JPS6325917Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は電気動力計などの直流機に対する制御
装置のトルク制御回路に関し、定出力範囲で速度
を変化させてもヒステリシスが生じることなく指
令トルク通りに回転させることができるように改
良したものである。

電気動力計などでは直流機をトルク制御して使
用するが、直流機の出力範囲に定出力範囲がある
場合は、従来のトルク制御では速度を変えるとト
ルクにヒステリシスが生じるという問題点があ
る。この問題点を第１図〜第３図及び第６図を参
照して説明する。

定出力範囲がある直流機の出力特性は第１図に
示す特性である。但し、ａは出力カーブ、ｂはト
ルクカーブである。また直流機のトルクは周知の
如く次式(1)で与えられる。

Ｔ＝Ｋ・φ・Ia ……式(1) 但し、Ｔ：トルク Ｋ：直流機の固有定数 φ：界磁のフラツクス Ia：主回路電流 第１図のような出力特性を持たせるため、従来
は第２図に示す制御装置が用いられている。第２
図において、１は直流電気動力計（DY）の電機
子、２及び３は主回路電流の制御素子、４はトル
ク設定器、５と６はアンプ、７は積分器、８は主
回路電流検出器、９はトルク検出器であり、ま
た、１０は界磁コイル、１１は界磁電流の制御素
子、１２は回転数検出器、１３は周波数／電圧変
換器（Ｆ／Ｖ）、１４は界磁電流関数発生装置、
１５はアンプ、１６は積分器、１７は界磁電流検
出器である。主回路電流側の制御回路は検出トル
クを初段アンプ５にフイードバツクしその増幅出
力を電流制御ループに与えることにより、指令ト
ルクに見合う主回路電流Iaを動力計の駆動と吸収
の動作に応じ制御素子２，３の位相制御によつて
流すトルク制御回路である。一方、定出力範囲で
はトルクを回転数に反比例させる必要があるの
で、界磁コイル側の制御回路では第１図のトルク
カーブｂと同じカーブで関数発生装置１４が回転
数に従つて界磁電流指令値を変化させて出力し電
流制御ループに与える。つまりこの回路は、基準
回転数N_Bから最高回転数N_Mの範囲ではフラツク
スφが回転数に反比例して減少するように界磁電
流I_fを制御素子１１の位相制御によつて減少させ
るフラツクス制御回路である。

上述の如く第２図の制御装置では定出力範囲で
回転数を上昇させるにはこれに応じてフラツクス
φを減少させるのであるが、フラツクスφの減少
した分だけトルク制御系の見掛け上のゲイン（ル
ープゲイン）が低下してしまうため、制御に過渡
現象によるヒステリシスが発生する。第３図にト
ルク指令が一定の場合における速度変化による過
渡現象を示す。

ヒステリシスが発生する理由を、第６図を参照
して説明する。今、直流電気動力計（DY）にエ
ンジンを接続し、第６図に示すように、一定のト
ルク設定値のもとでエンジンを急加速し、その後
急減速したとする。加速開始後、基準回転数N_B
に達する時点t₁までは、フラツクスφが一定であ
り、通常の制御遅れによるわずかな誤差はあるが
一定トルクで回転数が上昇する。基準回転数N_B
を超えると、回転数上昇に伴いフラツクスφが次
第に減少するのに対しアンプ５，６のゲインは変
らず主回路電流Iaの増大が遅れるから、前式(1)で
与えられる。

Ｔ＝Ｋ・φ・Ia のループゲインが見掛け上低下し、従つて、、ト
ルクは一旦低下したのち遅れて上昇し設定値に向
う。次に、時刻t₂で最高回転数N_Mに達し且つト
ルクが設定値になつたとし、この時点でエンジン
を急減速したとする。今度は、回転数低下に伴い
フラツクスφが次第に増大するのに対しアンプ
５，６のゲインは変らず主回路電流Iaの減少が遅
れるから、ループゲインが見掛け上増大し、従つ
て、トルクは一旦増大したのち遅れて低下し設定
値に向う。時刻t₃で基準回路数N_B以下になると、
フラツクスφが一定値に戻り、通常の制御遅れに
よるわずかな誤差はあるが、一定トルクで回転数
が低下する。従つて、Ｏ→t₁→t₂→t₃→t₄の時間
経過により回転数がＯ→N_B→N_M→N_B→Ｏと変化
するのに対し、トルクはN_B→N_M間と、N_M→N_B
間とで一致せず、ヒステリシスが発生する。

