JPS6194578A - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は電動機の速度制御装置に係り、負荷条件の変化
中外乱等が在社する連転条件下に数いて該変化、外乱等
に進応し所屋の速度制御特性を維持できる屯Ｎｂ愼の速
夏制御装に４二関するものでおる。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

第５図に一般的な電、！４１愼の速腿制御系のブロック
図を示す。第５図に数いて速度指令ＮＲＥＦと速度検出
器６１で検出された実際の鑞＃愼速度Ｎとの偏差ΔＮが
減算器１により算出される。該偏差ΔＮは速度制御器２
に与えられ、所だの制御論理に基づさ電流指令ＩＲＥＩ
ｉ’が算出され出力さオＬる。減算器３は該指令ＩｕＦ
と磁流検出器５１で検出された実際の電励礪電流ＩＡＲ
Ｍとの偏差△工を算出し、電流制御器４に与える。該制
御器４は所定の制御論理に基づき礒圧指令ＥｕＪ？を算
出し、制御４源５に与える。制御厄源５は該指令Ｅｉｕ
＋ｒに見合つ７１ｃ電圧を竜ｄａａｔ＝印加しこれを駆
動する。

さて上述の一般的な速度制御系に数いて、速度制御器２
や電流制御器４に数ける制御論理は、例えば珀る比例（
Ｐ）制御、或いは比例−積分（ＰＩ）制御、或いは比例
−積分−微分（ＰＩＤ）制御等が用いられる。これ等の
制御論理に於ける比例ゲイン、積分ゲイン、或いは微分
ゲイン等の制御パラメータは、制御対象のパラメータが
すべて既知で且一定であるとして、所与の制御仕様が満
足されるように設計・調整される。かくして得られた制
御パラメータは、運転中に制御対象のパラメータに変化
が生じたり或いは外乱等が加わった場合でも設計・調整
段階で決定された一定の値のままである。

この為、上記の場合に数いてはしばしば前記の所与の制
御仕様を満足できたくなり、速度制御特性の劣化をまね
くという問題があった。また設計・調整段階に於いて、
制御対象のパラメータのすべてが既知でなく、一部に未
知或いは不正確なものが含まれている場合に於いても前
記の所与の制御仕様を必ずしも満足できないという問題
があった。

〔発明の目的〕

本発明は従来技術に於ける上述の如き問題点を除去し、
制御対象のパラメータが未知或いは不正確、或いは運転
中に変化する場合や、運転中に外乱が発生する場合に於
いても、該変化中外乱に適応し所定の速度制御特性を維
持できる電Ｉｉｂ慎の速度制御装置を提供することを目
的とする。

〔発明の概要〕

本発明は上記目的を達成するため、可調節機構内の可調
節ゲインの値を、′砿励虞の動作状態に適応して決定す
る。これにより制御対象のパラメータが未知或いは不正
確であったり、運転中：二変化しても、或いはまた運転
中に外乱が発生した場合でも電動域速度は速度制御系の
過応愼能により所定の応答特性を示すことかでさるよう
にした電動愼の速度制御ｆ？、直である。

〔発明の原理〕

本発明の原理は、前述した可調節ゲイン要素の値を足め
る適応論理に集約さｎる。本発明に於ける適応論理はモ
デル規範適応制御と総称されるものに属する。適応論理
の導出に当りまず制御対象を定式化する。制御対象は一
次遅れ系とし、これを時間離散値の形式で表現すると、
（１）式の差分方程式で表現される。

Ｘ（ｋ＋１）　＝　ｐ　ｘ（ｋ）　＋１Ｕ（ｋ）　　　
　’　　　（１）ここでＸに状態変数、Ｕは入力、ｐ及
び？は係数である。Ｐ及びｔは制御周期なＴｓ、制御対
象の時定数及び定常ゲインを各々Ｔｃ及びＡとすると、
ｐ　＝　ｅｘｐ（Ｔ＋ｓ／Ｔｃ）　　　　　　　　ｆ２
）？＝Ａ（１−Ｐ）　　　　　　　　　Ｌ３）で与えら
れる。

