(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷トルク（Ｍ）と慣性モーメント（Ｊ）とを有する駆動装置（１）を調整するための調整装置（２）の運転方法であって、
前記調整装置（２）により前記駆動装置（１）の駆動速度（１２）が一定の設定値（１４）に保持される定常運転期間中に負荷トルク推定器（２６）により負荷トルク（Ｍ）の負荷推定値（２５）が検出される運転方法において、
前記駆動装置（１）に慣性モーメント（Ｊ）と負荷トルク（Ｍ）の関係を記述するモデル（２３）が提供され、
定常運転期間中に慣性モーメント（Ｊ）の慣性推定値（２４）が前記モデル（２３）をもとに慣性モーメントフィードフォワード制御として提供されることを特徴とする運転方法。
【請求項２】
前記慣性推定値（２４）により前記調整装置（２）の回転トルクフィードフォワード制御装置（１７）がパラメータ化される請求項１の方法。
【請求項３】
前記調整装置（２）により前記駆動速度（１２）が新しい設定値（１４）に調整される加速期間中に、慣性モーメント推定器（２７）により慣性モーメント（Ｊ）の慣性値（２８）が検出され、前記モデル（２３）が前記慣性値（２８）により調整される請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記モデル（２３）により、前記慣性推定値（２４）が回転方向に依存して生成される請求項１から３の１つに記載の方法。
【請求項５】
前記モデル（２３）がオフセットパラメータ（３３、３４）と傾斜値（ａ、ｂ）を備えた線形割り当てルール（３１、３２）を有する請求項１から４の１つに記載の方法。
【請求項６】
モデル（２３）がそれぞれ負荷トルク（Ｍ）の測定または推定された負荷推定値（２５）、および慣性モーメント（Ｊ）の測定または推定された慣性値（２８）の多数の値対（３５）をもとに、駆動装置（１）の運転中に調整される請求項１から５の１つに記載の方法。
【請求項７】
前記モデル（２３）が値対（３５）をもとにして反復的に更新される請求項６記載の方法。
【請求項８】
慣性モーメント（Ｊ）と負荷トルク（Ｍ）を有する駆動装置（１）を調整するための調整装置（２）であって、
設定値（１４）を受信するための信号入力端子（１５）と、
前記駆動装置（１）の駆動速度（１２）を調整するための設定信号（９）を発信するための制御入力端子（１０）と、
を有する調整装置において、
前記駆動装置（１）の慣性モーメント（Ｊ）と負荷トルク（Ｍ）の関係を記述するモデル（２３）が提供される、請求項１から７の１つに記載の方法を実施するように構成された調整装置。
【請求項９】
駆動機械（３）および請求項８記載の調整装置（２）を備えた駆動装置（１）において、
前記調整装置（２）の信号出力端子（１０）が前記駆動機械（３）の速度調整装置（１１）に連結される駆動装置。
【請求項１０】
前記駆動機械（３）がベルトコンベア（５）に連結され、前記ベルトコンベア（５）を駆動するように構成された請求項９記載の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動装置を調整するための調整器または調整装置の運転方法に関する。駆動器装置はたとえば電気機械を含むことができる。本発明は更に調整装置並びに駆動装置を含む。
【背景技術】
【０００２】
回転数を調整されるまたは一般に速度を調整される駆動装置では調整回路の品質、すなわちその調整精度およびそのダイナミック特性は、調整すべき区間を如何に正確に知ることに深く関係している。この場合の特に重要なパラメータは、調整区間、特に駆動装置により駆動される負荷の慣性モーメントである。慣性モーメントが運転条件により変化しこの特性が報知されないと、調整の質が落ちることになる。変化した速度値の調節または調整の際に過振動が生じまたは速度調節が慣性モーメントを正確に推定された場合よりも緩慢になる。
【０００３】
