JPS6333389B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6333389B2
JPS6333389B2 JP54005492A JP549279A JPS6333389B2 JP S6333389 B2 JPS6333389 B2 JP S6333389B2 JP 54005492 A JP54005492 A JP 54005492A JP 549279 A JP549279 A JP 549279A JP S6333389 B2 JPS6333389 B2 JP S6333389B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
value
motor
simulated
rotation speed
torque
Prior art date
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Expired
Application number
JP54005492A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS54109118A (en
Inventor
Wairitsuhi Georuku
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of JPS54109118A publication Critical patent/JPS54109118A/en
Publication of JPS6333389B2 publication Critical patent/JPS6333389B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P7/00Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors
    • H02P7/06Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current
    • H02P7/18Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power
    • H02P7/24Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices
    • H02P7/28Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices
    • H02P7/2805Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices whereby the speed is regulated by measuring the motor speed and comparing it with a given physical value

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention] 【産業上の利用分野】[Industrial application field]

本発明は、弾性軸を介して直結された機械を駆
動する電動機の回転速度の指令値と実際値との差
を入力されて電流指令値を出力する回転速度調節
器と、電動機に供給される電流実際値と回転速度
調節器から出力される電流指令値との差を入力さ
れて電動機供給電流の制御出力を生じる電流調節
器とを有して成る回転速度調節装置に関する。
The present invention provides a rotational speed regulator that receives a difference between a commanded value and an actual value of the rotational speed of an electric motor that drives a machine that is directly connected via an elastic shaft, and outputs a current command value, and The present invention relates to a rotational speed regulating device having a current regulator which receives a difference between an actual current value and a current command value outputted from the rotational speed regulator and generates a control output of a motor supply current.

【従来の技術】[Conventional technology]

このような回転速度調節装置はドイツ連邦共和
国特許出願公告第2337722号公報によつて公知で
ある。この公知の装置においては、電動機により
駆動されかつ負荷変動を伴う機械の回転速度を調
節するために、回転速度調節ループとその下位に
置かれた電流調節ループとを含み、負荷トルクに
比例する量が電流調節器に付加的な目標値として
フイードホワードされている。そして、この公知
の装置では、電流調節器の付加的な目標値を得る
ために、駆動電動機を機械と結合する軸に軸トル
クを直接検出するための軸トルク検出装置が設け
られている。
Such a rotational speed regulating device is known from German Patent Application No. 23 37 722. In order to adjust the rotational speed of a machine driven by an electric motor and with load fluctuations, this known device includes a rotational speed regulation loop and a current regulation loop placed below it, the amount being proportional to the load torque. is fed forward to the current regulator as an additional setpoint value. In this known device, in order to obtain an additional setpoint value for the current regulator, a shaft torque detection device is provided on the shaft connecting the drive motor to the machine for directly detecting the shaft torque.

【発明が解決しようとする問題点】[Problems to be solved by the invention]

しかしながら、この公知の装置においては、原
理的に軸トルク検出装置によつて純粋な負荷トル
クを得ることができず、加速度モーメントの消去
のために、乗算器を含む比較的複雑な補正回路を
軸トルク検出装置に付加しなければならないとい
う問題点がある。この乗算器は誤差源となる。 さらに、軸トルクを直接測定するための装置は
常に誤差を伴うので、公知の装置では、この誤差
を補償するために、または、回転速度調節の十分
な精度を保証するために、回転速度調節器はPI
調節器として構成されなければならない。このこ
とは目標値の突変の際に調節経過に行き過ぎを生
じやすいという問題点を含む。 そこで、本発明は、このような点に鑑みてなさ
れ、先ず、トルク検出装置を使用せずに、簡単な
手段で、負荷トルクを得ることができるような回
転速度調節装置を提供することを目的とする。 次に、本発明の他の目的は、同様に、トルク検
出装置を使用せずに、簡単な手段で、負荷トルク
を得ることができると共に、良好な動特性、特に
行き過ぎの少ない調節経過が高い精度で得られる
ようにすることである。
However, in this known device, it is impossible in principle to obtain a pure load torque using the shaft torque detection device, and a relatively complicated correction circuit including a multiplier is used to eliminate the acceleration moment. There is a problem in that it must be added to the torque detection device. This multiplier becomes a source of error. Furthermore, since devices for direct measurement of shaft torque are always accompanied by errors, known devices require a rotational speed regulator to compensate for this error or to ensure sufficient accuracy of the rotational speed adjustment. is PI
shall be configured as a regulator. This has the problem that, in the event of a sudden change in the setpoint value, the adjustment process is likely to be overdone. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of these points, and first, an object of the present invention is to provide a rotational speed adjusting device that can obtain load torque by simple means without using a torque detection device. shall be. Another object of the invention is then to be able to obtain the load torque in a simple manner, without the use of torque detection devices, and with good dynamic characteristics, in particular a high adjustment course with few overshoots. The goal is to be able to obtain precision.

