JPS62118783A - 直流 電動機 の制御装置 - Google Patents
直流 電動機 の制御装置Info
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- JPS62118783A JPS62118783A JP61228806A JP22880686A JPS62118783A JP S62118783 A JPS62118783 A JP S62118783A JP 61228806 A JP61228806 A JP 61228806A JP 22880686 A JP22880686 A JP 22880686A JP S62118783 A JPS62118783 A JP S62118783A
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- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P7/00—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors
- H02P7/06—Arrangements 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
- H02P7/18—Arrangements 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
- H02P7/24—Arrangements 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
- H02P7/28—Arrangements 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
- H02P7/2805—Arrangements 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
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
本発明は電動機速度の自動制御ループの内側に電動機の
トルクもしくは電流の自動制御ループが設けられている
ような電動機の制御装置に関する。
トルクもしくは電流の自動制御ループが設けられている
ような電動機の制御装置に関する。
線材、棒鋼などの圧延機の駆動にはサイリスクレオナー
ド直流他動電動機が使用される。圧延材は複数スタンド
にまたがっており、各圧延機の回転速度は負荷によらず
一定に制御されることが望まれる。 圧延材先端が圧延ロールにかみ込んだ瞬間には圧延ロー
ルの速度は瞬時降下し、過渡的に変動する。生産性の向
上、製品品質の向上のために、高速圧延が要求されるよ
うになってくると、圧延材かみこみ時の急峻な負荷トル
ク変動分による圧延ロールの速度瞬時降下（インパクト
ドロップ）、速度回復時間（リカバリータイム）を出来
るだけ小さく制御する必要がある。 従来、直流他動電動機の速度制御には、電流制御系をマ
イナーループとしてもつサイリスクレオナードによる速
度制御装置が使用され、連応性の高い制御が行われてい
るが、速度調節器が比例積分動作のために、負荷急変時
の速度変動に対する修正動作に時間遅れが伴い、速度変
動を小さくするには限界がある。 このような欠点を除去するものとして、たとえば、特願
昭５４−５４９２号（特開昭５４−１０９１１８号）に
よれば、電動機の速度の自動制御ループを構成する調節
器として純粋なＰ調節器を用い、かつ、電動機の起動時
定数を模擬する回路を含み電動機の速度および電流の検
出値を入力信号として受け取って電動機の負荷トルク相
当の推定値を出力信号として発生する状態観測器を設け
、その状態観測器の出力信号を、電動機の速度の自動制
御ループを構成する調節器の出力信号に加算して、電動
機のトルクもしくは電流の自動制御ループを構成する電
流調節器に与える直流電動機の制御装置が既に提案され
ている。 第２図はこの既提案に係る直流電動機の制御装置の要部
ブロック図である。この第２図において、破線枠ｌは速
度制御系を示し、破線枠２０は状態観測器（オブザーバ
）を示す。自動速度制御ループを構成するための主調節
器、すなわち速度調節器３０は純粋なＰ調節器である。 自動速度制御ループの内側のループ（マイナループ）と
してトルクもしくは電流の自動制御ループが設けられて
