイリスタ2お
よび直流リアクトル3が示されている。第1図a
には制御回路が示されていないが、電動機1の電
機子に加えられる直流電流は、サイリスタ2によ
つて構成されるインバータで整流、制御される。
第1図bはこのインバータによつて発生される電
圧の脈動を含んだ電圧を示している。第1図bに
示されるインバータ出力電圧に含まれる最低次の
周波数成分(基本波成分)は電源周波数の6倍の
周波数を有している。電動機1の電流の脈動率は
直流リアクトル3によつて大巾に低減することが
できるが、低負荷、低速度運転の場合には無視で
きない大きさとなり、後で詳細に説明するように
種々の影響を及ぼす。 また、近年保守の簡便さから、サイリスタ電動
機が圧延機用電動機として採用されている。しか
し、電流またはトルクのリツプルは従来の直流電
動機よりも大きい。第2図a,b,cはサイリス
タ電動機の一種であるインバータ式無整流子電動
機の概念図、制御装置を残いた主回路図および電
圧電流波形図をそれぞれ示す。第2図cに示すよ
うに、第2図a,bのインバータ式無整流子電動
機の電機子電流には誘起電圧周波数の6倍の周波
数の高調波が含まれており、これによつてトルク
リツプルが生じる。 電動機のこのような電流リツプルまたはトルク
リツプルの周波数は高速運転時には極めて高く問
題とならないが、低負荷、低速度運転時には電動
機の速度が変動し、特に2台以上の圧延機で圧延
を行うタンデム圧延の場合、この速度変動によつ
て圧延材に張力変動が発生し、板厚精度が悪化し
てしまう。以下、第3,4図に基づいて、電動機
リツプルの圧延機に対する影響を詳細に説明す
る。 第3図は2台の圧延機からなる圧延システムの
概念図であり、作業ロール10,11、ロール駆
動用電動機20,21、電動機速度制御装置3
0,31および圧延材40が示されている。圧延
材40は第3図の矢印の方向に流れており、作業
ロール10は第1スタンド、作業ロール11は第
2スタンドに置かれる。 一般に、圧延材4に働く単位張力Tは次式によ
つて表わされることが知られている。 dT/dt=E/L{VR2(1+)−VR1(1+f)
}(1) ここで、Eは圧延材のヤング率、Lはスタンド
間の距離、VRiは第iスタンドロール周速(i=
1,2)、は後進率、fは先進率、tは時間を
それぞれ表わしている。(1)式中の,fは張力T
に依存しているので、(1)式は非線形式であるが、
議論を簡単にするため(1)式を線形化する。張力と
ロール周速とのT0,VR1,VR2の近傍での微小変
化量をΔT,ΔVR1,ΔVR2とし、(1)式において
これら微小変化量の2次項以上を無視すると、 dΔT/dt≒E/L{ΔVR2(1+)−ΔVR1(1
+f) +(VR2∂/∂T−VR1∂f/∂T)ΔT} (2) が得られる。ここで、∂/∂T、∂f/∂Tは
T0の近傍における後進率と前進率の張力偏微分
係数を示す。(2)式をラプラス変換することによつ
て、 が得られる。ここで、sはラプラス変数を表わ
す。(3)式から明らかなように、張力は電動機速度
の変化に対して、一次遅れで追従する。従つて、
電動機のトルクリツプルによつて電動機が変動す
ると、張力が変動する。 一方、第4図a,bは電動機と圧延機との関係
を示すブロツク図であり、第3図には図示されて
いない電動機の制御部も示されている。第4図
a,bは第1スタンドのみを表わしており、第4
図aは圧延現象をブロツク106で表わしたもの
で、第4図bは圧延現象を(3)式に基づいてブロツ
ク化したものである。第4図a,bにおいて、ブ
ロツク101,102はそれぞ自動速度制御装置
ASR、自動電流制御装置ACRを示しており、ブ
ロツク103のζφは界磁電圧係数、ブロツク1
04のJは慣性モーメント、ブロツク105,1
07のGRは電動機と作業ロールのギア比、ブロ
ツク105,108,110のRは作業ロール
径、ブロツク108,109のAは圧延材断面積