【問題点を解決するための手段】[Means to solve the problem]

このような目的も達成するために、本発明は、
冒頭で述べた回転速度調節装置において、 (イ) 電動機の慣性モーメントに対応する積分時間
を有し、電動機に供給される実際の電流から得
られる電動機発生トルクを代表する入力量と弾
性軸と軸トルクのシミユレート値との差を積分
することにより電動機回転速度のシミユレート
値を出力する第1の積分要素と、 (ロ) 弾性軸のねじりバネ定数または剛性率に対応
する積分時間を有し、前記第1の積分要素から
の電動機回転速度のシミユレート値と機械回転
速度のシミユレート値との差を積分することに
より前記弾性軸の軸トルクのシミユレート値を
出力する第2の積分要素と、 (ハ) 機械の慣性モーメントに対応する積分時間を
有し、前記第2の積分要素からの軸トルクのシ
ミユレート値と機械に作用する負荷トルクのシ
ミユレート値との差を積分することにより前記
機械回転速度のシミユレート値を出力する第3
の積分要素と、 (ニ) 電動機の回転速度の実際値と前記第1の積分
要素からの電動機回転速度のシミユレート値と
の差を積分することにより得られる値を、前記
負荷トルクのシミユレート値として、前記第3
の積分要素に入力する第4の積分要素と、 から成る状態観測器を備え、該状態観測器の第4
の積分要素により作成された負荷トルクのシミユ
レート値を取り出して、回転速度調節器から出力
される電流指令値に加算することを特徴とする。 さらに、上述した本発明の他の目的を達成する
ために、本発明は、冒頭で述べた回転速度調節装
置において、 回転速度調節器を純粋な比例調節器から構成す
ると共に、 (イ) 電動機の慣性モーメントに対応する積分時間
を有し、電動機に供給される実際の電流から得
られる電動機発生トルクを代表する入力量と弾
性軸の軸トルクのシミユレート値との差を積分
することにより電動機回転速度のシミユレート
値を出力する第1の積分要素と、 (ロ) 弾性軸のねじりバネ定数または剛性率に対応
する積分時間を有し、前記第1の積分要素から
の電動機回転速度のシミユレート値と機械回転
速度のシミユレート値との差を積分することに
より前記弾性軸の軸トルクのシミユレート値を
出力する第2の積分要素と、 (ハ) 機械の慣性モーメントに対応する積分時間を
有し、前記第2の積分要素からの軸トルクのシ
ミユレート値と機械に作用する負荷トルクのシ
ミユレート値との差を積分することにより前記
機械回転速度のシミユレート値を出力する第3
の積分要素と、 (ニ) 電動機の回転速度の実際値と前記第1の積分
要素からの電動機回転速度のシミユレート値と
の差と積分することにより得られる値を、前記
負荷トルクのシミユレート値として、前記第3
の積分要素に入力する第4の積分要素と、 から成る状態観測器を設け、該状態観測器の第4
の積分要素により作成された負荷トルクのシミユ
レート値を取り出して、回転速度調節器から出力
される電流指令値に加算することを特徴とする。
In order to achieve such an objective, the present invention
In the rotational speed adjusting device mentioned at the beginning, (a) an input amount, an elastic axis, and an axis having an integral time corresponding to the moment of inertia of the electric motor and representing the torque generated by the electric motor obtained from the actual current supplied to the electric motor; a first integral element that outputs a simulated value of the motor rotation speed by integrating the difference between the torque and the simulated value; a second integral element that outputs a simulated value of the shaft torque of the elastic shaft by integrating the difference between the simulated value of the motor rotation speed and the simulated value of the machine rotation speed from the first integral element; It has an integration time corresponding to the moment of inertia of the machine, and simulates the machine rotation speed by integrating the difference between the simulated value of the shaft torque from the second integral element and the simulated value of the load torque acting on the machine. 3rd to output the value
and (d) a value obtained by integrating the difference between the actual value of the motor rotation speed and the simulated value of the motor rotation speed from the first integral element as the simulated value of the load torque. , the third
a fourth integral element input to the integral element; and a state observer consisting of
The simulated value of the load torque created by the integral element is extracted and added to the current command value output from the rotational speed regulator. Furthermore, in order to achieve the other objects of the present invention mentioned above, the present invention provides the rotational speed regulating device described at the beginning, in which the rotational speed regulator is composed of a pure proportional regulator, and (a) It has an integration time corresponding to the moment of inertia, and the motor rotation speed can be determined by integrating the difference between the input amount representing the motor generated torque obtained from the actual current supplied to the motor and the simulated value of the shaft torque of the elastic shaft. (b) having an integration time corresponding to the torsion spring constant or rigidity of the elastic shaft, the simulated value of the motor rotation speed from the first integral element and the machine; (c) a second integral element that outputs a simulated value of the shaft torque of the elastic shaft by integrating the difference between the rotation speed and the simulated value; A third unit that outputs a simulated value of the machine rotation speed by integrating the difference between the simulated value of the shaft torque from the second integral element and the simulated value of the load torque acting on the machine.