いる。 ここでは電流調節器４により電機子電流の制御ループが
構成されている。電流調節器４としては同様にｐｒ調節
器が用いられる。電流調節器４によって制御されるサイ
リスク整流装置５は伝達関数ｅＸＩ）（−５ｒＬ）を有
するむだ時間要素として図示されている。このサイリス
ク整流装置から電機子回路に電圧Ｅａを供給され速度ω
で回転する直流電動機は、伝達関数（１／Ｒａ）／（１
＋５Ｔａ）を有する電機子回路６と、磁束φを係数とす
る比例要素７と、伝達関数１ ／ （Ｓ ＴＪ ）を有
する起動時定数回路（機械系）８とで原理的に図解され
ている。すなわち、供給電圧Ｅａと起動Ｅω＝φ・ωと
の差電圧を一次遅れ要素６に与えることにより電機子電
流ｉａが生じ、これにφを乗算することにより電動機ト
ルクτＨ−φ・ｉａが生じ、この電動機トルクτ、と負
荷トルクτえとの差が積分時間Ｔ、＋（起動時定数）を
有する積分要素８に印加され、この積分要素８の出力が
速度ωとなるというらうに考えることができる。速度実
際直流他動電動機ωは速度調節器３ｏの入力側に導かれ
・速度目標値ωりと比較される。速度調節器３ｏは速度
制御偏差ω１−ωに応じて電機子電流目標値ｉａ”を出
力する。電機子電流実際値ｉａは電流調節器４の入力側
に導がれ、電流目標値ｉａ”と比較される。電流調節器
４は電流制御偏差ｉａ”−ｉａに応じてサイリスク整流
装置５のための制御信号を発生する。 第２図の既提案においては、上述の速度制御系１に対し
、状態観測器（オブザーバ＞ ２０を組み合せて負荷外
乱を補償するようにしている。 状態観測器２０は、電流実際値ｉａ、速度実際値ωを入
力とし、負荷外乱量τｔの推定値τＬを出力する。この
τえを、純粋なＰ調節器から成る速度調節器３０の出力
信号即ち電流指令値ｉａ”に加算するようにしている。 状態観測器の構成は、起動時定数等価モデル１２、ゲイ
ンｇ＋、ｇｚの増巾器１３，１４ 、積分器１５、ゲイ
ン１の反転増巾器１１より成り立っている。 状態観測器の動作は、次のようになる。今、例えば負荷
トルクτＬが急増すると、速度実際値は減少し、このた
め、ε＝ω−ω〈０の偏差信号がでる。この偏差信号ε
を極性反転してゲインｇ２の増巾器１４、積分器１５を
介して電流実際値ｉａと比較する。積分器１５の出力は
速度調節器出力信号に加算されて、電流指令値ｉａ“は
増加し、電流実際値ｉａは増加する。界磁φが一定のと
きは、積分器１５の出力は負荷トルク相当値１児で、ｉ
ａの増加に応じてτ冒よ増加し、ωは減少方向に動き、
ω−ωとなる。最終的には積分器１２．１５の入力はゼ
ロになり平衡する結果、τＬ＝τＬ、ω＝ωとなる。 増巾要素ｇ、はオブザーバ−内のループにある２ケの積
分要素により生じる自動振動を抑制し、安定化を計るた
めに付は加えられている。
ド直流他動電動機が使用される。圧延材は複数スタンド
にまたがっており、各圧延機の回転速度は負荷によらず
一定に制御されることが望まれる。 圧延材先端が圧延ロールにかみ込んだ瞬間には圧延ロー
ルの速度は瞬時降下し、過渡的に変動する。生産性の向
上、製品品質の向上のために、高速圧延が要求されるよ
うになってくると、圧延材かみこみ時の急峻な負荷トル
ク変動分による圧延ロールの速度瞬時降下（インパクト
ドロップ）、速度回復時間（リカバリータイム）を出来
るだけ小さく制御する必要がある。 従来、直流他動電動機の速度制御には、電流制御系をマ
イナーループとしてもつサイリスクレオナードによる速
度制御装置が使用され、連応性の高い制御が行われてい
るが、速度調節器が比例積分動作のために、負荷急変時
の速度変動に対する修正動作に時間遅れが伴い、速度変
動を小さくするには限界がある。 このような欠点を除去するものとして、たとえば、特願
昭５４−５４９２号（特開昭５４−１０９１１８号）に
よれば、電動機の速度の自動制御ループを構成する調節
器として純粋なＰ調節器を用い、かつ、電動機の起動時
定数を模擬する回路を含み電動機の速度および電流の検
出値を入力信号として受け取って電動機の負荷トルク相
当の推定値を出力信号として発生する状態観測器を設け
、その状態観測器の出力信号を、電動機の速度の自動制
御ループを構成する調節器の出力信号に加算して、電動
機のトルクもしくは電流の自動制御ループを構成する電
流調節器に与える直流電動機の制御装置が既に提案され
ている。 第２図はこの既提案に係る直流電動機の制御装置の要部
ブロック図である。この第２図において、破線枠ｌは速