モデル規範適応制御では所定の制御特性を示す規範モデ
ルの出力を制御対象の出力か追従するよう制御する。こ
の規範モデルも同様に、ＸＭ　（ｋ＋１）　＝　ｐＭＸ
Ｍ　（ｋ）　＋ｆｈｔ　ＵＭ　（ｋ）　　　　　ｔ４）
で表机される。ここでＸＭは規範モデルの出力、ＵＭ　
ｒｌ、規範モデルへの入力、Ｐｍ＋ｊ’ｍは所定の応答
特性が得られるよう定められる定数である。本発明では
制御対象の出力（状態変数）Ｘが規範モデルの出力Ｘｈ
ｉを追従するように制御が施こされる。

そこで追従誤差０を下式にてＭｄする。

ｅ（ｋ）　−Ｘ（ｋ）　　Ｘｙ（ｋＪ　　　　　　　　
Ｌ５）適応制御の目的はこの追従誤差ｅを０とするよう
な制御対象への入力Ｕ（ｋ）を作シだすことにある。

（１）、（４）及び（５）式から下式が得られる。

ｅ（ｋ＋１）＝ＰＭｅＱｃ）＋（Ｐ−ｐＭ）Ｘ（ｋ）＋
ｌ（Ｊ（ｋ）−１Ｆ−ｈｉＵＭ（ｋ）　　（６）（６）
式に於いて、もし右辺下線部分が０とでされば（６）式
は ｅ（ｋ＋１）＝　　Ｐｕｅ（ｋ）　　　　　　　　　　
　　（力となり、 ｌ　ＰＭＩ　＜　Ｉ　　　　　　　　Ｌ８）とＰＭの値
を選ぶので、 が成夛立ち追従が達成できる。（６）式下脈部を０とす
るには とじてＵ（ｋ）を与えればよいのであるが、適応制御に
於いては制御対象のパラメータであるｐ及び？は未知で
且運転中に変化することを前提としているので、これは
不可能である。そこで未知パラメータであるｐ及びｔを
各々ｐ、？とし制御対象への入力として を与える。これに伴い、（１）及び（４）式は各々Ｘ（
ｋ＋１）　＝　Ｐ７（ｋ）　＋？σ（ｋ）　　　　　　
　　　　ｕ；ＪＸＭ（ｋ＋１）＝　　Ｐｍｅ（ｋ）６（
ｋ）Ｘ（ｋ）＋’１ｋ）０（ｋ）　　　　　ＬＬ３１と
査さ直される。圓、９３式から、 ｅ（計１）＝Ｐｍｅ（ｋ）＋（ｐＰ（ｋ））Ｘ（ｋ）＋
（ｙ’；（ｋ））０（ｋ）　　　＋１４）を得る。ここ
で下式で与えられる補助誤差ｅ轟を導入する。

ｅ、（ｋ＋１）＝ｐＭｅ−（ｋ）＋ｔＲ４ｃ）＝ｂ＋１
刀Ｘ（ｋ）＋（Ｓ＃−’Ａ＋υ）Ｏｃｍ　　ｕｓこれに
より適応誤差ｅが ｅ叉り＝　ｅ（す＋ｅａ（す ＝Ｇ（Ｚ）（ｐ−ｐ（ｋ＋１））Ｘ（ｋ）＋（Ｆ→ｋｋ
Ｈ））０（ｋ）　　　ｕｂで定められる。叫式中のＧ（
Ｚ）は、 ２　　　　　　　　　　はη Ｇ（Ｚ）　＝　Ｚ−ｐＭ で与えられるパルス伝達関数である。ＰＭが（８）式の
関係をみたすのでＧ（Ｚ）は強正実となるため、モデル
規範適応制御の理＃ｉ＠（例えば、１．Ｄ、ランダウ。

富塚著「適応制御の理論と実際」オーム社ｅ　１９８１
年）により、制御対象のパラメータの推足値寅す及びλ
ｋ）を ｐ（ｉ＜）＝　　ｐ（ｋ−υ＋ＫｐＸ（ｋ　ｌ）ｅ＊（
ｋ）　　　　　　　　　　ｕ６’Ｉｋ）　＝　　嘗（ｋ
−１）十に、Ｕ（ｋ−１）ｅ”（ｋ）　　　　　　　　
　　４Ｊ（Ｋｐ、に４は一足ゲイン） にて推定すれば、 ｌｉｎ　ｅ＊（ｋ）　＝　Ｏｍ かつ が保証され追従が達成できる。適応誤差ｅ牧ｋ）は＋２
１（２１）及びａＱ式から で与えられる。