をそれぞれ表わしている。第4図bのブロツク1
10〜113は(3)式の関係を表わしており、10
0,200,300,400,500は加算点を
表わしている。第4図a,bは電流制御形のサイ
リスタ電動機の場合を示しているが、従来多く用
いられているサイリスタレオナード形直流電動機
の場合にも同様のブロツク図で示すことができ
る。 なお、電動機電流は電流指令値に従つて自動電
流制御装置(ブロツク101)によつて作られる
電流パタンとリツプル成分の和である。また、ブ
ロツク101は電流制御増巾回路、電流制御局所
ループ、サイリスタオンオフ信号を作るゲートパ
ルス回路および主回路の一次遅れ等を総て含むも
のである。第4bは第4図aと(3)式から得られ
る、電流リツプル入力点から張力までの信号伝達
を示している。 ブロツク101,102の自動速度制御装置、
自動電流制御装置の伝達関数G1,G2は、 G1=1+τs/τs (4) G2=K/1+τs (5) と表わすことができる。ここで、τ,τ,τ
、Kは定数で、sはラプラス変数を表わす。こ
のとき、電流リツプルから張力変動ΔTまでの伝
達関数GMは、 GM=ζφ・GR・R・(1+τs)τs/G(6) が得られる。ここで、 GA=(Jττ)s4+Jτ(τ3c3+1)s3+ (Jτ2c3+ζφKτ+ζφ(GR)R(E/
L)c1ττ) s2+(ζφK(τ1c3+1)+ζφ(GR)R(E/
L) c1τ)s+ζφKc3 (7) c1=9.8/1000・(GR)・R・A/ζφ (8) c3=E/L(VR1∂f/∂T−VR2∂/∂T) (9) である。 上式がどのような特性を示すかは、扱う対象に
よつて異る。以下、冷間タンデム圧延を例にとつ
て説明する。(6)〜(9)式に表われる定数の1例を下
表に示す。
【表】 これらの定数を用い、s=jωを代入すると、
(7)式で表わされる分母GAは、以下のように2次
系を含む形で表わされる。 GA≒[{(Jτ)s2+ζφKτ1s +ζφ(GR)R(E/L)c1τ}s]s=
jω 5<ω<25 (10) G〓≒[{Jττ)s2+(Jτ)s +ζφKτ}s2]s=jω 30<ω<50 (11) これらの2次系が振動的に振るまう場合の固有
振動数ωoと減衰パラメータζoを求めると、(10)式
からは ζo1=ω/2ωo1〓0.48 (13) が、また(11)式からは が得られる。ここで、(13)式〜(15)式のωc
電動機の固有周波数で、 ωc=ζφKτ/Jτ〓22rad/s (16) と表わされる。 (13),(15)式で表わされるζoはいずれも1より
小さいので(10),(11)式の2次系は減衰振動的な特性
を有する。特に、(10)式で表わされるζoは小さ
く、共振性が強い。このような伝達関数を有する
系において、入力信号の周波数、すなわちリツプ
ル周波数が固有振動数ωoの近傍であるとき、出
力、すなわち張力変動ΔTは共振的に増巾される
ことが知られている。ここで述べる例において
は、電動機のリツプル周波数が19rad/sまたは
38rad/sの近傍で大きな張力変動が生じると考
えることができる。従つて、例えばサイリスタ電
動機を用いて加減速運転を行う場合、異つた2つ
の速度領域で共振現象が現われるおそれがある。
張力変動が大きくなると、その影響は板厚変動と
なつて表われ、当然製品の精度が損なわれてしま
う。 本発明は従来方式の上記欠点を除去し、圧延機
駆動用の電動機の電流またはトルクリツプルの板
厚に与える影響を常に抑制することによつて、精
度の高い製品を供給することのできる圧延機用電
動機の制御装置を提供することである。 本発明の原理は、(12),(13)式で示される振動パ
ラメータが第4図bの太線で表わされるループの
振動パラメータに等しく、その減衰定数ζo1は(1
6)式で示される電動機の固有周波数ωcによつて
決定されること、(14),(15)式で示される振動パ
ラメータは圧延現象を含まない電動機系の振動現