度制御系を示し、破線枠２０は状態観測器（オブザーバ
）を示す。自動速度制御ループを構成するための主調節
器、すなわち速度調節器３０は純粋なＰ調節器である。 自動速度制御ループの内側のループ（マイナループ）と
してトルクもしくは電流の自動制御ループが設けられて
いる。 ここでは電流調節器４により電機子電流の制御ループが
構成されている。電流調節器４としては同様にｐｒ調節
器が用いられる。電流調節器４によって制御されるサイ
リスク整流装置５は伝達関数ｅＸＩ）（−５ｒＬ）を有
するむだ時間要素として図示されている。このサイリス
ク整流装置から電機子回路に電圧Ｅａを供給され速度ω
で回転する直流電動機は、伝達関数（１／Ｒａ）／（１
＋５Ｔａ）を有する電機子回路６と、磁束φを係数とす
る比例要素７と、伝達関数１ ／ （Ｓ ＴＪ ）を有
する起動時定数回路（機械系）８とで原理的に図解され
ている。すなわち、供給電圧Ｅａと起動Ｅω＝φ・ωと
の差電圧を一次遅れ要素６に与えることにより電機子電
流ｉａが生じ、これにφを乗算することにより電動機ト
ルクτＨ−φ・ｉａが生じ、この電動機トルクτ、と負
荷トルクτえとの差が積分時間Ｔ、＋（起動時定数）を
有する積分要素８に印加され、この積分要素８の出力が
速度ωとなるというらうに考えることができる。速度実
際直流他動電動機ωは速度調節器３ｏの入力側に導かれ
・速度目標値ωりと比較される。速度調節器３ｏは速度
制御偏差ω１−ωに応じて電機子電流目標値ｉａ”を出
力する。電機子電流実際値ｉａは電流調節器４の入力側
に導がれ、電流目標値ｉａ”と比較される。電流調節器
４は電流制御偏差ｉａ”−ｉａに応じてサイリスク整流
装置５のための制御信号を発生する。 第２図の既提案においては、上述の速度制御系１に対し
、状態観測器（オブザーバ＞ ２０を組み合せて負荷外
乱を補償するようにしている。 状態観測器２０は、電流実際値ｉａ、速度実際値ωを入
力とし、負荷外乱量τｔの推定値τＬを出力する。この
τえを、純粋なＰ調節器から成る速度調節器３０の出力
信号即ち電流指令値ｉａ”に加算するようにしている。 状態観測器の構成は、起動時定数等価モデル１２、ゲイ
ンｇ＋、ｇｚの増巾器１３，１４ 、積分器１５、ゲイ
ン１の反転増巾器１１より成り立っている。 状態観測器の動作は、次のようになる。今、例えば負荷
トルクτＬが急増すると、速度実際値は減少し、このた
め、ε＝ω−ω〈０の偏差信号がでる。この偏差信号ε
を極性反転してゲインｇ２の増巾器１４、積分器１５を
介して電流実際値ｉａと比較する。積分器１５の出力は
速度調節器出力信号に加算されて、電流指令値ｉａ“は
増加し、電流実際値ｉａは増加する。界磁φが一定のと
きは、積分器１５の出力は負荷トルク相当値１児で、ｉ
ａの増加に応じてτ冒よ増加し、ωは減少方向に動き、
ω−ωとなる。最終的には積分器１２．１５の入力はゼ
ロになり平衡する結果、τＬ＝τＬ、ω＝ωとなる。 増巾要素ｇ、はオブザーバ−内のループにある２ケの積
分要素により生じる自動振動を抑制し、安定化を計るた
めに付は加えられている。
【発明が解決しようとする問題点］
ところで、本発明者等が第２図に示された従来技術の制
御装置について実際に製作して、実験を行ってみたとこ
ろ、第２図の制御装置においては、τ２＝τえとはなら
ず、τＬとてえとの間にオフセントが発生することが見
出された。 そこで、本発明者等はこの原因を追求すべく種々の実験
と検討を重ねた結果、従来技術の制御装置は速度調節器
３０を純粋なＰ調節器として構成すること、つまり速度
調節器３０に積分動作を行わせないことによって速度目
標値のステップ状変化の際に速度調節の制御挙動の行過
ぎを少なくするようにしたものであるが、かかるオフセ
ットの原因は状態観測器における時定数に起因する演算
誤差の問題と速度調節器をＰ調節器として構成したこと
とにあることを突き止めた。 すなわち、第２図の制御装置において、負荷外乱τ、と
その推定値τＬとの関係は、次の演算式％式％ ここで、電動機の起動時定数回路８の時定数Ｔ。 と積分回路（起動時定数模擬回路）１２の時定数は、第
１式は第２式に変形できる。 ｇｚ ｇｚ 第２式において時間を無限大とすると、第２式は第３式
となる。 τＬ：τＬ（３） しかしながら、実際問題としては、電動機の起動時定数
回路８の時定数Ｔ、に積分回路（起動時定数模擬回路）
１２の時定数Ｔ、を完全に一致させて模擬することは極
めて困難である。厳密にはＴＪ≠Ｔ、となってしまうこ
