JPS61254087A - 直流電動機の速度制御装置 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、直流電動機を用いて負荷機械を駆動する直
流電動機の速度制御装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、この種の制御装置として第５図に示すものかあつ
九。図において、１は直流電動機、２は直流電動機１の
回転速度を検出するための速度検出器〜３は直流電動機
１の電機子電流を検出するための電流検出器、４は直流
電動機１を可変電圧で駆動するための可変電圧電力変換
装置、５は速度指令ω１　を発生するための速度指令発
生器、６は速度指令発生器５の出力と速度検出器２の出
力との間の速度偏差により直流電動機１に供給すべき電
機子電流の指令値を演算する速度制御回路、７は速度制
御回路６の出力と電流検出器３の出力との間の電流偏差
により可変電圧電力変換装置４への制御信号を発生する
電流制御回路である。図のように速度および電流のフィ
ードバック制御を行なうことにより、安定でしかも高速
応答の速度制御性能が得られることが知られている。

ところで、このような直流電動機の速度制御装置は通常
負荷機械を駆動するために用いられるが、直流電動機単
体の慣性に比べて負荷機械の慣性が大きいと速度制御ル
ープの応答が低下してしまつたり、必要外剛性が得られ
ないという不具合を生じる。従って、負荷機械を接続し
穴径で速度制御回路のゲイン定数を調整する必要がある
が、負荷機械によっては調整に時間がかかった夛、また
工作機械などではギヤチェンジの度にゲイン定数を調整
し直さなければならないという問題を生じる。

この問題を解決するための手門として、適応制御理論の
応用が考えられる。例えば、この理論を応用した制御シ
ステムの一般的な構成として第６図に示すものがあった
。この構成は例えば、文献（計測と制御ｔ　Ｖｏｌ、　
２３　、Ａ５　ｔ　ｐｐ４１７−４２１　。

１９８４）に示されている。

図において８は未知パラメータを含むプラント、９はプ
ラント８の出力ｙが規範入力”ｍに一致するように制御
するコントローラ、１０はプラント８０入出力信号から
プラント８の未知パラメータを同定する同定器、１１は
同定器１０から出力されるプラント８の未知パラメータ
同定値に基き、コントローラ９のパラメータ修正を行な
う修正回路である。プラントのモデルが既知である場合
、この構成のシステムの設計手法は確立されている。

第７図はこの適応制御理論を応用した直流電動機の速度
制御装置を示している。

第７図において１〜７は上記第５図に示す従来装置と同
じである。１２は負荷機械（図示せず）を接続すること
によって変化するパラメータを電流検出器３の出力と速
度検出器２の出力から同定するパラメータ同定器で、第
６図の同定器１０に相当する。１３はパラメータ同定器
１１の出力に基き、速度制御回路６のゲイン定数を修正
する修正回路で、第６図の修正回路１１に相当する。

次に、パラメータ同定器１２におけるパラメータ同定方
法について説明する。

まず、公知のように直流電動機の運動方程式は次式で与
えられる。

但し％”Ｍ＃ωｒ　＊　’ｍ　ｗ　Ｄはそれぞれ直流電
動機の発生トルク、回転速度、慣性モーメントおよび粘
性摩擦係数を示し、ＴＬは負荷トルクを示す。

また、直流電動機の電機子電流１．と発生トルクＴＭと
の関係は次式で示される。

’ｒＭ−Ｋ　ｌ　＆・−・−・（２） 但し、Ｘはトルク定数で、界磁が一定のとき一定とみな
すことができる。

上記（１）式において粘性摩擦係数りは小さいとして無
視し、さらに負荷トルクＴＬを無視すると、（ｉ）。

（２）式よＪ）ＴＭを消去することによって次式が得ら
れる。

さて、負荷機械を接続し九とき負荷機械と直流電動機と
の間のカップリングの剛性が充分に高ければ、（３）式
においても慣性モーメン）Ｊｍが直流電動機の慣性モー
メントと負荷機械の慣性モーメントの和となる。従って
、負荷機械によって（３）式の慣性モーメン）Ｊｍが変
化するが、電機子電流１ａと回転速度ωｒのモデル（（
３）式）は既知であるので、容易に慣性モーメン）Ｊｍ
の同定器を構成することができる。

