JPS633554B2 - - Google Patents

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JPS633554B2
JPS633554B2 JP8441681A JP8441681A JPS633554B2 JP S633554 B2 JPS633554 B2 JP S633554B2 JP 8441681 A JP8441681 A JP 8441681A JP 8441681 A JP8441681 A JP 8441681A JP S633554 B2 JPS633554 B2 JP S633554B2
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JP8441681A
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JPS57199486A (en
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Koichi Ishida
Hiroshi Takahashi
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
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    • 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
    • H02P21/00Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation

Landscapes

  • Control Of Direct Current Motors (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は電動機、特に直流電動機の速度制御
装置に関するものである。
この種の電動機速度制御装置においては、一般
にフイードバツク制御を実施することにより、電
動機の負荷変動にかかわりなく、電動機速度を高
精度で設定値に一定に維持するよう制御すること
が望まれている。
〔従来の技術〕
第1図は直流電動機の従来の速度制御装置を示
すブロツク線図である。
同図において、1は速度調節器、2は電流調節
器、3は点弧パルス発生器、4はサイリスタ変換
器、7は電流検出器、5は直流電動機、6はタコ
ジエネレータを示す。電動機5はサイリスタ変換
器4を介して図示せざる電源から給電される。速
度調節器1は、電動機5の回転速度の指令値n*
(*印は指令値を示す)と電動機5の軸に取付け
たタコジエネレータ6から出力される回転速度の
実際値nとの差を入力されて電流指令値ia*を出
力している。そして電流調節器2は、電流検出器
7を介して検出された電動機5における電流実際
値iaと速度調節器1から出力される電流指令値
ia*との差を入力されて制御出力を点弧パルス発
生器3を介してサイリスタ変換器4に送り、該変
換器の点弧角を制御するなどして電動機5に供給
される電流を制御している。
かかる従来の電動機速度制御装置にあつては、
電動機電流制御のために電流検出器7を用いて電
動機電流を実際に検出する必要があり、そのため
電動機ごとにその都度、電流検出器を選定して用
いなければならないという煩雑さがあつた。
ところで、電流調節器に対する付加的な目標値
を得るために、直流電動機の負荷(機械)と結合
した軸に軸トルクを直接検出するためのトルク検
出器を取付けることが行われる。しかしながら、
軸トルクを直接検出するためのトルク検出器には
常に誤差が伴うので、速度調節器をPI調節器と
して構成しなくてはならないが、このことは、目
標値の突変時に調節経過に行過ぎを生じやすいと
言う欠点がある。
そこで、トルク検出器を用いることなく、特に
行過ぎの少ない調節経過が高精度で得られるよう
にするため、直流電動機の電機子電流により予測
設定されかつその回転速度に追従する状態観測器
を設け、これによつて付加的な目標値を修正する
ことが提案されている(特開昭54−109118号公報
参照)。
第1A図はこのような状態観測器を使用した従
来の直流電動機の速度制御装置を示す構成図であ
る。
なお、この第1A図においては、後で詳細に説
明する本発明との関係を理解し易いように、本発
明に関係する部分のみを示し、その他の部分につ
いては省略してある。そして第1A図において、
第1図の各部分と同一機能を有する部分には同一
符号を付してある。
しかして、この従来の速度制御装置は、状態観
測器20を設けたことを特徴とするものであるか
ら、以下、主としてこの状態観測器20について
説明する。
この状態観測器20は、起動時間模擬要素(積
分器)21と積分器22を含んでいる。21と2
2の各ブロツクには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は直
流電動機5の慣性モーメントθMに対応する積分時
間、を意味する。
この状態観測器20は、電流検出器7により測
定され加算点を介して起動時間模擬要素(積分
器)21の入力端に導かれている電機子電流実際
値iaにより駆動される。起動時間模擬要素(積分
器)21の出力端には、実際にタコジエネレータ
6により出力される回転速度実際値nに対応すべ
き量としての回転速度模擬値nが得られる(観測
される)。
負荷トルクτLを模擬(シミユレート)するため
に積分器22が用いられており、この積分器22