とが多い。 そこで、Ｔ、とＴ、との偏差を考慮して、ＴＪ−Ｔ、（
１＋Δ）と設定する。この関係を第１式に代入すると、
第１式は第４式に変形される。 へ （１＋Δ）τ、＋（１−（１＋Δ））τ４ｇｚ
ｇｚ ｇｚ ｇｚ ここで、第４式において、前述の場合と同様に、時間を
無限とすると、第４式は第５式となる。 τ、；τ、＋Δ（τ、−τ、 ） （５）こ
のように、第２図の制御装置においては、電動機の起動
時定数回路８の時定数Ｔ、に積分回路（起動時定数模擬
回路）１２の時定数Ｔ、を完全に一致させて模擬するこ
とができない場合には、たとえば第５式の右辺第２項の
Δ（τ、−τＨ）なるオフセットが生じてしまう。 ところが、第２図の制御装置は速度制御調節器３０とし
て純粋なＰ調節器を使用することが原理となっており、
そのためにかかるオフセットを除去することができない
。それゆえ、第２図の制御装置においては負荷外乱の影
響を完全に除去できない。 そこで、本発明は、上述した点に鑑みてなされ、負荷急
変時の速度インバク１−トコツブおよびリカバリータイ
ムをより小さく抑制することができるようにすると共に
、たとえば、電動機の起動時定数回路の時定数ＴＪに積
分回路（起動時定数模擬回路）１２の時定数Ｔ、を完全
に一致させて模１疑することができない場合でも、負荷
外乱量とその推定値とを一致させることができるような
直流電動機の制御装置を提供することを目的とする。 【問題点を解決するための手段】 このような目的を達成するために、本発明は、電動機の
速度の自動制御ループを構成する調節器としてＰＩ調節
器を用い、かつ、電動機の起動時定数を模擬する起動時
定数模擬回路を含み電動機の速度および電流の検出値を
入力信号として受け取って電動機の負荷トルク相当の推
定値を出力信号として発生する状態観測器を設け、その
状態観測器の出力信号を、電動機の速度の自動制御ルー
プを構成する調節器の出力信号に加算して、電動機のト
ルクもしくは電流の自動制御ループを構成する電流調節
器に与えるようにしたことを特徴とする。
御装置について実際に製作して、実験を行ってみたとこ
ろ、第２図の制御装置においては、τ２＝τえとはなら
ず、τＬとてえとの間にオフセントが発生することが見
出された。 そこで、本発明者等はこの原因を追求すべく種々の実験
と検討を重ねた結果、従来技術の制御装置は速度調節器
３０を純粋なＰ調節器として構成すること、つまり速度
調節器３０に積分動作を行わせないことによって速度目
標値のステップ状変化の際に速度調節の制御挙動の行過
ぎを少なくするようにしたものであるが、かかるオフセ
ットの原因は状態観測器における時定数に起因する演算
誤差の問題と速度調節器をＰ調節器として構成したこと
とにあることを突き止めた。 すなわち、第２図の制御装置において、負荷外乱τ、と
その推定値τＬとの関係は、次の演算式％式％ ここで、電動機の起動時定数回路８の時定数Ｔ。 と積分回路（起動時定数模擬回路）１２の時定数は、第
１式は第２式に変形できる。 ｇｚ ｇｚ 第２式において時間を無限大とすると、第２式は第３式
となる。 τＬ：τＬ（３） しかしながら、実際問題としては、電動機の起動時定数
回路８の時定数Ｔ、に積分回路（起動時定数模擬回路）
１２の時定数Ｔ、を完全に一致させて模擬することは極
めて困難である。厳密にはＴＪ≠Ｔ、となってしまうこ
とが多い。 そこで、Ｔ、とＴ、との偏差を考慮して、ＴＪ−Ｔ、（
１＋Δ）と設定する。この関係を第１式に代入すると、
第１式は第４式に変形される。 へ （１＋Δ）τ、＋（１−（１＋Δ））τ４ｇｚ
ｇｚ ｇｚ ｇｚ ここで、第４式において、前述の場合と同様に、時間を
無限とすると、第４式は第５式となる。 τ、；τ、＋Δ（τ、−τ、 ） （５）こ
のように、第２図の制御装置においては、電動機の起動
時定数回路８の時定数Ｔ、に積分回路（起動時定数模擬
回路）１２の時定数Ｔ、を完全に一致させて模擬するこ
とができない場合には、たとえば第５式の右辺第２項の
Δ（τ、−τＨ）なるオフセットが生じてしまう。 ところが、第２図の制御装置は速度制御調節器３０とし
て純粋なＰ調節器を使用することが原理となっており、
そのためにかかるオフセットを除去することができない
。それゆえ、第２図の制御装置においては負荷外乱の影
響を完全に除去できない。 そこで、本発明は、上述した点に鑑みてなされ、負荷急
変時の速度インバク１−トコツブおよびリカバリータイ
ムをより小さく抑制することができるようにすると共に
