(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一駆動系または連続製造ライン駆動系において、無負荷時の駆動モータ主回路電圧をVa、主回路電流をI、実績回転数をN、駆動モータの主回路抵抗をRaとしたとき、式 974(VaI-I2Ra-2I)/Nの演算によって無負荷損を算出し、また、上記駆動モータの負荷損を式 974(I2Ra+2I)/Nの演算によって時々刻々算出し、これら無負荷損と負荷損とからメカロス補償量を求めるようにしたことを特徴とするメカロス補償量算出装置。
【請求項２】
請求項１のメカロス補償量算出装置の出力を、単一駆動系または連続製造ライン駆動系の駆動モータの可変速装置内電流制御装置に入力するようにしたことを特徴とするメカロス補償制御装置。
【請求項３】
連続製造ライン駆動系が速度制御と張力制御を行うものであることを特徴とする請求項２記載のメカロス補償制御装置。
【請求項４】
連続製造ライン駆動系が巻戻しロールまたは巻取りロールの張力制御を行うものであることを特徴とする請求項２記載のメカロス補償制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
この発明は、単一駆動系および連続製造ライン駆動系において、例えば、速度制御精度、張力制御精度、および揃速精度の向上を図るメカロス補償量算出装置およびメカロス補償制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
単一駆動系および連続製造ライン駆動系の代表的な制御ブロックの例を下記に述べる。図６は、速度制御系の制御ブロック図である。図において、１は速度設定器、５は可変速装置内の速度制御装置、６は可変速装置内の電流制御装置、７は可変速装置内サイリスタ主回路、８は駆動モータ、９は速度検出装置である。
【０００３】
次に、図６の動作を説明する。速度設定器１からの速度指示値が、可変速装置内速度制御装置５に出力される。この速度制御装置５の出力は電流制御装置６、可変速装置内サイリスタ主回路７によりモータ主回路電流に変換され、最終的に駆動モータ８に出力される。駆動モータ８の回転速度は、速度検出装置９により検出され、その速度実績Ｎが速度制御装置５に帰還され、速度設定器１の設定値と同一になるように制御される。
【０００４】
図７は、連続製造ラインにおける速度制御と張力制御の制御ブロック図である。図において、２は製造ライン材料の張力実績値、３は測定された張力実績値、４は比例積分器である。なお、図６と同一の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。
【０００５】
次に、図７の動作を説明する。張力実績値３が張力設定値２と同一となるように比例積分器４の出力が、補正値として速度設定器１の設定値に加算され、可変速装置内速度制御装置５に出力される。この速度制御装置５の出力は電流制御装置６、可変速装置内サイリスタ主回路７によりモータ主回路電流に変換され、最終的に駆動モータ８に出力される。モータ８の回転速度は、速度検出装置９により検出され、その速度実績Ｎが速度制御装置５に帰還され、速度設定器１の設定値と同一になるように制御される。
【０００６】
図８は、連続製造ラインにおける巻き戻しまたは巻き取り張力制御の制御ブロック図である。図において、１５は張力−トルク変換演算装置、１６は巻き戻しまたは巻き取りロールの半径演算装置、１７は材料速度検出器、１８は巻き戻しまたは巻き取りロールの直径（ダイヤ）演算装置、１９は慣性補償量演算装置、２０は可変速装置内可変リミッタ制御装置、２１は速度制限設定器、２２はメカロス補償制御用テーブルである。
【０００７】
次に、図８の動作を説明する。材料速度１７すなわち巻き戻しまたは巻き取りロール周速と、速度検出器９からのロール回転数実績速度とから、直径演算装置１８でロール直径を演算し、ロール半径演算装置１６により巻き戻しまたは巻き取りロールの半径を得る。比例積分器４により、張力実績値３が張力設定値２と同一となるように補正値を張力設定値２に加算し、張力−トルク変換演算１５によりトルク指令値を得る。
【０００８】
材料速度１７とロール直径演算装置１８の出力結果から、慣性補償量演算装置１９で加減速時の慣性補償量を演算して、加減速時に一定の張力制御を実現する目的でトルク指令値に加算する。また、張力制御の精度を上げる目的で、予めメカロスを実測して、速度検出装置９からのロール回転数を関数としたメカロステーブル２２を作成しておき、ロール回転数に応じたメカロス補正量を一定の張力制御を実現する目的でトルク指令値に加算する。
【０００９】
このトルク指令値は、可変リミッタ制御装置２０にリミッタ値として設定され、その出力は可変速装置内サイリスタ主回路７によりモータ主回路電流に変換され、最終的に駆動モータ８に出力される。ここで使用されているメカロス補償制御用テーブル２２は、無負荷運転において測定した負荷トルクを速度の関数でテーブル化したものである。なお、２１は材料破断時に暴走を防止するための速度制限設定器である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の制御ブロックでは、製品品質に係わる速度制御精度および張力制御精度の向上要求には十分対応できないという問題があった。
