(57)【要約】【課題】脱磁電流が少ない場合の着磁のずれを低減することができる磁気処理システムおよび磁気制御装置を提供する。【解決手段】磁気管制部（磁気制御装置）６は、磁界検出器が検出した磁束測定値を脱磁電流の電流測定値で除して、脱磁コイルのインダクタンスを算出する除算器２４と、設定された磁束指令値を前記算出されたインダクタンスで除して、前記脱磁電流の電流指令値を算出する変換手段１８と、前記電流指令変数の値を前記電流指令値まで変化させ、前記電流指令値を、過去の前記磁束測定値と過去の前記電流指令変数とを用いて補正する学習制御手段１９乃至２５とを備える。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄鋼材からなる移動体を巻回した脱磁コイルと、前記移動体の周囲に敷設した磁界検出器と、前記脱磁コイルに脱磁電流を複数回通電する電源設備と、電流指令変数を用いて前記脱磁電流を前記電源設備に指示する磁気制御装置と、を備えた磁気処理システムであって、
前記磁気制御装置は、
前記磁界検出器が検出した磁束測定値を前記脱磁電流の電流測定値で除して、前記脱磁コイルのインダクタンスを算出する除算器と、
設定された磁束指令値を前記算出されたインダクタンスで除して、前記脱磁電流の電流指令値を算出する変換手段と、
前記電流指令変数の値を前記電流指令値まで変化させ、過去の前記磁束測定値と過去の前記電流指令変数とを用いて前記電流指令値を補正する学習制御手段と
を備えることを特徴とする磁気処理システム。
【請求項２】
前記電流指令値は、第１の電流指令値と第２の電流指令値とを含み、
前記学習制御手段は、前記第１の電流指令値を目標値として前記電流指令変数の値を所定の変化率で変化させ、前記電流指令変数が前記第１の電流指令値に至る前の前記第２の電流指令値に到達したときに、前記電流指令変数を前記所定の変化率よりも小さな変化率で変化させ、前記第１の電流指令値に到達すると、前記電流指令変数の値が前記第１の電流指令値に所定時間保持されることを特徴とする請求項１に記載の磁気処理システム。
【請求項３】
前記第１の電流指令値および前記第２の電流指令値は、前回通電時に測定した磁束測定値が前回の磁束指令値に基づいて定められる範囲を超えたときに各々前記補正される
ことを特徴とする請求項２に記載の磁気処理システム。
【請求項４】
前記インダクタンスは、前回までの前記磁束測定値を前記電流測定値で除して算出されることを特徴とする請求項１に記載の磁気処理システム。
【請求項５】
磁気処理対象物の磁束測定値を前記磁気処理対象物の脱磁電流の測定値で除してインダクタンスを算出する除算器と、
設定された磁束指令値を前記算出されたインダクタンスで除して、前記脱磁電流の電流指令値を算出する変換手段と、
前記電流指令変数の値を前記電流指令値まで増加させ、前記電流指令値を、過去の前記磁束測定値と過去の前記電流指令変数とを用いて補正する学習制御手段と
を備えることを特徴とする磁気制御装置。
【請求項６】
前記電流指令値は、第１の電流指令値と第２の電流指令値とを含み、
前記学習制御手段は、前記第１の電流指令値を目標値として前記電流指令変数の値を所定の変化率で変化させ、前記電流指令変数が前記第１の電流指令値に至る前の前記第２の電流指令値に到達したときに、前記電流指令変数を前記所定の変化率よりも小さな変化率で変化させ、前記第１の電流指令値に到達すると、前記電流指令変数の値を所定時間一定にすることを特徴とする請求項５に記載の磁気制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄鋼材などで構成された移動体に残留している永久磁気を脱磁する磁気処理システムおよび磁気制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気処理システムは、船舶等の移動体に着磁された永久磁気を低減（脱磁）するものであり、移動体に脱磁コイルを巻装し、移動体外の下方に配設した磁気検出器と、脱磁コイルに電流を通電する電源装置とを備えた脱磁システムが開示されている（特許文献１，２）。特に、特許文献１には、誘導磁気成分と永久磁気成分とを分離し、分離された永久磁気成分に基づいて、外部磁界あるいは内部磁界の測定値が許容値以下になるまで複数回通電することが記載されている。
また、特許文献２には、船首尾線方向の永久磁気モーメントを定量的に算出して、この永久磁気モーメントの値を最小にすることが記載されている。
【特許文献１】特開平１０−２５６０４０号公報  （図１、図２）