特許文献１から昇降設備の原動機の慣性モーメントファクタを推定するための慣性モーメント推定器が知られている。この場合慣性モーメントの慣性推定値は車両の周期的に変化する駆動速度で測定される。換言すれば慣性推定値を検出するためにはダイナミックなプロセスが必要である。調整装置が駆動装置の駆動速度を一定の設定値に保持する定常運転期間中に変化が生じると、これに続く加速期間では実際の慣性推定値が得られなくなる。
【０００４】
別の慣性モーメント推定器は特許文献２から知られている。この慣性モーメント推定器も慣性モーメントを推定するためには回転数変化プロセスを必要としている。
【０００５】
特許文献３からは駆動装置の負荷トルクまたは荷重トルクの負荷トルク推定器が知られている。この公知の装置では更に回転トルクフィードフォワード制御装置が設けられ、これにより駆動装置の慣性モーメントおよび実際の負荷トルクに関係して調整装置のフィードフォワード制御値が検出されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】欧州特許出願公開第２５３７７８９Ａ２号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０２０１１０８５５５１Ａ１号明細書
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００６０６２５９１Ａ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、駆動装置において慣性モーメントを推定することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題は独立特許請求項に記載された特徴により解決される。本発明の有利な実施形態は従属特許請求項の特徴に記載されている。
【０００９】
本発明によれば、駆動装置の調整のための調整装置を運転するのための方法が用意される。駆動装置は負荷トルクと慣性モーメントを有する。これらは駆動装置の駆動速度を調整するために考慮しなければならない。ここで駆動速度とは駆動装置の態様によってはたとえば回転数またはリニア速度を意味する。この方法では調整装置が駆動速度を一定の設
定値に保持する定常運転期間中に負荷トルク推定器により負荷トルクの負荷推定値が検出される。負荷推定器としてはたとえば冒頭に述べた従来技術から公知の負荷トルク推定器が使用される。負荷トルク推定の別の可能性はたとえば、定常運転期間中の駆動出力を検出するとともに駆動速度および駆動出力に関係して負荷推定値を検出することにある。
【００１０】
本発明の方法では駆動装置のモデルが用意される。このモデルにより慣性モーメントと負荷トルクの関係が記述される。定常運転期間中に慣性モーメントの慣性推定値がモデルをもとに用意される。これは以下に慣性モーメントフィードフォワード制御と呼ばれる。慣性モーメントは加速中に計算することができるが、これは公知技術である。新規なのは慣性モーメントの予備計算が加速なしで行われることである。これは慣性モーメントフィードフォワード制御と呼ばれる。
【００１１】
本発明により得られる利点は、定常運転期間中におよび特に定常運転期間の終了時に慣性推定値が用意され、次の加速期間において駆動速度の調整を、定常運転期間後の加速期間の開始時にとりあえず従来技術により公知の慣性モーメント推定器により慣性推定値を検出する場合よりも高い品質、すなわちダイナミック特性および精度をもって設定するのに、この推定値を利用できることにある。本発明の基礎になっている認識は、負荷トルクが各慣性モーメントに大きく関係している駆動装置が存在するということである。その例としては、たとえば空港において貨物の搬送に利用されるベルトコンベアである。ベルトコンベア上の貨物が多ければ多いほど貨物の重量により摩擦が高まるので負荷トルクが大きくなる。同時に同じ貨物が慣性モーメントの大部分を形成する。負荷トルクの負荷推定値に関係して貨物の量および嵩が推定される。これから同様に慣性モーメントの慣性推定値が検出される。別の例としては炭鉱において瓦礫や玉石を搬送する搬送システムである。
【００１２】
ベルトコンベアを有する駆動装置では摩擦は変動する慣性モーメントに関係する。
【００１３】
本発明には付加的な利点を生じるような方法の実施形態も含まれる。
【００１４】