以上をフローチャートの形式にまとめると第２図となる
。即ち、各制御層Ｊ４Ａに数いてまずシ４式から、適応
誤差ｅ＊（２）を求め、次（；州及び（１１式から制御
対象のパラメータの推定値’Ｆ（ｋ）、　’１（ｋ）を
求め、最後１ニ−ｌｌＤ式により制御対象への入力を定
める。尚、下式は、 と表わすこともできる。

さて州−及びは樟式を仮に連続系にて表現すると、Ｐ（
ｔ）７　ＫｐＪ：’Ｘ（ｔ）ｅ＊（ｔ）ｄｔ　ｌ　；（
ｔ）、””ＫＪ−、’Ｃ？（ｔ）ｅ＊（ｔ）ｄｔとなる
ことからはつ＠シ判るように、両式では、適応誤差ｅと
制御対象の出力Ｘ及びｅと制御対象への入力Ｕとの積の
積分が計算されている。この積はｐ及びｔの推定に数け
る推定の方向（推定値を増ｆすか減らすかンを因足し、
積分は適応誤差ｅ７ひいては追従誤差ｅがＯとなり制御
対象の出力Ｘの規範モデルの出力ＸＭへの追従が完了し
た時点で推定値を七の時の値に維持する為に必要とされ
る。

これを換言すると、所定の制御特性を示す規範モデルの
出力ＸＭと実際の制御対象の出力Ｘとの間に、何らかの
現因（例えば初期値の相異、制御対象パラメータでめる
ｐ及び？の運転中の変化、或いは外乱等）によｆｆｍ麦
にｅ）が生じると、該誤差が０となり追従が完了するま
で適応動作が続行される。

故に外乱が生じたり、制御対象のパラメータである定常
ゲインＡや時定数Ｔｃひいてはこれ等の量とｉ２）及び
（３）式で関連付けられるｐ及び？が、未知或いは運転
中に変化しても、所定の制御特性が維持できるのである
。

〔発明の実施例〕

弗１図は本発明による速度制御装置をサイリスタ電力変
換器で直流電動機を駆動する副るサイリスタ・レオナー
ド・システムに適用した実施例の伝達関数で表現したブ
ロック図帯。同図中第、５図と同一の構成要素には同一
の記号を付し説明を省略する。図中７は電機子回路のイ
ンダクタンス成分り及び抵抗成分Ｒで等制約に一次遅れ
要素で表現される電動機の電気的伝達特性、８は慣性定
数Ｊ、粘性抵抗りで等制約（ニー次遅れ要素で表現され
る負荷を含めた電動機の滅械的伝達特性を示すブロック
であシ、９．１０は各々トルク係数及び逆起電力係数ブ
ロック、またＥは印加篭圧、Ｅａは逆起電力である。尚
ブロックの７と８では図を見易くするためにラプラス演
算子Ｓを用いて連続系の表現をしているが、これ等は時
間離散値により表現してもさしつかえない。また第１図
では、第５図の制御電源５の記載は省略されている。

さて本爽施例に数いてはまず速度指令ＮＢＸｖと電ｊＥ
ＩＪ愼速度Ｎが可調節機構１１に人力される。可調節機
構１１内では速度指令ＮｕＦに可調節ゲイン要素１１Ａ
のゲインＧＦ　、ｕｍ！Ｒ速度Ｎに可調節ゲイン要素１
１ＢのゲインＧＢが掛算され、得られた２つの積が加算
器１１Ｃｌ二て加算され、電流制御マイカ・ループ１２
への電流指令１肚ｒとなる。適応論理部１３を二は、こ
の越流指令ＩＷと電ｒｊｄＪ愼速度Ｎが入力され、前述
した適応論理に基づきゲインＧｙ及びＧＢの値が算定さ
れる。

次に前述した適応論理の適用のしかたについて説明する
。前述の〔発明の原理〕の項では制御対象を一次遅れ系
としていた。しかし実際の制御対象は、第１図１：示し
た様に機械系の伝達特性のブロック８と電気的伝達特性
のブロック７の、少くとも２つの一次遅れの動物ａｔも
つ部分があるため、２次以上の系となる。その九め本発
明では第１図に示したように峨流制御マイナー・ループ
戎を設けた。