【特許文献２】特開平９−２３８５号公報  （図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、従来の磁気処理システムは矩形波電流を脱磁コイルに供給することが多く行われ、この矩形波電流と脱磁コイルに発生する発生磁界との間に時間的な遅れが発生する。また、フィードバック制御は線形性を前提としているので、この遅れによりオーバーシュートが発生する場合がある。また、船舶は強磁性体であり、透磁率が非線形特性を有しているので、特に、脱磁電流が少ない場合には、線形近似で制御した実際の着磁量と目標の着磁量との間にずれが生じる。また、線形性を前提としたフィードバック制御は、制御定数である時定数を単一に決定することができない。これらの理由により、従来は脱磁電流を経験的に定める必要があった。
【０００４】
そこで、本発明は、脱磁電流が少ない場合の着磁のずれを低減することができる磁気処理システムおよび磁気制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するため、本発明の磁気処理システムは、鉄鋼材からなる移動体を巻回した脱磁コイルと、前記移動体の周囲に敷設した磁界検出器と、前記脱磁コイルに脱磁電流を複数回通電する電源設備と、電流指令変数を用いて前記脱磁電流を前記電源設備に指示する磁気制御装置と、を備えた磁気処理システムであって、前記磁気制御装置は、前記磁界検出器が検出した磁束測定値を前記脱磁電流の電流測定値で除して、前記脱磁コイルのインダクタンスを算出する除算器と、設定された磁束指令値を前記算出されたインダクタンスで除して、前記脱磁電流の電流指令値を算出する変換手段と、前記電流指令変数の値を前記電流指令値まで変化させ、前記電流指令値を、過去の前記磁束測定値と過去の前記電流指令変数とを用いて補正する学習制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００６】
この手段によれば、電流指令変数の値が電流指令値まで変化（増加）する。さらに、過去の前記磁束測定値と過去の前記電流指令変数とを用いて電流指令値を補正することから、脱磁電流が少ない場合でも透磁率の非線形特性による影響を低減することができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、脱磁電流が少ない場合の着磁のずれを低減することができる磁気処理システムおよび磁気制御装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
（第１実施形態）
本発明の一実施形態である磁気処理システムを図１および図２を参照して説明する。図１において、磁気処理システム１００は、鉄鋼材を主体とした船舶等の移動体１を複数回巻回した脱磁コイル２と、脱磁コイル２に脱磁電流を複数回正負交互に通電する電源装置３と、移動体１の下方に敷設された複数の磁界センサからなる磁界検出器４と、磁界検出器４の信号を検出する主測定装置５と、主測定装置５が測定した磁界を用いて電源装置３を制御する磁気制御装置である磁気管制部６とを備える。なお、通電による印可磁界（印加磁界）は鉄鋼材の保持力の２倍程度以上とし、２回目以降の通電も、永久磁界と誘導磁界との合成である外部磁界を監視しながら脱磁電流を決定している。すなわち、移動体１に脱磁コイル（胴巻線輪）２を装着して、これに通ずる電流の方向を正負に変えながら、電流の大きさを漸減すると、移動体１の水平方向永久磁気が減少する。以下、この処理を磁気処理という。
【０００９】
図２を参照して、移動体１の磁気処理について概念的に説明する。図２（ａ）は、磁気処理前の永久磁気を示した図であり、前方向に永久磁気を帯びている。ここで、永久磁気とは、鋼材自身に着磁されている磁気のことである。なお、移動体１を北向き、または南向きに固定している。図２（ｂ）は、第１回目の通電により前向きに磁化した状態を示した図であり、例えば、脱磁コイル２に３０００Ａの脱磁電流を流すと全移動体磁気は前向きに整列する。図２（ｃ）は、第２回目の通電により後向きに磁化した状態を示した図であり、例えば、脱磁コイル２に−２８００Ａの脱磁電流を流すと全移動体磁気は後向きに整列する。図２（ｄ）および図２（ｅ）は、通電量を漸減し、磁化の大きさを漸減していく状態を示した図であり、電流の極性を変えながら大きさを漸減していくと、磁気処理前に付着していた永久磁気は殆ど消去される。図２（ｆ）は、磁気処理後の残留永久磁気を示した図であり、磁気処理完了時の水平方向の移動体磁気は、おおむね誘導磁気のみとなる。ここで、誘導磁気とは、地磁気によって誘起される磁気のことである。
【００１０】
図３のブロック図を参照して、図１に示される磁気処理システム１００の構成を説明する。磁界検出器４は、移動体１が発生する磁界と脱磁コイル２が発生した磁界との差分を磁気測定信号として検出する。主測定装置５は、磁気検出装置４が検出したアナログ信号をデジタル信号に変換する信号変換手段５ａと、変換されたデジタル信号を信号処理して磁気測定信号に対応した磁束指令値を生成する信号処理手段５ｂとを備えている。また、磁気管制部６は、信号変換手段５ａが生成したデジタル信号（磁束測定値φｍ）、信号処理手段５ｂが生成した磁束指令値φｍ*と、脱磁電流の実測値（Ｉ）とを用いて脱磁電流の電流指令値（電流指令変数）（Ｉ*）を生成する。ここで、「*」は、指令値のことを表す。