１つの実施形態によれば、慣性推定値により調整装置の回転トルクフィードフォワード制御がパラメータ化または調整される。回転トルクフィードフォワード制御としては冒頭に述べたフィードフォワード制御または技術水準から公知の別のフィードフォワード制御が用意される。この実施形態により生じる利点は調整装置のダイナミック特性が改良されることにあり、すなわち駆動速度の所定の設定値の調整のための時定数が減少されることにある。
【００１５】
１つの実施形態によれば、調整装置により駆動速度が新しい設定値に調整される加速期間中に、ダイナミック慣性モーメント推定器により慣性モーメントの慣性値が検出される。すなわち加速期間中に駆動速度が変化する。それゆえそれ自体は技術水準から公知の慣性モーメント推定器が使用できる。上述のモデルとの慣性モーメント推定器の相違は、慣性モーメント推定器が駆動装置のダイナミック特性に基づき慣性モーメントの慣性値を検出することにある。この実施形態ではモデルが慣性値により調整される。これにより調整装置の自己校正または自己調整が可能になるという利点が生じる。
【００１６】
1つの実施形態によれば、モデルにより慣性推定値は回転方向に関係して作られる。これは特に有利な実施形態として実証されている。この形態は、慣性モーメントと負荷トルクとの間の関係が回転方向に関係するという認識に基づくものである。
【００１７】
1つの実施形態によれば、モデルはオフセットパラメータと傾斜値を備えた線形割り当てルールを有する。割り当てルールはすなわち換言すれば線形方程式で記述され、オフセット値はｙ切片、傾斜値は直線の傾きを表すまたは記述することができる。モデルのこの実施形態は、モデルが特に少ない経費で駆動装置に調整できるという利点を有する。
【００１８】
1つの実施形態によれば、モデルは多数の値対で駆動装置の運転中に形成される。各値対はこの場合負荷トルクの測定されたまたは推定された負荷推定値および慣性モーメントの測定されたまたは推定された慣性値を含む。モデルが運転中に多数の値対に基づき調整されることにより、駆動装置のエージングまたは別の構造上の変化がモデルによって顧慮されるという利点が生じる。
【００１９】
１つの実施形態によれば、モデルは値対をもとに反復的に更新される。これにより少ない値対でもモデルが用意できるという利点が生じる。これによりモデルは運転開始後短時間で既に利用可能になる。
【００２０】
本発明はまた、既述のように慣性モーメントと負荷トルクを有する駆動装置を調整するための調整装置を含む。調整装置は設定値を受信するための信号入力端子と駆動装置の駆動速度を調整する調整信号を発信するための制御出力端子を有する。本発明による調整装置では慣性モーメントと負荷トルクの関係を記述する駆動装置のモデルが用意される。調整装置は本発明方法の一実施形態を実施するように構成される。本発明による調整装置は従って、定常運転期間中にも慣性モーメントの慣性推定値を用意するまたは利用する状態にある。
【００２１】
本発明は更に駆動装置を含む。駆動装置は駆動機械を有する。駆動機械は特に電気機械である。駆動機械はしかしまたたとえば内燃機関または水力機械であってもよい。本発明による駆動装置は本発明による調整装置の一実施形態を有し、調整装置の信号出力端子は駆動機械の速度調整装置に連結される。電気機械では速度調整装置としてたとえばインバータが設けられる。
【００２２】
本発明の１つの実施形態によれば、駆動装置では駆動機械がコンベアベルトまたはベルトコンベアに連結され、ベルトコンベアを駆動するように構成されている。既述のようにベルトコンベアとの関連ではモデルの利用が定常運転期間中の負荷トルクに関係した慣性モーメントの検出に特に適している。
【００２３】
以下に本発明の一実施例を記述する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は本発明による駆動装置の一実施形態の概略図を示す。
【図２】図２は図１の駆動装置に用意されたモデルの第１の回転方向に対する概略図を示す。