and (d) a value obtained by integrating the difference between the actual value of the motor rotation speed and the simulated value of the motor rotation speed from the first integral element as the simulated value of the load torque. , the third
A fourth integral element that is input to the integral element of
The simulated value of the load torque created by the integral element is extracted and added to the current command value output from the rotational speed regulator.

【実施例】【Example】

次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に
説明する。 第1図には本発明の応用例として、機械(負
荷)と弾性的に結合された駆動電動機の速度調節
ループが示されている。慣性モーメントθMを有す
る直流電動機1はねじりばねの記号で示されてい
る弾性軸2により、慣性モーメントθLを有する機
械3と結合されている。機械3には負荷トルク
mLが、弾性軸2には軸トルクmWが、また直流電
動機1にはその電機子電流iMに比例する電動機ト
ルクmMがそれぞれ矢印の方向に作用している。
nMおよびnLと記入されている矢印は電動機回転速
度または機械回転速度の方向を示している。直流
電動機1の電機子電流iMは、三相交流電源R、
S、Tに接続された変換装置4により供給され、
この変換装置の制御回路には、PI調節器として
構成された電流調節器5の出力が加えられてい
る。直流電動機1の電機子電流は変流器8により
測定され、実際値として電流調節器5の比較回路
7に導かれる。 これまでに記載した電流調節ループは回転速度
調節器10の下位におかれており、回転速度調節
器10の出力量が電流調節器5に対する目標値と
なつている。比例調節器として構成された回転速
度調節器10の入力側には、回転速度目標値nM *
と駆動電動機1に結合されたタコダイナモ6の出
力信号すなわち回転速度実際値nMとが導かれて
いる比較回路9の出力量が加えられている。比較
回路7には付加的な目標値として、負荷トルクに
比例した量m^Lも導かれている。この負荷に比例
した外乱フイードホワード量は回転速度実際値
nMと直流電動機1の電機子電流実際値iMとから状
態観測器12により高い精度で形成される。これ
らの入力量を状態観測器に対して与えることは特
別な費用の追加を意味しない。なぜならば、これ
らの入力量はいずれにせよ回転速度または電流の
調節のために検出されなければならないからであ
る。この外乱フイードホワードによつて電流調節
器5は、機械3に作用する負荷を補償するために
定常状態において必要な目標値を正確に与えられ
る。したがつて、回転速度調節器10は定常状態
において電流調節器5の目標値に関与する必要は
ない。すなわち、回転速度調節器10が純粋な比
例調節器として構成されているにもかかわらず、
制御偏差が零(nM *=nMの状態が正確に得られ
る。他方、回転速度調節器10を比例調節器とし
て構成すること、すなわち回転速度調節器に積分
動作を行わせないことによつて、回転速度目標値
のステツプ状変化の際に回転速度調節の制御挙動
の行き過ぎが少ないという利点が得られる。 タコダイナモ6および変流器8から供給される
実際値nMおよびiMは、状態観測器12の出力量の
リプルを減ずるため、なるべく同一設計の平滑回
路11を経て状態観測器12に導かれている。こ
れらの平滑回路の時定数は極力小さく選定され
る。 駆動電動機1の慣性モーメントθMと機械3の慣
性モーメントθLとの間に著しい差がある場合に
は、機械回転速度nLの振動として現われる弾性軸
2のねじれ振動を減衰させるため、シミユレート
された電動機回転速度n^Mと機械3のシミユレー
トされた回転速度n^Lとの差としてやはり状態観測
器により発生された量に比例する量をも電流調節
器5に目標値としてフイーホワードするのが有利
である。この場合、比例係数は比例回路13の増
幅率K5により決定される。 ところで、第1図における電動機1−弾性軸2
−機械3系は第3図に示すブロツク図で表すこと
ができる。ここで、θMは電動機1の慣性モーメン
ト、Kは弾性軸2のねじりばね定数または剛性
率、θLは機械3の慣性モーメント、Sはラプラス
演算子である。弾性軸2に作用する軸トルクmW
は電動機1の入力側に帰還され、また、機械3の
回転速度nLは弾性軸2の入力側に帰還されてい
る。そして、機械3には負荷トルクmLが作用す
る。点線矢印で示されている電動機1の回転速度
実際値nMは第1図において説明したようにタコ
ダイナモ6により測定ささて比較回路9および状
態観測器12に与えられる。 そして、第1図に示されている状態観測器12
はこの第3図に示した電動機1−弾性軸2−機械
3系のモデルを含んでおり、これらに基づいて、
トルク検出装置を用いることなく、負荷トルク
mLをシミユレートしたシミユレート値m^Lを得る
ように構成されている。 次に第2図により状態観測器12の具体的な構
成および作用について説明する。この状態観測器
は、記憶回路として作用する積分器14〜17と
ともに、第1図に参照数字1〜3で示されている
制御対象の機械的部分の線形モデル(電動機1、
弾性軸2、機械3)を含んでいる。積分器14〜
16のブロツクの上側にそれぞれの伝達関数が記
入されており、ここでSはラプラス演算子、TM
は駆動電動機1の慣性モーメントθMに対応する積
分器14の積分時間、TCは弾性軸2のねじりば
ね定数または剛性率Kに対応する積分器15の積
分時間、またTLは機械3の慣性モーメントθL
対応する積分器16の積分時間を意味する。この
モデルは、変流器8により測定されて時定数TI
を有する平滑あるいは1次遅れ回路11を経て積
分器14の入力端に導かれている電機子電流実際
値iMにより駆動される。積分器14の出力端に
は、実際にタコダイナモ6により発生される回転
速度実際値nMに対応すべき量n^Mが得られる(“観
測”される)。これは、機械3をモデル的にシミ
ユレートする積分器16の入力端に、機械3に作
用する負荷トルクmLに正確に対応する量m^Lが導
かれる場合に限つて成立し得る。負荷トルクmL