象であり、その減衰定数ζo2はやはり電動機の固
有周波数ωcによつて決定されること、さらに(1
6)式で表わされる電動機の固有周波数ωcは自動
速度制御装置ASR、自動電流制御装置ACRのパ
ラメータによつて決定されることに注目し、リツ
プル周波数がωo1に近ずいた時にはωcを大きく
して減衰定数ζo1を大きくし、かつリツプル周波
数がωo2に近ずいた時ωcを小さくして減衰定数
ζo2を大きくすることによつて、電動機の電流・
トルクリツプルの影響を抑征することである。 従つて、本発明の目的は、電動機の速度等の圧
延状態に従つて電動機制御ループ中の各制御器を
操作して電動機の固有周波数を変えることによつ
て、電動機の電流・トルクリツプルの圧延現象に
及ぼす影響を抑制することを特徴とする本発明に
よる圧延機用電動機の制御装置によつて達成でき
る。 以下、本発明の実施例を第5〜8図に基づいて
詳細に説明する。 第5図は本発明による圧延機用電動機の制御装
置の一実施例を示すブロツク図であり、第4図の
ブロツク図と同様サイリスタ電動機を用いた例が
示されている。第5図において、自動速度制御装
置101、自動電流制御装置102、ブロツク1
03,104および加算点100,200,30
0は第4図a,bに示される部分と同様であり、
同一符号で示しているが、電動機の伝達ブロツク
のみが示されており、圧延現象に関する部分等は
省略されている。第5図にはさらに、破線で示さ
れる固有周波数修正装置90が示されている。こ
の固有周波数修正装置90は減衰パラメータ演算
部91と電動機固有周波数設定部92とから構成
されている。 減衰パラメータ演算部91は、各圧延機のロー
ル開度、圧延速度等を計算するセツトアツプ計算
機(図示せず)から(12)〜(15)式中の必要な各種定
数を入力して、圧延開始に先立つてωo1,ζo1
ωo2,ζo2の各値を計算する。減衰パラメータ演
算部91を新たに設けず、これらの計算をセツト
アツプ計算機に行なわせることも可能である。 この計算に必要な電動機の固有周波数ωcの初
期値としては、先に述べた2つの共振領域を除く
運転領域で、電動機の特性が最も良くなる値に設
定する。この設定値は従来の電動機設定法によつ
て決定される値をそのまま用いることができる。
このように決定され電動機の固有周波数ωcの初
期値ωc0とする。すなわち、リツプル周波数ωL
が振動の固有値ωoから充分離れていれば電動機
の固有周波数はωc0に設定されることになる。 減衰パラメータ演算部91ではさらに、次の2
つの値ωc1,ωc2を演算する。
【表】 ωc2≡〓 (18)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 圧延ラインの圧延機、リール等を駆動する各
    電動機を、速度指令部からの指令及び該電動機の
    実回転数に基づいて速度制御する圧延機用電動機
    の速度制御装置において、上記速度指令部から該
    電動機の回転軸の回転数までのボード線図におけ
    る交叉周波数を圧延状態によつて修正する固有周
    波数修正装置を設け、前記固有周波数修正装置
    は、電動機と圧延現象によつて構成されている系
    に含まれる振動系の固有振動数と減衰パラメータ
    を、予め設定される圧延スケジユールと電動機の
    諸定数に基づいて演算し、演算された前記振動系
    の固有振動数と減衰パラメータとを用いて該振動
    系を非振動的にするために必要な前記電動機固有
    周波数の最適値を演算し、前記電動機のリツプル
    周波数が前記振動系の固有振動数の近傍の値をと
    るとき、前記電動機固有周波数を前記最適値に修
    正するように構成してなることを特徴とする圧延
    機用電動機の制御装置。 2 特許請求の範囲第1項記載の圧延機用電動機
    の制御装置において、前記固有周波数修正装置