【図３】図３は図２のモデルの第１の回転方向とは反対の第２の回転方向に対する概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に説明する実施例は本発明の有利な一実施形態である。この実施例ではこの実施形態で記述されたコンポーネントはそれぞれ互いに独立していると見做すべき本発明の個々の特徴を表すものであり、これらの特徴は本発明をそれぞれ互いに独立的に発展形成させるものであり、従って個々にもまたは図示したものとは異なる組み合わせにおいて本発明の構成要素として見做されるべきものである。更に記述の実施形態はまた本発明の既述の特徴とは別の特徴により補完可能である。
【００２６】
各図面において機能が同一の部材に対してはそれぞれ同じ符号が用いられている。
【００２７】
図１は駆動装置１の調整装置２、駆動機械３、駆動機械３の給電ユニット４および駆動機械３により駆動される負荷５を示す。調整装置２はたとえばマイクロコントローラまたはＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）により構成することができる。駆動機械３はたとえば電気機械である。給電ユニット４はこの例ではたとえば駆動機械３に対する給電用電源とすることができる。負荷５はたとえばベルトコンベアであり、この上で種々の数および大きさの搬送品６が搬送される。負荷５の駆動のために駆動機械３は駆動トルク７を生成し、これにより負荷５が作動される。駆動トルク７には負荷の負荷トルクＭが対抗する。負荷トルクＭは搬送品６の数に関係する。更に負荷５は慣性モーメントＪを有し、このモーメントは同様に搬送品６の数および重さに関係する。
【００２８】
駆動機械３は、調整装置２が制御出力端子１０において発信する調整信号９に関係して駆動トルク７を生成する。制御出力端子９はこのため駆動機械３の速度調整装置１１に接続することができ、この装置に調整信号９が送信される。速度調整装置１１はたとえばインバータ１１または別のモータ制御器を有することができる。インバータ１１により電気エネルギーを給電ユニット４から駆動機械３に供給することができる。生成された駆動トルク７および負荷トルクＭに関係して駆動機械３の駆動速度１２が生じる。駆動速度１２によりたとえばベルトコンベアの搬送速度１３が生じる。
【００２９】
調整装置２は調整信号９を、調整装置２が信号入力端子１５で受信する設定値１４に関係して発生する。信号入力端子１５および制御出力端子１０は調整器１６および回転トルクフィードフォワード制御器１７を介して連結することができる。調整器１６は設定値１４および測定値１８に関係して調整値１９を発生する。たとえば調整器１６はＰＩ調整器（ＰＩ＝比例・積分）またはＰＩＤ調整器（ＰＩＤ＝比例・積分・微分）とすることができる。回転トルクフィードフォワード制御器１７はフィードフォワード制御値２０を発生することができる。加算器２１は調整値１９とフィードフォワード制御値２０を結合して調整信号９を生成することができる。生成した調整信号９はこの例では駆動トルク７を設定または調整することができる。測定値１８はたとえば駆動機械３および／または負荷５のセンサにより生成することができる。測定値１８は調整装置２により測定値入力端子２２で受信することができる。
【００３０】
調整装置２では回転トルクフィードフォワード制御器１７および／または調整器１６が駆動装置１の運転中にパラメータ化または調整または調整させられる。このため制御装置２はモデル２３（ＭＯＤ）を備える。モデル２３は負荷５の慣性モーメントＪの慣性推定値２４を作る。モデル２３は負荷トルクＭの負荷推定値２５に関係して慣性推定値２４を作る。負荷推定値２５は調整装置２において負荷トルク推定器２６により作られる。負荷トルク推定器２６はそれ自体公知の方法で形成することができる。調整装置２は更に慣性モーメント推定器２７を有しており、この推定器は駆動装置１の加速期間中に負荷５の慣性モーメントＪの慣性値２８を推定する。慣性モーメント推定器２７はそれ自体公知の方法で形成することができる。モデル２３により慣性推定値２４が特に駆動装置１の定常運転期間中に作られる。これはここでは慣性モーメントフィードフォワード制御と呼ばれる。
【００３１】