をシミユレートするためには積分器17が用いら
れており、この積分器には、増幅率K4を有する
比例回路を経て、実際に測定され時定数回路11
を経て導かれた電動機回転速度実際値nMと積分
器14によりシミユレートされた電動機回転速度
n^Mとの差が導かれる。したがつて、積分器17
の出力量は、実際の電動機回転速度nMとシミユ
レートされた電動機回転速度n^Mとが正確に一致
するまで、したがつてまた状態観測器に含まれる
制御対象モデルが実際の制御対象と機械的に完全
に一致するまで変化し続ける。こうして特に、シ
ミユレートされて外乱フイードホワードのために
利用される負荷トルクm^Lの値と、シミユレート
された回転速度差n^M−n^Lとは、実際に制御対象に
おいて生ずるそれぞれの量と一致することにな
る。 ここで、負荷トルクmLのシミユレート値m^L
負荷トルクmLと等しくなることについて簡単に
説明する。理解を容易にするために、今、機械3
の回転速度nLおよび電動機回転速度nMは一定であ
るとする。また、機械回転速度のシミユレートと
値n^Lおよび電動機回転速度のシミユレート値n^M
一定であるとする。しかして、n^Lが一定であるた
めには、積分器16の入力量が零でなければなら
ず、従つてm^W=m^Lと見做せる。同様に、第3図
においては、nM=一定としたので、iM=mWとな
つている筈であり、また、nL=一定としたので、
mW=mLでもある。一方、積分器14の出力量n^M
が一定であるためには、積分器14の入力量も零
でなければならず、従つてiM=m^Wと見做せる。
このとき、上述の如く、m^W=m^Lであるから、iM
=m^Lとなる。また、第3図において、iM=mW
mW=mLにより、iM=mLとなる。結局、m^L=mL
となる。 状態観測器に含まれている制御対象のモデルが
常に制御対象の運転条件の変動に適応した状態に
あり、“観測”された値n^Mが実際の値と一致する
ためには、この適応が極力大きな速度で行われる
ことが重要である。ここに示されている例では状
態観測器12が4つの記憶回路を有する調節ルー
プすなわち4次系の調節ループであるから、状態
観測器の安定性および動特性に特に留意すべきで
ある。そのため、増幅率K4を有する帰還回路の
ほかに、増幅率K1〜K3を有する3つの比例帰還
回路が設けられており、これらの帰還回路の入力
側には、実際の電動機回転速度nMシミユレート
された電動機回転速度n^Mとの差(nM−n^M)に対
応する電圧が導かれており、またこれらの帰還回
路の出力量はそれぞれ積分器14〜17の入力端
に加えられている。したがつて、これらの帰還回
路の増幅率は状態観測器の伝達関数の係数または
その動特性を記述する特性微分方程式の係数また
はその動特性を記述する特性微分方程式の係数に
影響する。周知の最適化調整により増幅率K1〜
K4を適当に選択することによつて、状態観測器
にその時々の状態に最適に適応した特性を持たせ
ることができる。 状態観測器の特性微分方程式を表わす多項式の
係数の“二重比”が一定でその値が0.5になるよ
うに増幅率K1〜K4を定めることは特に目的にか
なつていることが判明している。ここで二重比と
は、ラプラス演算子の次数の増す順に並べられた
伝達関数の分母の多項式または同様に並べられた
特性方程式における相隣る係数の比の間の比を意
味する。いまの例の状態観測器調節ループが前記
の一定二重比の方法(ErnstおよびStrole著
Industrieelektronik(産業エレクトロニクス)”
1973年、62〜68頁に詳細に記載されている)にし
たがつて最適化されるならば、相隣る係数の比は
幾何級数項(a、aq、aq2、aq3)であり、ここ
で第1項aは状態観測器のいわゆる等価時定数に
相当し、またqは値0.5を有する。 平滑回路11の時定数T1および状態観測器の
等価時定数は可能なかぎり小さく選定されるべき
である。その下限は状態観測器の出力信号m^L
よびn^M−n^Lのなかに許容し得るリツプルの大きさ
により定まる。このリプルを小さく保ため、負荷
トルクをシミユレートする回路17に比例あるい
は微分要素を含めず、この回路を純粋な積分調節
器として構成することは目的にかなつている。
Next, embodiments of the present invention will be described in detail based on the drawings. FIG. 1 shows, as an example of the application of the invention, a speed regulation loop of a drive motor which is elastically coupled to a machine (load). A DC motor 1 with a moment of inertia θ M is connected by an elastic shaft 2 , symbolized by a torsion spring, to a machine 3 with a moment of inertia θ L . Machine 3 has load torque
m L acts on the elastic shaft 2, a shaft torque m W acts on the elastic shaft 2, and a motor torque m M proportional to the armature current i M acts on the DC motor 1 in the directions of the arrows.
The arrows labeled n M and n L indicate the direction of the motor rotation speed or machine rotation speed. The armature current i M of the DC motor 1 is a three-phase AC power supply R,
supplied by a converter 4 connected to S, T;