【００１１】
この発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、メカロス量を正確に把握し、それを用いて補償制御することにより、速度制御装置および張力制御装置の負担を減じ（偏差値を減少させる）、速度制御装置および張力制御装置のゲインを上げる（応答速度を速くする）ことを可能にして、高い速度制御精度および張力制御精度を得ることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るメカロス補償量算出装置は、単一駆動系または連続製造ライン駆動系において、無負荷時の駆動モータ主回路電圧をVa、主回路電流をI、実績回転数をN、駆動モータの主回路抵抗をRaとしたとき、式 974(VaI-I2Ra-2I)/Nの演算によって無負荷損を算出し、また、上記駆動モータの負荷損を式 974(I2Ra+2I)/Nの演算によって時々刻々算出し、これら無負荷損と負荷損とからメカロス補償量を求めるようにしたものである。
【００１３】
また、この発明に係るメカロス補償制御装置は、上記メカロス補償量算出装置の出力を、単一駆動系または連続製造ライン駆動系の駆動モータの可変速装置内電流制御装置に入力するようにしたものである。
【００１４】
また、この発明に係るメカロス補償制御装置は、連続製造ライン駆動系が速度制御と張力制御を行うものである。
【００１５】
また、この発明に係るメカロス補償制御装置は、連続製造ライン駆動系が巻戻しロールまたは巻取りロールの張力制御を行うものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
先ず、この発明におけるメカロスの測定および演算の原理を説明する。メカロスと呼ばれているものは、主に駆動モータの銅損、漂遊負荷損に代表される負荷損と、機械損、鉄損に代表される無負荷損に大別される。メカロスはこの２つを合わせて総称されている。モータ側の負荷損に関しては、すでに実験式も確立されており、これを使用して無負荷損を正確に把握することが出来る。
【００１７】
図１は無負荷損を演算により求めこれを無負荷損テーブルに納める際の説明図で、ここに示すように、駆動モータの無負荷運転時の主回路電流、主回路電圧、実績回転数を実測し、無負荷損を算出して、回転速度を関数として無負荷損テーブルを得る。
【００１８】
図１において、可変速装置内サイリスタ主回路７、駆動モータ８、および速度検出装置９は前記の図６と同様である。１０は主回路電圧検出器、１１は主回路電流検出器、１２は無負荷損演算装置、１３は無負荷損テーブルである。
【００１９】
次に、図１の動作を説明する。駆動モータ８の無負荷運転モードで主回路電圧検出装置１０から検出された主回路電圧Ｖと、主回路電流検出器１１から検出された主回路電流Ｉと、速度検出装置９から検出された実績回転速度Ｎとから無負荷損演算装置１２で無負荷損を算出して、回転速度を関数とした無負荷損テーブル１３に格納する。この方法により正確な無負荷損失を得ることができる。
【００２０】
無負荷損を数式で求めると次のようになる。
0003672481.tif 000002
Ｖａ：主回路電圧              Ｎ      ：実績回転数
Ｉ  ：主回路電流              ２Ｉ    ：モータブラシ損
Ｒａ：モータ主回路抵抗      Ｉ2 Ｒａ  ：電機子抵抗損
【００２１】
負荷損は時々刻々の電流指令値および駆動モータ実績回転数から次の式で求められる。
負荷損＝９７４（Ｉ2 Ｒａ＋２Ｉ）／Ｎ
Ｎ  ：実績回転数              Ｉ2 Ｒａ  ：電機子抵抗損
Ｉ  ：主回路電流指令値        Ｒａ    ：モータ主回路抵抗
２Ｉ：モータブラシ損
【００２２】
図２に負荷損、無負荷損の測定および演算のブロック図を示す。このようにして得たメカロス補償制御量を高速応答である電流制御装置６に指令値として入力するものである。
【００２３】
上記は、主に直流可変速ドライブについて述べたが、ベクトル制御を行う交流可変速ドライブにおいても下記モータ負荷損の演算式を中心に同様のことが実現できる。
0003672481.tif 000003
Ｎ  ：実績回転数      α：各抵抗温度補正係数でモータ実温度ｔの関数
Ｉｄ：磁束分電流値    Ｋ1 、Ｋ2 ：各定数
Ｉｑ：トルク分電流値
Ｋ1 ・α・ ｒ1 ・（Ｉｄ2 ＋Ｉｑ2 ）：一次銅損
Ｋ2 ・α・ ｒ2 ・Ｉｑ2             ：二次銅損
【００２４】
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２を示すブロック図で、実施の形態１で得たメカロス補償量を用いた連続製造ライン駆動系のメカロス補償制御装置を示す。速度設定器１乃至速度検出装置９までは前記の図６と同様である。１０は駆動モータ８の主回路電圧検出器、１１は主回路電流検出器、１２は無負荷損演算装置、１３は無負荷損テーブル、１４は負荷損演算装置である。