次に、速度制御回路６としてＰＩ演算型のコントローラ
を用い次場合、直流電動機の慣性モーメントがｎ倍にな
れば、速度制御ループの応答は’／ｎ倍となる。従って
、パラメータ同定器１２の出力として慣性モーメン）Ｊ
ｍの同定値が得られるので、簡単に修正回路１３を構成
することができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の直流電動機の速度制御装置は以上のように構成さ
れているので、負荷トルクの変動がある場合にはパラメ
ータ同定器が誤った同定結果を出力する。即ち、負荷ト
ルクの値が未知であると、負荷トルク変動に伴う回転速
度変動によって正しい同定が行なわれなくなる。従って
正しい同定結果を得る丸めには、負荷トルクの検出器が
必要であるという問題点があっ九。また負荷トルク変動
の影響をなくすためにパラメータ同定器の入力にフィル
タを挿入する場合は、負荷トルク変動の特性が既知でな
いとフィルタが複雑になるという問題点があった。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたも
ので、未知の負荷変動がある場合でも、負荷トルクの検
出器や複雑なフィルタを必要とせずに、負荷機械による
パラメータ変化を正確に同定し、単に所望の制御性能が
得られる直流電動機の速度制御装置を得ることを目的と
する。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る直流電動機の制御装置は、予め設定され
た運転パターン情報或は速度指令値と実際の回転速度と
の間の速度偏差に基いて、修正回路の修正動作の起動・
停止を制御する制御回路を負荷トルク変動の影響の除去
のための手段として用いるものである。

〔作用〕

この発明における制御回路は、負荷トルク変動がある場
合には、修正回路の修正動作を停止させるように制御す
るので、負荷トルク変動の影響を除去するための手段と
して有効に作用する。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図において、１〜７及び１２．１３は上記第７図に示す
従来装置と同じである。１４は制御回路である。この実
施例では、パラメータ同定器１２、修正回路１３及び制
御回路１４での演算体全てマイクロコンピュータにより
ディジタル処理される。他の部分は、演算増幅器などを
用いたアナログ回路から構成される。そこで、まず、各
部の演算内容について説明する。パラメータ同定器１２
では、第２図に示すように直流電動機１の回転速度ω、
が離散値として得られるので、（３）式の関係式は離散
値形式で表現した方が便利である。

すると、（３）式よシ次式が得られる。

’ｒ（ＲＴｓ）＝’ｒ（Ｒ”１ｊｓ）＋Ｂ（ＲＴｓ）　
ｉ、（Ｒ−ＩＴｓ）　−−−−−−（４）但し、ω１は
回転速度の推定値、Ｔｓはサンプリング周期、またｘ（
ＲＴＢ）は状態量ＸのＲ番目のサンプリング時刻におけ
る値（ディジタル値）′ｆ：示す。

なお、Ｂ（ＲＴＢ）ｘＴｇｅＫ／Ｊｍ（ＲＴｓ）　　　
　　”＝（５）従って、慣性モーメン）Ｊｍが変化する
と係数Ｂ（ＲＴｓ）の値が変化する。

次に、（４）式に基いて、次式のパラメータ同定則が適
応制御理論よシ容易に導出される。

碑（ＲＴｓ）＝８ｒ（ＲＩＴｓ）十Ｂ（ＲＩＴｓ）・ｉ
、（ＲＩＴｓ）・・・（６）但し、ａは任意の正の定数
である。

（４）式及び（６）〜（８）式を繰シ返し演算すること
により、パラメータＢの値の同定が可能となる。

ところで、電機子電流１１の値は、電流検出器（３）の
出力をＡ１０コンバータ（図示せず）に入力することに
よりデイジタル量に変換される。ま九、速度検出器２と
して例えばタコジェネレータを用いると、’１０コンバ
ータ（図示せず）により実際の回転速度ω１のディジタ
ル量も得られる。従って、マイクロコンピュータにより
（４）式及び（６）〜（８）式の演算を行なうことが可
能となる。

次に、修正回路１３では、パラメータＢの値が、慣性モ
ーメントＪ、の値に反比例することから、次式の演算が
行なわれる。

Ｋｃ　＝　Ｂｏ／Ｂ（ＲＴｓ　Ｘ＝　Ｊｍ（ＲＴｓ　）
／Ｊｍｏ　）　　　””・（９）但し、Ｂｏ＝Ｔｓ＠に
／Ｊｍ。

従って、ＪｍＯ”　Ｊｍ（ＲＴｓ）のときに、速度制御
ループの応答が所望の値となるように速度コントローラ
のゲイン定数を設定すると、Ｂｏの値は、Ｊｏｏ−Ｊｌ
ｎ（ＲＴＢ）のときに１、Ｊｍ（ＲＴｓ）　＝ｆｌ　’
ＪｆｆｌＯのときはｎとなるＯそとで％　Ｋｃの値を恥
コンバータ（図示せず）を通してアナログ量に変換して
出力し、速度制御回路６に用いられるＰＩ演算用の演算
増幅器（図示せず）の出力と乗算器（図示せず）で乗算
すると、速度制御回路のゲイン定数がＫｃ倍になったの
と等価になる。

次に、制御回路１３での動作について説明する。

第１図の実施例では、速度および電流のフィードバック
ルーズの効果で、負荷トルク変動による回転速度変動は
小さい。また、通常の装置においては大振幅の加減速中
に、負荷トルク変動が生じると老゛ハまれである。従っ
て、速度指令値ω１　と実際の回転速度ω、との速度偏
差Δω７の絶対値が、負荷トルク変動によって生じると
予測される速度偏差の絶対値の最大値ωｄを越えたとき
にのみ、修正回路１２の修正動作を行なわせるように制
御回路１３は動作する。従って、工作機波などにおいて
、定常回転状態での切削時における負荷トルク変動の影
響は除去される。