本考案は上記従来技術に鑑み、定出力範囲内で
速度を変えてもヒステリシスが生じることなく指
令トルク通りに制御できる直流機のトルク制御回
路を提供することを目的とする。この目的はフラ
ツクスが変化しても制御系のループゲインを一定
に保つことにより達成できる。そこで、従来の如
くトルク制御系の増幅部のゲインを一定するので
はなく、フラツクス制御系の界磁電流−回転数関
数とは逆な関数でトルク制御系のゲインを変化さ
せることにより、フラツクスの変化による見掛け
上のゲインの変化を補償することができる。

本考案による直流機のトルク制御回路の構成
は、直流機の回転数を検出する回転数検出器と、
この回転数検出器から得る回転数信号を入力し、
界磁電流指令として或る回転数以下の場合は一定
の指令値を出力し当該回転数以上の場合は定出力
となるような回転数に反比例する指令値を出力す
るフラツクス制御用の界磁電流関数発生装置と、
この界磁電流関数発生装置からの指令に応じた界
磁電流を直流機の界磁コイルに流す回路と、直流
機のトルク指令を出力するトルク設定器と、直流
機のトルクを検出するトルク検出器と、前記回転
数検出器から得る回転数信号を入力し、前記界磁
電流関数発生装置とは逆特性の関数でゲイン指令
を出力するトルク制御用の関数発生装置と、この
関数発生装置からの指令に比例したゲインでトル
クの指令値と検出値との偏差を増幅する増幅部
と、この増幅部の出力に応じた主回路電流を直流
機の電機子に流す回路とを具備することを特徴と
する。

以下、第４図及び第５図を参照して本考案を説
明する。

第４図は本考案の一実施例を示す。これは第２
図の制御回路に本考案を適用した例であり、二点
鎖線で囲んだ部分が本考案を実現する回路であ
り、他は第２図と同じである。第４図において１
８は関数発生装置であり、Ｆ／Ｖ変換器１３から
の回転数信号を入力し、フラツクス制御系の界磁
電流関数発生装置１４とはちようど逆特性の関数
でゲイン指令Ｙを出力する。１９は掛算回路であ
つて２つのアンプ５，６の間に挿入されており、
初段のアンプ５の出力Ｘに関数発生装置１８の出
力Ｙを掛けその出力XYを電流制御ループのアン
プ６に与える。このような構成によるとゲインと
回転数との関係は第５図のようになり、トルク制
御系のゲインがフラツクスとは逆に変化する。し
たがつて定出力範囲内で速度を上昇させても、速
度上昇のためのフラツクスφの減少分によるトル
ク制御系の見掛け上のゲイン減少が補われる。つ
まり、フラツクスφが変化してもトルク制御系の
ループゲインが一定となり、定出力範囲内で速度
を変えてもヒステリシスが発生せず、制御の応答
性が大幅に改善される。

【図面の簡単な説明】

第１図は定出力範囲を有する直流機の出力特性
図、第２図は従来技術を示す回路図、第３図はヒ
ステリシスの一例を示すグラフ、第４図は本考案
の一実施例を示す回路図、第５図は第４図の実施
例におけるゲインと回転数のグラフである。第６
図はヒステリシス発生の理由を説明するグラフで
ある。 図面中、Iaは主回路電流、Ifは界磁電流、１は
直流電気動力計の電機子、２，３及び１１は制御
素子、４はトルク設定器、５，６及び１５はアン
プ、７及び１６は積分器、８及び１７は電流検出
器、９はトルク検出器、１０は界磁コイル、１２
は回転数検出器、１３はＦ／Ｖ変換器、１４は界
磁電流関数発生装置、１８はゲイン補償用の関数
発生装置、１９は掛算回路である。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 直流機の回転数を検出する回転数検出器と、こ
   の回転数検出器から得る回転数信号を入力し、界
   磁電流指令として或る回転数以下の場合は一定の
   指令値を出力し当該回転数以上の場合は定出力と
   なるような回転数に反比例する指令値を出力する
   フラツクス制御用の界磁電流関数発生装置と、こ
   の界磁電流関数発生装置からの指令に応じた界磁
   電流を直流機の界磁コイルに流す回路と、直流機
   のトルク指令を出力するトルク設定器と、直流機
   のトルクを検出するトルク検出器と、前記回転数
   検出器から得る回転数信号を入力し、前記界磁電
   流関数発生装置とは逆特性の関数でゲイン指令を
   出力するトクル制御用の関数発生装置と、この関
   数発生装置からの指令に比例したゲインでトルク
   の指令値と検出値との偏差を増幅する増幅部と、
   この増幅部の出力に応じた主回路電流を直流機の
   電機子に流す回路とを具備する直流機のトルク制
   御回路。