、たとえば、電動機の起動時定数回路の時定数ＴＪに積
分回路（起動時定数模擬回路）１２の時定数Ｔ、を完全
に一致させて模１疑することができない場合でも、負荷
外乱量とその推定値とを一致させることができるような
直流電動機の制御装置を提供することを目的とする。 【問題点を解決するための手段】 このような目的を達成するために、本発明は、電動機の
速度の自動制御ループを構成する調節器としてＰＩ調節
器を用い、かつ、電動機の起動時定数を模擬する起動時
定数模擬回路を含み電動機の速度および電流の検出値を
入力信号として受け取って電動機の負荷トルク相当の推
定値を出力信号として発生する状態観測器を設け、その
状態観測器の出力信号を、電動機の速度の自動制御ルー
プを構成する調節器の出力信号に加算して、電動機のト
ルクもしくは電流の自動制御ループを構成する電流調節
器に与えるようにしたことを特徴とする。
本発明においては、速度調節器としてＰＩ調節器が使用
される。 従って、本発明においては、電動機の起動時定数回路の
時定数ＴＪに積分回路（起動時定数模擬回路）の時定数
Ｔ、を完全に一致させて模擬することができず、負荷外
乱量τ、とその推定量τ１との間に偏差（オフセット）
が生じても、速度調節器の積分作用（１）により、かか
るオフセットは除去される。
される。 従って、本発明においては、電動機の起動時定数回路の
時定数ＴＪに積分回路（起動時定数模擬回路）の時定数
Ｔ、を完全に一致させて模擬することができず、負荷外
乱量τ、とその推定量τ１との間に偏差（オフセット）
が生じても、速度調節器の積分作用（１）により、かか
るオフセットは除去される。
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図は本発明の一実施例のブロック構成図であり、第
２図は本発明の効果の１つを説明するための特性図であ
る。第１図において、第３図の各部分と同一機能を存す
る部分には同一符号が付されている。 第１図の実施例が第３図の従来技術と主に異なる点は、 速度調節器３がＰＩ調節器として構成されている点であ
る。 以下において、第１図の構成を第２図と同様にして説明
する。破線枠ｌは速度制御系を示し、破線枠２は本発明
に係る状態観測器（オブザーバ）を示す。自動速度制御
ループを構成するための主調節器、すなわち速度調節器
３は本発明に基づきｐｒ調節器である。自動速度制御ル
ープの内側のループ（マイナループ）としてトルクもし
くは電流の自動制御ループが設けられている。本実施例
では電流調節器４により電機子電流の制御ループが構成
されている。電流調節器４としては同様にＰＩ調節器が
用いられる。電流調節器４によって制御されるサイリス
ク整流装置５は伝達関数ｅｘｐ（５ＴＬ）を有するむだ
時間要素として図示されている。このサイリスク整流装
置から電機子回路に電圧Ｅａを供給され速度ωで回転す
る直流電動機は、伝達関数（］／Ｒａ）／ （１＋５Ｔ
ａ）を有する電機子回路６と、磁束φを係数とする比例
要素７と、伝達関数１／ （ＳＴ、） を有する起動
時定数回路（ａ械系）８とで原理的に図解されている。 すなわち、供給電圧Ｅａと起動Ｅω−φ・ωとの差電圧
を一次遅れ要素６に与えることにより電機子電流ｉａが
生じ、これにφを乗算することにより電動機トルクτＨ
＝φ・ｉａが生じ、この電動機トルクτ４と負荷ｌ−ル
クτＬとの差が積分時間ＴＪ （起動時定数）を有す
る積分要素８に印加され、この積分要素８の出力が速度
ωとなるというように考えることができる。速度実際値
ωは１／（１＋ＳＴＦω）なる−次遅れ要素として図示
された速度検出用フィルタ１０を介して速度調節器３の
入力端に導かれ、速度目標値ω４と比較される。速度調
節器３は速度制御偏差ω”−ωに応じて電機子電流目標
値ｉａ”を出力する。電機子電流実際値ｉａは伝達関数
１ ／ （１＋ Ｓ ＴＦＣ）なる−次遅れ要素として
図示された電流検出用フィルタ９を介して電流調節器４
の入力側に導かれ、電流目標値ｉａ’″と比較される。 電流調節器４は電流制御偏差ｉａ”−ｉａに応じてサイ
リスク整流装置５のための制御信号を発生する。 本発明は、上述の速度制御系ｌに対し、２の状態観測器
（オブザーバ）を組み合せて負荷外乱を補償するように
したものである。 状態観測器は、電流実際値ｉａ、速度実際値ωを入力と
し、負荷外乱量τｌの推定値τえ及びそτＬ＋τＬを、
従来の速度調節器の出力信号即ち電流指令値ｉａ”に加