第３図は、第１図の実施例における、パラメータ同定器
１２、修正回路１３及び制御回路１４の動作のフローチ
ャートを示す。図において、１２１〜１２５の処理がパ
ラメータ同定器１２の処理であ、９．１３１，１３２の
処理が修正回路１３の処理である。また、１４１，１４
２の処理が制御回路１４の処理である。

ところで、工作機械の場合などでは、数値制御装置によ
り運転パターンのシーケンスが制御されるので、この運
転パターンからどの時点或は状態において、負荷トルク
変動が生じるかを前もって予測することが容易である。

この場合には運転パターン情報を予め制御回路１４の中
に記憶させておいて、例えば実際の回転速度などから現
在の運転状態をチェックし、運転パターン情報と比較す
ることによって、修正回路１３の修正動作の起動・停止
を行なうことが可能である。このことを利用した１第１
図の実施例におけるパラメータ同定器１２、修正回路１
３及び制御回路１４の他の実施例の動作のフローチャー
トを第４因に示す。第４図において、１２１〜１２５お
よび１３１　、１３２の処理は第３図と同じである。

１４３および１４４の処理が制御回路１４の処理である
。この実施例では、メモリーに予め格納された運転パタ
ーン情報として、例えば回転速度がある範囲にある場合
に負荷トルク変動が生じないという情報が与えられるも
のとしている。

以上のような判断処理はマイクロコンピュータによって
容易に実行できる。

なお、上記実施例における運転パターン情報としては、
負荷トルク変動がある場合とない場合とを区別するため
の最小限度の情報が含まれていればよい。

また、ここでは上記（３）式において慣性モーメン）Ｊ
ｍの値だけが変化するものと仮定したが、界磁変動によ
ってトルク定数にの値が変動したシ、或は上記（１）式
における粘性摩擦係数りの値が無視できない場合には、
Ｊｍだけでなくトルク定数におよび粘性摩擦係数りの値
を同定できるようなパラメータ同定器を用いなければな
らないことはいうまでもない。このような同定器は、適
応制御理論から容易に設計することができる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば負荷トルク変動がある
場合には速度制御回路のゲイン定数を修正しないように
構成し九ので、負荷トルク変動の有無Ｋかかわらずパラ
メータ変動が生じた場合にのみゲイン定数の修正が可能
となる。その結果、パラメータ変動が生じても、常に所
望の制御性能が得られるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の傾施例による直流電動機の速度制御
装置のブロック図、第２図は電機子電流入力に対する回
転速度出力の離散値的なブロック図、第３図及び第４図
は第１図の実施例に含まれるパラメータ同定器、修正回
路および制御回路の−例の動作を示すフローチャート、
第５図は従来の直流電動機の速度制御装置のブロック図
、第６図は適応制御システムの一般的な構成を示すブロ
ック図、第７図は適応制御を用い九従来の直流電動機の
速度制御装置のブロック図である。 １は直流電動機、２は速度検出器、３は電流検出器、４
は可変電圧電力変換装置、５は速度指令発生器、６は速
度制御回路、Ｔは電流制御回路、１２はパラメータ同定
器、１３は修正回路、１４は制御回路。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）直流電動機と、上記直流電動機の回転速度を検出
   するための速度検出器と、上記直流電動機の電機子電流
   を検出するための電流検出器と、上記直流電動機を可変
   電圧で駆動するための可変電圧電力変換装置と、上記直
   流電動機の速度指令値と上記速度検出器の出力との間の
   速度偏差により上記直流電動機に供給すべき電機子電流
   の指令値を演算する速度制御回路と、上記速度制御回路
   の出力と上記電流検出器との出力との間の電流偏差によ
   り上記可変電圧電力変換装置への制御信号を発生する電
   流制御回路とを有する直流電動機の速度制御装置におい
   て、上記電流検出器の出力と上記速度検出器の出力とに
   基いて上記直流電動機の電機子電機に対する回転速度の
   伝達関数に含まれる可変パラメータの値を同定するパラ
   メータ同定回路と、上記パラメータ同定回路の出力に応
   じて上記速度制御回路中のゲイン定数の値を修正するた
   めの修正回路と、上記修正回路の修正動作の起動・停止
   を制御するための起動・停止信号を発生する制御回路と
   を備えたことを特徴とする直流電動機の速度制御装置。
2. （２）上記制御回路は、直流電動機の速度指令値と速度
   検出器の出力との間の速度偏差の絶対値が予め設定され
   た値を越えたときにのみ上記修正回路の起動信号を発生
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の直流
   電動機の速度制御装置。
3. （３）上記制御回路は、予め設定された運転パターン情
   報に基いて修正回路の起動、停止信号を発生することを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の直流電動機の速
   度制御装置。