The output of a current regulator 5 configured as a PI regulator is added to the control circuit of this converter. The armature current of the DC motor 1 is measured by a current transformer 8 and fed as an actual value to a comparison circuit 7 of a current regulator 5. The current regulation loop described so far is placed below the rotational speed regulator 10, and the output amount of the rotational speed regulator 10 is the target value for the current regulator 5. On the input side of the rotational speed regulator 10, which is configured as a proportional regulator, the rotational speed setpoint value n M *
and the output variable of a comparator circuit 9, from which the output signal of the tachometer dynamo 6 connected to the drive motor 1, ie the actual rotational speed value nM , is added. A quantity m^ L proportional to the load torque is also introduced into the comparator circuit 7 as an additional target value. The disturbance feedforward amount proportional to this load is the actual rotational speed value.
n M and the actual armature current value i M of the DC motor 1 by the state observer 12 with high precision. Providing these input quantities to the state observer does not imply any additional costs. This is because these input variables must be detected in any case for adjusting the rotational speed or the current. By means of this disturbance feedforward, the current regulator 5 is provided precisely with the required setpoint value in steady state to compensate for the loads acting on the machine 3. Therefore, the rotational speed regulator 10 does not need to be involved in the setpoint value of the current regulator 5 in the steady state. That is, even though the rotational speed regulator 10 is configured as a pure proportional regulator,
A state in which the control deviation is zero (n M * = n M can be accurately obtained).On the other hand, by configuring the rotational speed regulator 10 as a proportional regulator, that is, by not allowing the rotational speed regulator to perform an integral operation. This results in the advantage that the control behavior of the rotational speed adjustment is less likely to be overdone during stepwise changes of the rotational speed setpoint value.The actual values n M and i M supplied by the tacho dynamo 6 and the current transformer 8 are: In order to reduce ripples in the output quantity of the state observer 12, it is guided to the state observer 12 via a smoothing circuit 11 of the same design as possible.The time constants of these smoothing circuits are selected to be as small as possible. If there is a significant difference between the moment of inertia θ M and the moment of inertia θ L of the machine 3, the simulated motor rotational speed is It is advantageous to also feed forward a quantity proportional to the quantity generated by the state observer as the difference between n^ M and the simulated rotational speed n^ L of the machine 3 to the current regulator 5 as a setpoint value. In this case, the proportional coefficient is determined by the amplification factor K5 of the proportional circuit 13. By the way, the electric motor 1-elastic shaft 2 in FIG.