算するようにしている。 状態観測器の構成は、起動時定数等価モデル１２、ゲイ
ンｇ ｒ ＋ ｇ ２の増巾器１３，１４ 、積分器１
５、不感帯演算要素１６、ゲイン１の反転増ｌＪ器１１
より成り立っている。 状態観測器の動作は、次のようになる。今、例えば負荷
トルクτｌが急増すると、速度実際値は減少し、このた
め、ε−ω−ωく０の偏差信号がでる。この偏差信号ε
を極性反転してゲインｇ２の増巾器１４、積分器１５を
介して電流実際値ｉａと比較する。積分器１５の出力は
速度調節器出力信号に加算されて、電流指令ｉａ”は増
加し、電流実際値ｉａは増加する。界磁φが一定のとき
は、積分器１５の出力は負荷トルク相当値τ處で、ｉａ
の増加に応じてτ２は増加し、ωは減少方向に動き、ω
−ωとなる。最終的には積分器１２．１５の入力はゼロ
になり平衡する結果、τＬ＝τえ、ω＝ωとなる。 増巾要素ｇ＋ はオブザーバ−内のループにある２ケの
積分要素により生じる自動振動を抑制し、安定化を計る
ために付は加えられている。 積分要素１５の入力信号はトルク外乱世の微分値である
から、これをτＬに加算してτｉ＋τＬを電流指令値ｒ
ａ“に加算するようにしているので、負荷外乱急変時に
ｉａを突き上げるように動作して、速度のインパクトド
ロップをより減少させる効果がある。この場合τえは不
感帯要素１６を介するようにして、ωの検出用タコジェ
ネレータに含まれるリップルの影響を受けないようにし
ている。 本発明によれば、従来の速度制御ループに負荷外乱τえ
の推定値τえとその微分値τＬを、電流、速度実際値ｉ
ａ、ωから演算によりとりだすようにした状態観測器を
追加し、τｌ＋τｔを速度調節器出力に加算するように
したため、速度調節器出力はほとんど零付近にあって動
かず、負荷急変時にはオブザーバよりの補償信号τ兇＋
τｔで速度のインパクトドロップ、リカバリータイムが
減少する。 オブザーバによる推定値τＬが、正確に得られなくても
、速度調節器の積分作用により速度実際値は精度よく設
定値に制御される。
２図は本発明の効果の１つを説明するための特性図であ
る。第１図において、第３図の各部分と同一機能を存す
る部分には同一符号が付されている。 第１図の実施例が第３図の従来技術と主に異なる点は、 速度調節器３がＰＩ調節器として構成されている点であ
る。 以下において、第１図の構成を第２図と同様にして説明
する。破線枠ｌは速度制御系を示し、破線枠２は本発明
に係る状態観測器（オブザーバ）を示す。自動速度制御
ループを構成するための主調節器、すなわち速度調節器
３は本発明に基づきｐｒ調節器である。自動速度制御ル
ープの内側のループ（マイナループ）としてトルクもし
くは電流の自動制御ループが設けられている。本実施例
では電流調節器４により電機子電流の制御ループが構成
されている。電流調節器４としては同様にＰＩ調節器が
用いられる。電流調節器４によって制御されるサイリス
ク整流装置５は伝達関数ｅｘｐ（５ＴＬ）を有するむだ
時間要素として図示されている。このサイリスク整流装
置から電機子回路に電圧Ｅａを供給され速度ωで回転す
る直流電動機は、伝達関数（］／Ｒａ）／ （１＋５Ｔ
ａ）を有する電機子回路６と、磁束φを係数とする比例
要素７と、伝達関数１／ （ＳＴ、） を有する起動
時定数回路（ａ械系）８とで原理的に図解されている。 すなわち、供給電圧Ｅａと起動Ｅω−φ・ωとの差電圧
を一次遅れ要素６に与えることにより電機子電流ｉａが
生じ、これにφを乗算することにより電動機トルクτＨ
＝φ・ｉａが生じ、この電動機トルクτ４と負荷ｌ−ル
クτＬとの差が積分時間ＴＪ （起動時定数）を有す
る積分要素８に印加され、この積分要素８の出力が速度
ωとなるというように考えることができる。速度実際値
ωは１／（１＋ＳＴＦω）なる−次遅れ要素として図示
された速度検出用フィルタ１０を介して速度調節器３の
入力端に導かれ、速度目標値ω４と比較される。速度調
節器３は速度制御偏差ω”−ωに応じて電機子電流目標
値ｉａ”を出力する。電機子電流実際値ｉａは伝達関数
１ ／ （１＋ Ｓ ＴＦＣ）なる−次遅れ要素として
図示された電流検出用フィルタ９を介して電流調節器４
の入力側に導かれ、電流目標値ｉａ’″と比較される。 電流調節器４は電流制御偏差ｉａ”−ｉａに応じてサイ
リスク整流装置５のための制御信号を発生する。 本発明は、上述の速度制御系ｌに対し、２の状態観測器
（オブザーバ）を組み合せて負荷外乱を補償するように
したものである。 状態観測器は、電流実際値ｉａ、速度実際値ωを入力と