には、増幅率(ゲイン)K4を有する比例回路
(ゲイン要素)24を介して、実測された電動機
回転速度実際値nと起動時間模擬要素(積分器)
21により模擬された電動機回転速度模擬値nと
の間の差の量が導かれる。
従つて積分器22の出力量は、実際の電動機回
転速度nと模擬された回転速度nとが正確に一致
するまで、ひいては状態観測器20に含まれる制
御対象モデルが実際の制御対象と機能的に完全に
一致するまで変化しつづける。
こうして特に模擬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τLの値と、模擬さ
れた電動機回転速度nとは、実際に制御対象にお
いて生じるそれぞれの量と一致することになる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところで、第1図に示された従来例および第1
A図に示された従来例は、いずれも、電動機電流
制御のために電流検出器を設けなければならず、
しかも制御対象である電動機の容量に応じた電流
検出器を選択して用いなければならないので、
色々不都合が生じるという問題があつた。
そこで本発明は、電動機の速度制御装置におい
て、従来、必要としていた電流検出器を不要にす
ることを解決すべき問題点としている。
〔問題点を解決するための手段〕
上記問題点解決のため、本発明では、電動機の
回転速度の指令値と実際値の差を入力されて電流
指令値を出力する速度調節器と、電流調節器とを
有して成る速度制御装置において、電動機電流の
模擬値を作成するための状態観測器を備えた。
〔作用〕
状態観測器により作成された電動機電流の模擬
値と前記速度調節器から出力される電流指令値と
の差を前記電流調節器へ入力して該電流調節器か
ら電動機への供給電流の制御出力を生じるように
して、従来、必要とした電流検出器を不要にす
る。
〔実施例〕
次に図を参照してこの発明の一実施例を説明す
る。
第2図はこの発明の一実施例を示すブロツク線
図である。同図において、8は状態観測器、9は
電機子時定数模擬要素、10は電機子回路ゲイン
模擬要素、11は界磁模擬要素、12は起動時間
模擬要素、13は界磁模擬要素、14〜16はそ
れぞれゲイン要素、17は積分要素、である。
第2図に示す実施例は、点線で囲んだ回路から
なる状態観測器8から電動機電流模擬値iaを出力
して従来の電流実際値i^aに代えたものと云うこと
ができる。状態観測器8は電動機を模擬する回路
と電動機の電流・速度を安定でかつ速く模擬して
出力するための回路から成り立つている。
第2図において、電機子電圧をEa、逆起電圧
とEb、界磁をφ、電機子時定数をTa、電機子回
路電流ゲインをVとすると、V=Ea/Ra・IN(但
しRaは電機子抵抗、INは定格電流)であり、電
流実際値iaは、 ia=V/1+STa(Ea−Eb),Eb=nφ ……(1) であるから、電機子時定数要素9、電機子回路ゲ
イン要素10で式(1)を模擬することができ、この
ときia,Ebの模擬値をi^a,E^bとすると、 i^a=V/1+STa(Ea−E^b),E^b=n^φ ……(2) となる。この式(2)は一次遅れ伝達関数の形をして
おり、従つて式(2)を導出する電機子時定数要素9
および電機子回路ゲイン要素10は一次遅れ要素
を構成していることになる。また、電動機発生ト
ルクτM、負荷トルクτL、速度nの間には n=1/STM(τM−τL) ……(3) の関係があるから、これを起動時定数要素12と
その入力に引き算要素を設けることにより、模擬
することができる。トルク及び速度の模擬値をそ
れぞれ、τ^M,τ^L、n^とすれば n^=1/STM(τ^M−τ^L) ……(4) となり、このときτ^Lは積分要素17の出力により
得られる。更に、要素9、12の入力及び17の
入力12には、(n−n^)をゲインg1〜g3の要素1
4〜16を介して加算している。このようにする
と式(1),(3)より、φ=1のとき、
ia=τL+STMEa/1+STM/V+S2TaTM/V……(5
) n=Ea−(1+STa)1/VτL/1+STM/V+S2
TaTM/V……(6) 式(5),(6)と、第2図の構成の状態観測器8の構成
から得られる次式 i^a=−V/STag1(n−n^) −n^/STa+V/STa(Ea−E^b) ……(7) n^=1/STM(i^a−τL)+g2/STM(n−n^)……(8
) τ^L=−g3/S(n−n^) ……(9) より、 i^a=(1+Sg2/g3+S2g1/g3TM)τ^L+STMEa/
1+STM/V+S2TaTM/V…(10) n^=Ea−1/V〔1+S(Ta+g2/g3−g1/g3・V
)+g2/g3・TaS2〕τ^L/1+STM/V+S2TaTM/V…
……(11) τ^L=(1+STa)τL/1+S(Ta+g2/g3−g1
g3V+V/g3)+S2(g2/g3Ta+1/g3TM+S3TaTM/g3
………(12) となる。式(12)でg1=1に選べば τ^L=(1+STa)τL/(1+STa)(1+Sg2/g
3+S2TM/g3)=τL/1+Sg2/g3+S2TM/g3………(1
2)′ となり、更にg2,g3を適切に選べば、τLを速い速
度で模擬でき、また式(5),(6)式(10),(11)を比較する
とτL,Eaの変化に対して、i^a,n^がia,nを良く
模擬していることが判る。したがつて従来の電流
実際値iaの代わりに、状態観測器8より得られる
模擬値i^aを電流実際値として、電流調節器2へフ
イードバツクすることが出来る。更に積分要素1
7の出力より得られる負荷トルクの模擬値τL