これにより、ＩＲＥＦ　−Ｉ＊騙迄の伝達特性は眠流制
御器４を適切に設計することにより定常状態ζ二数いて
ゲイン１、過渡状態に於いてゲインが１とは若干異なる
値をとる可変ゲイン要素みなすことがで８る。従って第
１図（−於いてＩＲＩＩＦ　〜Ｎ迄が可変ゲイン要素乞
含んだ一次遅れ系となυ、前述の適応論理が適用可能と
なる。即ち（１）〜αη式中でＸはＮ、Ｕは１庸、ＵＭ
はＮｐａｙ　に対応する。この対応関係に基づき、実際
に制御する時に剤いる第２図に示した１２３．ｔｌＬｔ
Ｌｌ及び９０式或いは、（ハ）式は、各々以下の各式で
与えられる。

岐式よ夕 ｐ（ｋ）＝　ｐＱｃ−１）＋　ｘ、Ｎ（ｋ−ｇ　ｅ”（
ｌａ　　　　　　　ａ４痣１式よ〕 ；（ｋ）＝　′１−（ｋ−１）　＋　為１ａｚｙ　（ｌ
ｃ−１）　ｅ＊（ｋ）　　　　　　’ｄゆ式より αυ式より　　　　　　　　　　　　　　　　四また４
式から 調節機構１１内の構成は（至）式に基づいて表現されて
いる。勿論、＠式を用いてＩＲＩ！Ｆを算出してもよい
。

第３図は（至）弐〜＆１ｌｔ１式及び一式に基づいｆｃ
、適応論理部１３の具体的な実施例を示したブロック図
である。図中１３１〜１３５のＺ　は、時間Ｍ延要素、
即ち一回前の制御周期での値を保持する要素を示す。

さて時間遅延要素１３１及び１３２の出力でおる、−制
御周期前の電動、−速度Ｎ（ｋ−１）と電流指令Ｉａｇ
ｒ（ｋ−１）は各々乗算器１３６　、１３７で自乗され
、他方乗算器１３８　、１３９で宜（ｋ日）との積及び
八に−１）との積が算出さｊしる。乗算器１３６及び１
３７の出力は加算器１４０で加算さｎ更に加算器１４１
で１が加えられて１３Ｅｉ式のｅ＊の分母が定まる。乗
算器１３８及び１３９の出力は加算器１４２によυ加算
され、その値が減算器１４３にて篭動砿運腿Ｎ（ｋ）よ
シ減じられる。時間延延要素１３３の出力である一制御
周期前の適応誤差ｅ＊（ｋ−１）　ｌ二は係ａ器１４４
にて定数ＰＭが乗じられ、この積と減算器１４３との出
力の和が加算器１４５≦二て計算され、その結果が００
式のｅの分子となる。この様にして得られたｅ＊の分子
は、先に得られた−の分母により割算器１４６にて割算
され今回の制御周期での適応誤差／（ｋ）が得られる。

尚−回前の適応誤差ｅ＊（ｋ−υは時間遅延要素１３３
に保持される。適応誤差ｅ”（ｋ）ｊ二は乗算器１４７
ζ二てＮ（ｋ−１）が乗じられ、その槓（ニゲインＫｐ
が係数器１４８にて乗じられ、更（ニヤの狽Ｃ二時間遅
ｉＡ要素１３４の出力である飲に−１）が加算器１４９
にで加算され−ａ式の寅ｋ）が得られる。同様に適応誤
差ｅ＊（ＩＪに乗算器１５０　ＥてＩｕｒ（ｋ　１）が
乗じられ、その積に係数器１５１１：、てゲイン塩が乗
じられ、更（ニヤの槓に時間遅延要素１３５の出力であ
る’；（ｋ−１）が加算され（ハ）式の寥（ｋ）が作ら
れる。減算器１５２は定数ｐＭと色りとの差が計算され
、核差が割算器１５３にて７（すにより割算され（至）
式或いは第１図中のＧａ（ｋ）が得られる。

割算器１５４では足ＩＸｈｔが’１−（ｋ）−て割算さ
れ（ハ）式或いは弗１図中のＧＦ（２）が得られる。な
お、第１図の適応論理部１３と可調節機構■では、マイ
クロ・プロセッサ等番を用いてｌＪ！ＡＩ〜１昂式、或
いはｅ←へ０及び（至）式の演算が行なわれる。

〔発明の他の実施列」 第４図は本発明による速度制御装置をサイリスク・レオ
ナード・システムに適用した他の実施例を示す。同図甲
、Ｓ１図及び第５図と同一の４成要素には同一の記号を
付し説明を省略する。ま上第４図では第１図に於けると
同様第５図中の制御電源５の記載は省略されている。