慣性モーメントフィードフォワード制御の作動に際しては、負荷５において負荷トルクＭと慣性モーメントＪとの間に関係が存在することが前提とされる。例として空港におけるベルトコンベアが挙げられる。ベルトコンベアの積み荷または積み卸しに際しては、信頼のおける慣性モーメントの同定に十分な回転数変化が存在することは予期できない。むしろほぼ一定の回転数を示す期間が生じること、すなわち定常運転期間が生じることが予期され、負荷の同定が可能となる。前提となる関係が既知であれば、慣性モーメントＪは加速期間なしに計算することができる。
【００３２】
図２および図３はモデル２３を更に正確に具体的に示す。図２は第１の駆動方向２９または駆動機械３の回転方向に対するモデル２３を示し、図３は反対方向の第２の駆動方向３０または駆動機械３の回転方向を示す。
【００３３】
モデルは駆動方向２９，３０に対しそれぞれ線形な割り当てルール３１、３２を有することができる。各割り当てルール３１、３２はオフセット値３３、３４および傾斜値ａ、ｂにより規定することができる。各割り当てルール３１、３２により慣性モーメントＪと負荷トルクＭの関係が記述される。
【００３４】
図２に基づき、割り当てルール３１が多数の値対３５から形成できることが例示されている。たとえば割り当てルール３１は最小二乗法により回帰直線または回帰曲線として値対３５から形成することができる。また割り当てルール３１、３２を反復的に新たに検出された値対に適合させることもできる。たとえば値対から再帰平均化により傾斜値ａ、ｂおよびオフセット値３３，３４を検出することができる。
【００３５】
調整装置２によりそれゆえ定常回転数の第１ステップにおいて実際の負荷トルクＭが検出され、これが第２ステップにおいて回転数変化中に慣性モーメントＪを慣性値２８として検出するのに利用される。このようにして値対３５が生じる。こうして検出された慣性モーメントＪは調整装置２の調整回路の改良に利用される。
【００３６】
さらに検出された慣性モーメントＪは慣性モーメント／負荷トルク特性曲線、すなわち割り当てルール３１、３２に受け取られる。この特性曲線は次いで定常回転数での運転中に慣性モーメントＪの推定の改良に用いられる。従って定常回転数も傾斜回転数も実際の慣性モーメントＪの推定に寄与することができる。
【００３７】
計算された負荷トルクＭから静的状態（定常回転数）において慣性モーメントＪがフィードフォワード制御され、次の傾斜回転数では回転数調整器がこれにより回転数の調整を改良する状態にある。
【００３８】
関数「慣性モーメント・負荷トルク」、すなわち割り当てルール３１、３２は静的に設定できるだけでなく、運転時にも同定化および常時更新することができる。このため加速期間中、すなわち駆動速度の増大または縮小中に同定化された値対３５（実際の負荷および慣性モーメント推定器２７により作られるような計算上の慣性モーメント２８）が特性曲線の更新に用いられる。
【００３９】
全体として、本発明によりオンライン慣性モーメントフィードフォワード制御が負荷検出によりどのように用意できるかの例が示される。
【符号の説明】
【００４０】
１    駆動装置
２    調整装置
３    駆動機械
４    給電ユニット
５    負荷
６    搬送品
７    駆動トルク
９    調整信号
１０  制御出力端子
１１  インバータ
１２  駆動速度
１３  搬送速度
１４  設定値
１５  信号入力端子
１６  調整器
１７  回転トルクフィードフォワード制御器
１８  測定値
１９  調整値
２０  フィードフォワード制御値
２１  加算器
２２  測定値入力端子
２３  モデル
２４  慣性推定値
２５  負荷推定値
２６  負荷トルク推定器
２７  慣性モーメント推定器
２８  慣性値
２９  駆動方向
３０  駆動方向
３１  割り当てルール
３２  割り当てルール
３３  オフセット値
３４  オフセット値
３５  値対
Ｊ    慣性モーメント
Ｍ    負荷トルク
【図１】
0006437670.tif 000002
【図２】
0006437670.tif 000003
【図３】
0006437670.tif 000004