【００２５】
次に動作を説明する。駆動モータ８の無負荷運転モードで主回路電圧検出装置１０から検出された主回路電圧Ｖと、主回路電流検出装置１１から検出された主回路電流Ｉと、速度検出装置９から検出されたされた実績回転速度Ｎとから、無負荷損演算装置１２で無負荷損を算出して、回転速度を関数とした無負荷損テーブル１３に格納する。
【００２６】
実際の運転時に、負荷損演算装置１４において、主回路電流指令値と実績回転速度から時々刻々の負荷損を算出し、これに、実績回転速度対応にて上記の無負荷損テーブル１３から得られる無負荷損を加算し、メカロス補償量として可変速装置内電流制御装置６に入力する。こうすることにより高速応答の電流制御ループでメカロス補償が行われ、速度制御装置５の負担が減じられる（入力される偏差量が減少する）。
【００２７】
実施の形態３．
図４はこの発明の実施の形態３を示すもので、連続製造ライン駆動系の速度制御および張力制御にメカロス補償制御を適用したものである。１２、１３、１４以外は前記の図７と同様であり、また１２、１３、１４は前記の実施の形態２と同様である。
【００２８】
次に動作であるが、無負荷損演算装置１２、無負荷損テーブル１３、および負荷損演算装置１４によるメカロス補償制御の動作は前記の実施の形態１と同様である。こうすることにより高速応答の電流制御ループでメカロス補償が行われ、速度制御装置５および比例積分器（張力制御装置）４の負担が減じられる（入力される偏差量が減少する）。
【００２９】
実施の形態４．
図５はこの発明の実施の形態４を示すもので、連続製造ラインにおける巻き戻しまたは巻き取りの張力制御にメカロス補償制御回路を適用したものである。１２、１３、１４以外は前記の図８と同様であり、また１２、１３、１４は前記の実施の形態２と同様である。
【００３０】
次に動作であるが、無負荷損演算装置１２、無負荷損テーブル１３、および負荷損演算装置１４によるメカロス補償制御回路の動作は前記の実施の形態１と同様である。こうすることによりメカロス補償量の最適化が実現され、比例積分器（張力制御装置）４の負担が減じられる（入力される偏差量が減少する）。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、駆動系実測データから無負荷損および負荷損を演算で求め、正確なメカロス補償量を算出できる。
【００３２】
また、このメカロス補償量を用いて、高速応答の電流制御ループで補償制御を行うように構成したもので、速度制御装置および張力制御装置の負担が減じられた結果（入力される偏差量が減少する）、速度制御装置および張力制御装置のゲインを高く設定（応答を速くする）でき、高い速度制御精度および張力制御精度を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１に係るメカロス補償量算出装置の無負荷損算出の説明図である。
【図２】  この発明の実施の形態１に係るメカロス補償量算出装置を示すブロック図である。
【図３】  この発明の実施の形態２に係るメカロス補償制御装置を示すブロック図である。
【図４】  この発明の実施の形態３に係るメカロス補償制御装置を示すブロック図である。
【図５】  この発明の実施の形態４に係るメカロス補償量算出装置を示すブロック図である。
【図６】  従来の単一駆動系および連続製造ライン駆動系における速度制御ループを示すブロック図である。
【図７】  従来の連続製造ライン駆動系における速度制御および張力制御のループを示すブロック図である。
【図８】  従来の連続製造ラインの巻き戻しまたは巻き取りロールにおける張力制御のループを示すブロック図である。
【符号の説明】
１  速度設定器、                    ２  張力実績値、
３  張力実績値、                    ４  比例積分器（張力制御装置）、
５  可変速装置内速度制御装置、      ６  可変速装置内電流制御装置、
７  可変速装置内サイリスタ主回路、  ８  駆動モータ、
９  速度検出装置、                １０  主回路電圧検出器、
１１  主回路電流検出器、            １２  無負荷損演算装置、
１３  無負荷損テーブル、            １４  負荷損演算装置、
１５  張力−トルク変換演算装置、    １６  ロール半径演算装置、
１７  材料速度検出器、            １８  ロール直径（ダイヤ）演算装置、
１９  慣性補償量演算装置、
２０  可変速装置内可変リミッタ制御装置、
２１  速度制限設定器。
【図１】
0003672481.tif 000004
【図２】
0003672481.tif 000005
【図３】
0003672481.tif 000006
【図４】
0003672481.tif 000007
【図５】
0003672481.tif 000008
【図６】
0003672481.tif 000009
【図７】
0003672481.tif 000010
【図８】
0003672481.tif 000011