本実施例では速度指令Ｎｕ、ｒと信号伝達回路１４の出
力ＮＭＤＬとの差ΔＮ′がＩＪｌ、算器１５で作９出さ
れる。

速成制御器１６は該差ΔＮ′を入力し、適当な制御論理
例えば比例・積分制御等により可調節機構１１内の可変
ゲイン要素１１Ａへの制御指令Ｕ′を作シ出す。

この制御指令Ｕ′は同時に前記信号伝達回路１４の入力
にもなる。

本実施例に於ける適応論理は、やはｊＯＧ４）〜（至）
式を用い、ＮＲＦＪをＵ′に置換すればよい。信号伝達
回路１４の伝達特性は（４）式の規範モデルの伝達特性
と同一の特性としてもよいし、規範モデルと同一の伝達
特性にアンチ・オーバーシュート特性を縦続接続した特
性としてもよいし、或いは他の特性としてもよい。いず
れにせよ、本実施の構成を用いると速度制御器１６と信
号伝達回路１４の伝達特性を適当に設計することによ］
速度制御の性能を向上させることが可能である。即ち第
１の実施例に数いては電動機速度Ｎが追従すべき所定の
応答は（４）式で与えられる規範モデルの一次遅れ応答
に限定される。もち論、これ口より制御仕様が満足でき
れば何ら問題はないことは言をまたない。しかし、 硫動愼速度Ｎが追従すべさ所定の応答を一次遅れ以外の
応答としたい時や、追従特性を一層同上させたい時には
、本実施例に数いて導入した速度制御器１６と信号伝達
回路１４のパラメータを適切に設定することでこれらの
目的が達成可能となる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明の電動機の速度制御装置によ
れば、該速度制御装置が適応機能を有しているので、速
度制御系の設計・調整段階に於いて制御対象のパラメー
タに未知或いは不正確なものがある場合や、運転中に該
パラメータが変化したり、外乱が発生する場合に於いて
も、所定の速度制御特性を維持することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による竜動愼の速度制御特性の実施例を
示すブロック図、ＷＩｚ図は本発明に於ける適応論理に
基づく原理的な制御の７０−チャート、第３図は適応論
理部１３を詳細に示した一実施例のブロック図、第４図
は本発明による他の実施例のブロック図、第５図は一般
的な電＃慎の速度制御系のブロック図、を示す。 １１・・・可調節機構　　　　１１Ａ、Ｂ・・・可変増
幅率要素１１Ｃ・・・加算器　　　　　１２・・・電流
制御系１３・・・適応論理部　　　１４・・・伝達要素
１６・・・速度制御器 （７３１７）　　代理人　弁理士　則　近　Ｎ　右（ほ
か１名）第　　１　図 第２図 第　　３　図 第４図 第　　５　図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）電流指令に応じて電動機の電流を制御する電流制
   御系を備えた装置において、速度指令と前記電動機の速
   度に比例した速度帰環信号が入力され適応制御指令によ
   り上記２つの入力信号を演算して前記電流指令を出力す
   る可調節機構と、前記電流指令と前記速度帰環信号が入
   力され前記電流制御系と前記電動機と該電動機の負荷と
   で成る系を制御対象とし該制御対象のパラメータに基づ
   き前記電動機の速度が所定の応答となるように前記可調
   節機構内の演算を行なわせる前記適応制御指令を出力す
   る適応論理部を設けたことを特徴とする電動機の速度制
   御装置。
2. （２）電流指令に応じて電動機の電流を制御する電流制
   御系を備えた装置において、速度指令と模擬速度帰環信
   号との差を入力し過当な制御論理により制御指令を出力
   する速度制御器と、該制御指令を入力とし該入力に対し
   所定の応答を示す信号を出力する信号伝達回路を備え、
   該信号伝達回路の出力を前記模擬速度帰環信号とし、前
   記制御指令と前記電動機の速度に比例した速度帰環信号
   が入力され適応制御指令により上記２つの入力信号を演
   算して前記電流指令を出力する可調節機構と、前記電流
   指令と前記速度帰環信号が入力され前記電流制御系と前
   記電動機と該電動機の負荷とで成る系を制御対象とし該
   制御対象のパラメータに基づき前記電動機の速度が所定
   の応答となるように前記可調節機構内の演算を行なわせ
   る前記適応制御指令を出力する適応論理部を設けたこと
   を特徴とする電動機の速度制御装置。