し、負荷外乱量τｌの推定値τえ及びそτＬ＋τＬを、
従来の速度調節器の出力信号即ち電流指令値ｉａ”に加
算するようにしている。 状態観測器の構成は、起動時定数等価モデル１２、ゲイ
ンｇ ｒ ＋ ｇ ２の増巾器１３，１４ 、積分器１
５、不感帯演算要素１６、ゲイン１の反転増ｌＪ器１１
より成り立っている。 状態観測器の動作は、次のようになる。今、例えば負荷
トルクτｌが急増すると、速度実際値は減少し、このた
め、ε−ω−ωく０の偏差信号がでる。この偏差信号ε
を極性反転してゲインｇ２の増巾器１４、積分器１５を
介して電流実際値ｉａと比較する。積分器１５の出力は
速度調節器出力信号に加算されて、電流指令ｉａ”は増
加し、電流実際値ｉａは増加する。界磁φが一定のとき
は、積分器１５の出力は負荷トルク相当値τ處で、ｉａ
の増加に応じてτ２は増加し、ωは減少方向に動き、ω
−ωとなる。最終的には積分器１２．１５の入力はゼロ
になり平衡する結果、τＬ＝τえ、ω＝ωとなる。 増巾要素ｇ＋ はオブザーバ−内のループにある２ケの
積分要素により生じる自動振動を抑制し、安定化を計る
ために付は加えられている。 積分要素１５の入力信号はトルク外乱世の微分値である
から、これをτＬに加算してτｉ＋τＬを電流指令値ｒ
ａ“に加算するようにしているので、負荷外乱急変時に
ｉａを突き上げるように動作して、速度のインパクトド
ロップをより減少させる効果がある。この場合τえは不
感帯要素１６を介するようにして、ωの検出用タコジェ
ネレータに含まれるリップルの影響を受けないようにし
ている。 本発明によれば、従来の速度制御ループに負荷外乱τえ
の推定値τえとその微分値τＬを、電流、速度実際値ｉ
ａ、ωから演算によりとりだすようにした状態観測器を
追加し、τｌ＋τｔを速度調節器出力に加算するように
したため、速度調節器出力はほとんど零付近にあって動
かず、負荷急変時にはオブザーバよりの補償信号τ兇＋
τｔで速度のインパクトドロップ、リカバリータイムが
減少する。 オブザーバによる推定値τＬが、正確に得られなくても
、速度調節器の積分作用により速度実際値は精度よく設
定値に制御される。
以上に説明したように、本発明においては、速度調節器
としてＰＩ調節器が使用される。 従って、本発明によれば、電動機の起動時定数回路の時
定数Ｔ、に積分回路（起動時定数模擬回路）の時定数Ｔ
Ｊを完全に一致させて模擬することができず、負荷外乱
量τ、とその推定値５との間に偏差（オフセット）が生
じても、速度調節器の積分作用（１）により、かかるオ
フセットを除去することができる。それゆえ、負荷外乱
の影響を完全に除去することができる。
としてＰＩ調節器が使用される。 従って、本発明によれば、電動機の起動時定数回路の時
定数Ｔ、に積分回路（起動時定数模擬回路）の時定数Ｔ
Ｊを完全に一致させて模擬することができず、負荷外乱
量τ、とその推定値５との間に偏差（オフセット）が生
じても、速度調節器の積分作用（１）により、かかるオ
フセットを除去することができる。それゆえ、負荷外乱
の影響を完全に除去することができる。
第１図は本発明の一実施例のブロック構成図、第２図は
従来の直流電動機の制御装置のブロック構成図である。 ■ −自動速度制御系、２− 状態観測器、３− 速度
調節器、４− 電流調節器、５− サイリスク整流装置
、６− 電機子回路、８− 起動時定数回路、９−・・
電流検出用フィルタ、ｉｏ −＝速度検出用フィルタ、
１１・・−反転地中器、１２−・積分器（起動時定数模
擬回路） 、１３．１４ −・−増巾器、１５・−積分
器、１６− 不感帯要素。
従来の直流電動機の制御装置のブロック構成図である。 ■ −自動速度制御系、２− 状態観測器、３− 速度
調節器、４− 電流調節器、５− サイリスク整流装置
、６− 電機子回路、８− 起動時定数回路、９−・・
電流検出用フィルタ、ｉｏ −＝速度検出用フィルタ、
１１・・−反転地中器、１２−・積分器（起動時定数模
擬回路） 、１３．１４ −・−増巾器、１５・−積分
器、１６− 不感帯要素。
Claims (1)
- １）電動機速度の自動制御ループの内側に電動機のトル
クもしくは電流の自動制御ループが設けられている直流
電動機の制御装置において、電動機の速度の自動制御ル
ープを構成する調節器としてＰＩ調節器を用い、かつ、
電動機の起動時定数を模擬する起動時定数模擬回路を含
み電動機の速度および電流の検出値を入力信号として受
け取って電動機の負荷トルク相当の推定値を出力信号と