-The machine 3 system can be represented by the block diagram shown in FIG. Here, θ M is the moment of inertia of the electric motor 1, K is the torsional spring constant or rigidity of the elastic shaft 2, θ L is the moment of inertia of the machine 3, and S is the Laplace operator. Shaft torque m W acting on elastic shaft 2
is fed back to the input side of the electric motor 1, and the rotation speed nL of the machine 3 is fed back to the input side of the elastic shaft 2. Then, a load torque m L acts on the machine 3. The actual rotational speed nM of the electric motor 1, indicated by the dotted arrow, is measured by the tacho dynamo 6 as explained in FIG. Then, the state observation device 12 shown in FIG.
includes the model of the electric motor 1 - elastic shaft 2 - machine 3 system shown in Fig. 3, and based on these,
Load torque without using a torque detection device
It is configured to obtain a simulated value m^ L that simulates m L. Next, the specific configuration and operation of the state observation device 12 will be explained with reference to FIG. This state observation device, together with integrators 14 to 17 acting as memory circuits, is a linear model of the mechanical parts of the controlled object (electric motor 1,
elastic shaft 2, machine 3). Integrator 14~
Each transfer function is written above the 16 blocks, where S is the Laplace operator and T M
is the integration time of the integrator 14 corresponding to the moment of inertia θ M of the drive motor 1, T C is the integration time of the integrator 15 corresponding to the torsion spring constant or rigidity K of the elastic shaft 2, and T L is the integration time of the integrator 15 corresponding to the moment of inertia θ M of the drive motor 1. It means the integration time of the integrator 16 corresponding to the moment of inertia θ L. This model is measured by current transformer 8 and has a time constant T I
is driven by the armature current actual value i M which is led to the input of an integrator 14 via a smoothing or first-order lag circuit 11 with . At the output of the integrator 14, a quantity n^ M is obtained ("observed") which should correspond to the actual rotational speed value nM actually generated by the tacho dynamo 6. This can only be true if at the input of the integrator 16, which simulates the machine 3 in a model manner, a quantity m^ L is introduced which exactly corresponds to the load torque m L acting on the machine 3. Load torque m L
An integrator 17 is used to simulate this, and this integrator includes a time constant circuit 11 that is actually measured through a proportional circuit having an amplification factor K4.
The actual motor rotational speed n M derived through n M and the motor rotational speed simulated by the integrator 14
The difference between n^ M is derived. Therefore, the integrator 17
The output quantity of is increased until the actual motor rotational speed n M and the simulated motor rotational speed n^ M exactly match, so that the controlled object model contained in the condition observer also matches the actual controlled object and the machine. will continue to change until they match perfectly. Thus, in particular, the value of the simulated load torque m^ L used for the disturbance feedforward and the simulated rotational speed difference n^ M −n^ L correspond to the respective quantities actually occurring in the controlled object. I will do it. Here, it will be briefly explained that the simulated value m^ L of the load torque m L becomes equal to the load torque m L. For ease of understanding, we will now refer to Machine 3
It is assumed that the rotation speed n L and the motor rotation speed n M are constant. It is also assumed that the simulated value n^ L of the machine rotational speed and the simulated value n^ M of the motor rotational speed are also constant. Therefore, in order for n^ L to be constant, the input amount to the integrator 16 must be zero, and therefore it can be assumed that m^ W = m^ L . Similarly, in Figure 3, since n M = constant, i M = m W , and since n L = constant,
It is also m W = m L. On the other hand, the output amount n^ M of the integrator 14
In order for M to be constant, the input quantity of the integrator 14 must also be zero, and therefore it can be assumed that i M = m^ W.
In this case, as mentioned above, since m^ W = m^ L , i M
= m^ L . Also, in FIG. 3, i M = m W ,
Since m W = m L , i M = m L. After all, m^ L = m L
becomes. The model of the controlled object contained in the state observer is always in a state that is adapted to the fluctuations in the operating conditions of the controlled object, and this adaptation is necessary for the “observed” value n^ M to match the actual value. It is important that this is done as fast as possible. Since in the example shown here the state observer 12 is a regulating loop with four memory circuits, ie a fourth-order regulating loop, special attention should be paid to the stability and dynamics of the state observer. Therefore, in addition to the feedback circuit with an amplification factor of K4, three proportional feedback circuits with amplification factors of K1 to K3 are provided, and on the input side of these feedback circuits, the actual motor rotational speed n M is simulated. A voltage corresponding to the difference (n M −n^ M ) between the motor rotational speed n^ M There is. Therefore, the amplification factors of these feedback circuits influence the coefficients of the transfer function of the state observer or the coefficients of the characteristic differential equation describing its dynamic characteristics or the coefficients of the characteristic differential equation describing its dynamic characteristics. Amplification factor K1 ~ by well-known optimization adjustment
By appropriately selecting K4, the state observer can be given characteristics optimally adapted to the current state. It has been found to be particularly expedient to determine the amplification factors K1 to K4 such that the "double ratio" of the coefficients of the polynomial representing the characteristic differential equation of the state observer is constant and equals 0.5. . Here, the double ratio means the ratio between the ratios of adjacent coefficients in the polynomials of the denominators of the transfer functions arranged in order of increasing order of the Laplace operator or the characteristic equations arranged in the same way. The condition observer adjustment loop in our example is similar to the constant double ratio method described above (by Ernst and Strole).