ia*に加算すると、速度調節器1の修正動作に先
行して、外乱としての負荷トルクτ^Lを補償できτL
による回転速度nの変動を抑制できる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、次のよ
うな効果を期待することができる。
本発明においては、電流検出器によつて電流を
検出するのではなしに、電流模擬値を作成してこ
れを用いるために、技術思想的には、電流調節器
から出力される電機子電圧Eaの利用に着目した
ものと云うことができる。
そして構成的には、本発明においては、電流調
節器から出力される電機子電圧Eaを用いて電流
模擬値iaを作成するために、第1A図に示した従
来例に比較して、状態観測器には、電流調節器か
ら出力される電機子電圧Eaを与えられる電機子
時定数模擬要素9と、この電機子時定数模擬要素
9の出力を与えられて電流模擬値iaを出力する電
機子回路ゲイン模擬要素10と、起動時間模擬要
素(積分器)12の出力を与えられて逆起電圧模
擬値Ebを出力する界磁模擬要素13と、界磁模
擬要素13の出力である逆起電圧模擬値Ebを電
機子時定数模擬要素9にフイードバツクする回路
と、速度実際値nと速度模擬値nとの間の速度差
をゲイン要素14を介して電機子時定数模擬要素
9にフイードバツクする速度差フイードバツク回
路とが付加されている。
本発明によれば、新た付加された上記構成要素
により、従来、電流検出器を使つて検出していた
電流値を模擬することができる。その結果、本発
明によれば、電流検出器を不要にすることができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は直流電動機の従来の速度制御装置を示
すブロツク線図、第1A図は直流電動機の速度制
御装置の別の従来例を示すブロツク線図、第2図
はこの発明の一実施例を示すブロツク線図、であ
る。 符号説明、1…速度調節器、2…電流調節器、
3…点弧パルス発生器、4…サイリスタ変換器、
5…直流電動機、6…タコジエネレータ、7…電
流検出器、8…状態観測器、9…電機子時定数模
擬要素、10…電機子回路ゲイン模擬要素、11
…界磁模擬要素、12…起動時間模擬要素、13
…界磁模擬要素、14〜16…ゲイン要素、17
…積分要素。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 電動機の回転速度の指令値と実際値の差を入
    力されて電流指令値を出力する速度調節器と、電
    流調節器とを有して成る速度制御装置において、 次の要素から成る状態観測器8を備え、該観測
    器8により作成された電動機電流の模擬値と前記
    速度調節器から出力される前記電流指令値との差
    を前記電流調節器へ入力して該電流調節器から電
    動機への供給電流の制御出力を生じるようにした
    ことを特徴とする電動機の速度制御装置。 イ 電機子回路時定数に相当する時定数Taを有
    する電機子時定数模擬要素9と電機子回路ゲイ
    ンを有する電機子回路ゲイン模擬要素10とか
    ら成り、前記電流調節器の出力から得られる電
    機子電圧と状態観測器内で得られる電機子逆起
    電圧模擬値とを入力されて電動機電流の模擬値
    を出力する一次遅れ要素9,10、 ロ 機械系の慣性モーメントに相当する積分時間
    TMを有し、前記一次遅れ要素が出力する電動
    機電流の模擬値に第1の界磁模擬要素11にて
    界磁磁束相当の係数を掛けて得られる電動機ト
    ルク模擬値と状態観測器内で得られる負荷トル
    ク模擬値との差を積分することにより電動機回
    転速度の模擬値を出力する第1の積分要素1
    2、 ハ 前記第1の積分要素から出力される電動機回
    転速度の模擬値に界磁磁束相当の係数を掛けて
    得られる値を、前記一次遅れ要素に、前記電機
    子逆起電圧模擬値として与える第2の界磁模擬
    要素13、 ニ 前記電動機回転速度の実際値と前記第1の積
    分要素から出力される電動機回転速度の模擬値
    との差に所定のゲインを掛けた値を前記一次遅
    れ要素にフイードバツクする第1のゲイン要素
    14、 ホ 前記電動機回転速度の実際値と前記電動機回
    転速度の模擬値との差に所定のゲインを掛けた
    値を前記第1の積分要素にフイードバツクする
    第2のゲイン要素15、 ヘ 前記電動機回転速度の実際値と前記電動機回
    転速度の模擬値との差に所定のゲインを掛けた
    値を出力する第3のゲイン要素16、 ト 前記第3のゲイン要素の出力を積分すること
    により得られる値を、前記負荷トルクの模擬値
    として、前記第1の積分要素に入力する第2の
    積分要素17。
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JPS57199486A JPS57199486A (en) 1982-12-07
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Families Citing this family (4)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62104596U (ja) * 1985-12-20 1987-07-03
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