して発生する状態観測器を設け、その状態観測器の出力
信号を、電動機の速度の自動制御ループを構成する調節
器の出力信号に加算して、電動機のトルクもしくは電流
の自動制御ループを構成する電流調節器に与えることを
特徴とする直流電動機の制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61228806A JPS62118783A (ja) | 1986-09-27 | 1986-09-27 | 直流 電動機 の制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61228806A JPS62118783A (ja) | 1986-09-27 | 1986-09-27 | 直流 電動機 の制御装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6969679A Division JPS55162894A (en) | 1979-06-04 | 1979-06-04 | Controller for dc motor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62118783A true JPS62118783A (ja) | 1987-05-30 |
Family
ID=16882144
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61228806A Pending JPS62118783A (ja) | 1986-09-27 | 1986-09-27 | 直流 電動機 の制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62118783A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01303084A (ja) * | 1988-05-30 | 1989-12-06 | Fanuc Ltd | デジタルサーボ制御方法 |
| US7219761B2 (en) | 2000-07-21 | 2007-05-22 | Nsk Ltd. | Motor-operated power steering apparatus |
| US7237646B2 (en) | 2000-07-21 | 2007-07-03 | Nsk, Ltd. | Electrically driven power steering apparatus |
| US7242161B2 (en) | 2002-09-19 | 2007-07-10 | Nsk, Ltd. | Control device for motorized power steering device |
| JP2018186627A (ja) * | 2017-04-25 | 2018-11-22 | アイシン精機株式会社 | 回転電機制御装置 |
-
1986
- 1986-09-27 JP JP61228806A patent/JPS62118783A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01303084A (ja) * | 1988-05-30 | 1989-12-06 | Fanuc Ltd | デジタルサーボ制御方法 |
| US7219761B2 (en) | 2000-07-21 | 2007-05-22 | Nsk Ltd. | Motor-operated power steering apparatus |
| US7237646B2 (en) | 2000-07-21 | 2007-07-03 | Nsk, Ltd. | Electrically driven power steering apparatus |
| US7242161B2 (en) | 2002-09-19 | 2007-07-10 | Nsk, Ltd. | Control device for motorized power steering device |
| JP2018186627A (ja) * | 2017-04-25 | 2018-11-22 | アイシン精機株式会社 | 回転電機制御装置 |
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