Industrieelektronik (industrial electronics)”
1973, pp. 62-68), the ratio of adjacent coefficients is a geometric series term (a, aq, aq 2 , aq 3 ); Here, the first term a corresponds to the so-called equivalent time constant of the state observer, and q has a value of 0.5. The time constant T 1 of the smoothing circuit 11 and the equivalent time constant of the state observer should be chosen as small as possible. The lower limit is determined by the ripple size that can be tolerated in the output signals m^ L and n^ M -n^ L of the state observer. In order to keep this ripple small, it is expedient not to include any proportional or differential elements in the circuit 17 for simulating the load torque, but to construct this circuit as a purely integral regulator.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明を適用した速度調節ループのブ
ロツク図、第2図はその状態観測器の構成を示す
ブロツク図、第3図はその電動機−軸−機械系を
示すブロツク図である。 1……直流電動機、2……弾性軸、3……機
械、4……変換装置、5……電流調節器、6……
タコダイナモ、7……比較回路、8……変流器、
9……比較回路、10……回転速度調節器、11
……平滑回路、12……状態観測器、13……比
例回路、14〜17……積分器。
FIG. 1 is a block diagram of a speed control loop to which the present invention is applied, FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of its state observation device, and FIG. 3 is a block diagram showing its motor-shaft-mechanical system. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... DC motor, 2... Elastic shaft, 3... Machine, 4... Conversion device, 5... Current regulator, 6...
Tacho dynamo, 7...comparison circuit, 8...current transformer,
9... Comparison circuit, 10... Rotation speed regulator, 11
... Smoothing circuit, 12 ... State observer, 13 ... Proportional circuit, 14-17 ... Integrator.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 弾性軸2を介して直結された機械3を駆動す
る電動機1の回転速度の指令値と実際値との差を
入力されて電流指示値を出力する回転速度調節器
10と、電動機に供給される電流実際値と前記回
転速度調節器から出力される電流指示値との差を
入力されて電動機供給電流の制御出力を生じる電
流調節器5とを有して成る回転速度調節装置にお
いて、 (イ) 電動機の慣性モーメントに対応する積分時間
(TM)を有し、電動機に供給される実際の電流
(iM)から得られる電動機発生トルクを代表す
る入力量と弾性軸の軸トルクのシミユレート値
(m^W)との差を積分することにより電動機回転
速度のシミユレート値(n^M)を出力する第1
の積分要素14と、 (ロ) 弾性軸のねじりバネ定数または剛性率に対応
する積分時間(TC)を有し、前記第1の積分
要素からの電動機回転速度のシミユレート値
(n^M)と機械回転速度のシミユレート値(n^L
との差を積分することにより前記弾性軸の軸ト
ルクのシミユレート値(m^W)を出力する第2
の積分要素15と、 (ハ) 機械の慣性モーメントに対応する積分時間
(TL)を有し、前記第2の積分要素からの軸ト
ルクのシミユレート値(m^W)と機械に作用す
る負荷トルクのシミユレート値(m^L)との差
を積分することにより前記機械回転速度のシミ
ユレート値(n^L)を出力する第3の積分要素1
6と、 (ニ) 電動機回転速度の実際値(nM)と前記第1
の積分要素からの電動機回転速度のシミユレー
ト値(n^M)との差を積分することにより得ら
れる値を、前記負荷トルクのシミユレート値
(m^L)として、前記第3の積分要素に入力する
第4の積分要素17と、 から成る状態観測器12を備え、 該状態観測器の第4の積分要素17により作成
された負荷トルクのシミユレート値(m^L)を取
り出して、前記電流指示値に加算することを特徴
とする回転速度調節装置。 2 弾性軸2を介して直結された機械3を駆動す
る電動機1の回転速度の指令値と実際値との差を
入力されて電流指令値を出力する回転速度調節器
10と、電動機に供給される電流実際値と前記回
転速度調節器から出力される電流指令値との差を
入力されて電動機供給電流の制御出力を生じる電
流調節器5とを有して成る回転速度調節装置にお
いて、 前記回転速度調節器10を純粋な比例調節器か
ら構成すると共に、 (イ) 電動機の慣性モーメントに対応する積分時間
(TM)を有し、電動機に供給される実際の電流
(iM)から得られる電動機発生トルクを代表す
る入力量と弾性軸の軸トルクのシミユレート値
(m^W)との差を積分することにより電動機回転
速度のシミユレート値(n^M)を出力する第1
の積分要素14と、 (ロ) 弾性軸のねじりバネ定数または剛性率に対応
する積分時間(TC)を有し、前記第1の積分
要素からの電動機回転速度のシミユレート値
(n^M)と機械回転速度のシミユレート値(n^L
との差を積分することにより前記弾性軸の軸ト
ルクのシミユレート値(m^W)を出力する第2
の積分要素15と、 (ハ) 機械の慣性モーメントに対応する積分時間
(TL)を有し、前記第2の積分要素からの軸ト
ルクのシミユレート値(m^W)と機械に作用す
る負荷トルクのシミユレート値(m^L)との差
を積分することにより前記機械回転速度のシミ
ユレート値(n^L)を出力する第3の積分要素1
6と、 (ニ) 電動機回転速度の実際値(n^M)と前記第1
の積分要素からの電動機回転速度のシミユレー
ト値(n^M)との差を積分することにより得ら
れる値を、前記負荷トルクのシミユレート値
(m^L)として、前記第3の積分要素に入力する
第4の積分要素17と、 から成る状態観測器12を備え、 該状態観測器の第4の積分要素17により作成
された負荷トルクのシミユレート値(m^L)を取
り出して、前記電流指令値に加算することを特徴
とする回転速度調節装置。
[Scope of Claims] 1. A rotational speed regulator 10 that receives the difference between the command value and actual value of the rotational speed of the electric motor 1 that drives the machine 3 directly connected via the elastic shaft 2 and outputs a current command value. and a current regulator 5 which receives the difference between the actual current value supplied to the motor and the current command value output from the rotation speed regulator and produces a control output of the motor supply current. In the regulating device, (a) an input quantity and an elastic shaft having an integral time (T M ) corresponding to the moment of inertia of the motor and representing the motor generated torque obtained from the actual current (i M ) supplied to the motor; The first output unit outputs the simulated value of motor rotation speed (n^ M ) by integrating the difference between the simulated value of shaft torque (m^ W) and the simulated value of shaft torque (m^ W ).