    は、前記電動機を制御する自動速度制御装置と自
    動電流制御装置との両方、または一方のみの制御
    パラメータを修正することによつて前記電動機固
    有周波数を修正する制御パラメータ修正部を有す
    ることを特徴とする圧延機用電動機の制御装置。 3 特許請求の範囲第2項記載の圧延機用電動機
    の制御装置において、前記制御パラメータ修正部
    は、前記電動機のトルクまたは電流のリツプル周
    波数の値に応じて前記自動速度制御装置または前
    記自動電流制御装置の制御パラメータを修正する
    ことを特徴とする圧延機用電動機の制御装置。 4 特許請求の範囲第2項記載の圧延機用電動機
    の制御装置において、前記制御パラメータ修正部
    は、電動機と圧延現象によつて構成されている系
    に含まれている振動系の固有振動数と減衰パラメ
    ータを予め設定されている圧延スケジユールと電
    動機の諸定数に基づいて演算し、演算された前記
    振動系の固有振動数と減衰パラメータを用い該振
    動系を非振動的にするために必要な前記電動機固
    有周波数の最適値を演算し、前記電動機のリツプ
    ル周波数が前記振動系の固有振動数の近傍の値を
    とるとき、前記自動速度制御装置または前記自動
    電流制御装置の制御パラメータを修正して、前記
    電動機固有周波数を前記最適値に修正することを
    特徴とする圧延機用電動機の制御装置。 5 特許請求の範囲第4項記載の圧延機用電動機
    の制御装置において、前記制御パラメータ修正部
    は、前記電動機の速度から電動機リツプル周波数
    を演算し、演算された電動機リツプル周波数が前
    記振動系の固有振動数に近づいたとき、前記自動
    速度制御装置または前記自動電流制御装置の制御
    パラメータを修正して、前記電動機固有周波数を
    前記最適値に修正することを特徴とする圧延機用
    電動機の制御装置。 6 特許請求の範囲第4項記載の圧延機用電動機
    の制御装置において、前記制御パラメータ修正部
    は、前記電動機のリツプル周波数が前記振動系の
    固有振動数の値に等しいか、その近傍の値をとつ
    たとき、前記自動速度制御装置の伝達関数(1+
    τ1S)/(τ2S)を、前記電動機のリツプル周波
    数が前記振動系の固有振動数から離れている場合
    の電動機固有周波数および制御パラメータの設定
    値ωCO、τ10,τ20および前記電動機固有周波数
    の前記最適値ωOに基づいて、τ=(ωC/ωC
    )τ10またはτ=(ωCO/ωC)τ20に従つて
    修正することを特徴とする圧延機用電動機の制御
    装置。 7 特許請求の範囲第4項記載の圧延機用電動機
    の制御装置において、前記制御パラメータ修正部
    は、前記電動機のリツプル周波数が前記振動系の
    固有振動数の値に等しいか、その近傍の値をとつ
    たとき、前記自動速度制御装置のゲインKを、前
    記電動機のリツプル周波数が前記振動系の固有振
    動数から離れている場合の電動機固有周波数およ
    び前記ゲインの設定値ωCO、KOおよび前記電動
    機固有周波数の前記最適値ωOに基づいて、K=
    (ωC/ωCO)KOに従つて修正することを特徴と
    する圧延機用電動機の制御装置。 8 特許請求の範囲第4項記載の圧延機用電動機
    の制御装置において、前記制御パラメータ修正部
    は、前記電動機に電動機トルクを供給する電源の
    電圧をを変化させることによつて、前記自動電流
    制御装置のゲインを修正することを特徴とする圧
    延機用電動機の制御装置。
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