(b) has an integral time (T C ) corresponding to the torsional spring constant or rigidity of the elastic shaft, and has a simulated value (n^ M ) of the motor rotation speed from the first integral element; and the simulated value of machine rotation speed (n^ L )
A second output unit outputs a simulated value (m^ W ) of the shaft torque of the elastic shaft by integrating the difference between
(c) has an integral time (T L ) corresponding to the moment of inertia of the machine, and has a simulated value (m^ W ) of the shaft torque from the second integral element and the load acting on the machine. a third integral element 1 that outputs the simulated value (n^ L ) of the machine rotational speed by integrating the difference with the simulated value (m^ L ) of torque;
6, and (d) the actual value of the motor rotational speed (n M ) and the first
A value obtained by integrating the difference between the integral element and the simulated value (n^ M ) of the motor rotation speed is input to the third integral element as the simulated value (m^ L ) of the load torque. and a state observation device 12 consisting of a fourth integral element 17, which extracts the simulated value of load torque (m^ L ) created by the fourth integral element 17 of the state observation device, and obtains the current instruction. A rotation speed adjusting device characterized by adding to a value. 2. A rotation speed regulator 10 that receives the difference between the command value and actual value of the rotation speed of the electric motor 1 that drives the machine 3 directly connected via the elastic shaft 2 and outputs a current command value; a current regulator 5 which receives a difference between an actual current value and a current command value output from the rotation speed regulator and generates a control output of the motor supply current; The speed regulator 10 is constructed from a pure proportional regulator, and (a) has an integral time (T M ) corresponding to the moment of inertia of the motor, which is obtained from the actual current (i M ) supplied to the motor; The first step outputs the simulated value of the motor rotation speed (n^ M ) by integrating the difference between the input amount representing the torque generated by the motor and the simulated value of the shaft torque of the elastic shaft (m^ W ).
(b) has an integral time (T C ) corresponding to the torsional spring constant or rigidity of the elastic shaft, and has a simulated value (n^ M ) of the motor rotation speed from the first integral element; and the simulated value of machine rotation speed (n^ L )
A second output unit outputs a simulated value (m^ W ) of the shaft torque of the elastic shaft by integrating the difference between
(c) has an integral time (T L ) corresponding to the moment of inertia of the machine, and has a simulated value (m^ W ) of the shaft torque from the second integral element and the load acting on the machine. a third integral element 1 that outputs the simulated value (n^ L ) of the machine rotational speed by integrating the difference with the simulated value (m^ L ) of torque;
6, and (d) the actual value of the motor rotational speed (n^ M ) and the first
A value obtained by integrating the difference between the integral element and the simulated value (n^ M ) of the motor rotation speed is input to the third integral element as the simulated value (m^ L ) of the load torque. and a state observation device 12 consisting of a fourth integral element 17, which extracts the simulated value (m^ L ) of the load torque created by the fourth integral element 17 of the state observation device, and extracts the simulated value (m^L) of the load torque and calculates the current command. A rotation speed adjusting device characterized by adding to a value.
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