【００１１】
図４は、磁気処理システム１００（図１参照）の脱磁電流波形である。領域（ａ）では、与えられた磁束指令値、および、磁気インピーダンス（インダクタンス）から決定した電流指令値Ｉｓを、値Ｉｓ'まで一定レートで電流を増加させる。この値Ｉｓ'は、補正係数αにより制限され、磁気インピーダンスは、磁束実測値φｍ（ｎ）、および、電流実測値（Ｉ）により計算される。
【００１２】
領域（ｂ）では、測定用センサからの磁束実測値と与えられた学習制御を用い決定した磁束指令値を比較し、磁束設定値のある値Ｉｓになるまで、一定レートで電流を増加させる。ここで、領域（ａ）のレートの方が領域（ｂ）のレートよりも急になるように設定していることから、電流指令値は、電流に対する磁界の遅れの波形に近似している。なお、設定値Ｉｓは後記する磁束インピーダンスＫ、および、磁束指令値φｍ*により計算される。領域（ｃ）では、一定電流Ｉｓの通電を所定時間行い、電流が保持される。なお、電流の増加を止め、一定電流で一定時間通電することにより、磁束を安定させることができる。領域（ｄ）では、電流が一定の勾配で値「０」まで低下する。
【００１３】
次に本実施形態の制御原理を数式を用いて説明する。
磁気インピーダンスＫは、
Ｋ＝φｍ／Ｉ
となる。ここで、
Ｋ  ：磁気インピーダンス（インダクタンス）
φｍ：磁束実測値
Ｉ  ：電流実測値
である。
【００１４】
前回通電時（前回ショット時）に演算された磁気インピーダンスＫを用い、今回通電時の通電電流（脱磁電流）Ｉｓは決定される。２回目の通電時までは、
Ｉｓ＝φｍ*（ｎ）／Ｋ（１）      （ｎ≦２）
である。
また、３回目の通電以降は、
Ｉｓ＝φｍ*（ｎ）／Ｋ（ｎ−２）  （ｎ≧３）
である。ここで、
Ｉｓ       ：電流指令値
ｎ         ：通電数
φｍ*（ｎ）：ｎ回目通電時の磁束指令値
Ｋ（ｎ）   ：ｎ回目通電時の電流実測値および磁束実測値を用いて演算した磁気インピーダンス
である。
【００１５】
電流指令値Ｉｓ’は
Ｉｓ'＝Ｉｓ×｛０．８＋２×（１００−α）／１０００｝
により算出される。言い換えれば、電流指令値Ｉｓ’は補正係数α％を用いることにより、Ｉｓ以下に制限される。ここで、
Ｉｓ’：電流上昇の傾きを変更する点（αにより決定する）
α：０≦α≦１００
である。
【００１６】
補正係数αは、以下の方法により決定される。第１回目通電時は、測定条件（例：船体長、重量、船体タイプ等）により、過去のデータより最適な係数α（０）を決定し、３回目以降は、前回磁束測定値φｍ（ｎ−２）が、前回磁束指令値φｍ*（ｎ−２）の１１０％を超えたときに、超過分に対応した前回の補正係数α（ｎ−１）を増加させ、増加した値を補正係数α（ｎ）に設定する。
【００１７】
電流指令値Ｉｓ’からＩｓまでの傾きは、例えば、
Ｉｓ×０．１／（１０sec）
である。
【００１８】
電流を一定にする条件は、磁束測定値φｍ（ｎ）が磁束指令値のある値φｍ*（ｎ）’を超えたときとし、
φｍ*（ｎ）'＝β×φｍ*（ｎ）
となり、補正係数βを用いることにより、φｍ*（ｎ）以下に設定される。
φｍ*（ｎ）’：電流を一定にする条件を変更する点（β％により決定する)）
β：９０≦β≦９５
【００１９】
補正係数βは、以下の方法により決定する。１回目通電時は初期値β（０）＝９５とし、３回目以降は、前回磁束測定値φｍ（ｎ−２）が、前回磁束指令値φｍ*（ｎ−２）の１０５％〜１１０％の場合は、超過した超過分に対応した前回補正係数β（ｎ−１）を減少させる。また、補正係数α（ｎ）に変更があった場合は、補正係数β（ｎ）を初期値β（０）に戻すことにより、補正係数β（ｎ）を算出する。
【００２０】
以上のように、本実施形態の制御原理によれば、学習制御にて最適の電流指令に磁束指令を変更することにより、電流に対する磁束の遅れを補正することができる。すなわち、指令値Ｉｓまで直線近似で増加させるよりも、一旦指令値Ｉｓ'まで電流を増加させて、緩やかな勾配で指令値Ｉｓまでさらに増加させる方が電流の変化が磁束の変化に追従する。また、線形性を前提にしたフィードバック制御を用いないことから、電流が小さいときの透磁率の非線形性があっても、適切な脱磁電流を設定することができる。
【００２１】
次に、図５のブロック図を参照して、前記制御原理を実現する磁気管制部６の内部構成を説明する。磁気管制部６は、前記したように磁束指令値φｍ*（ｎ）と、電流実測値ＤＸ（ｎ）と磁束測定値φｍ（ｎ）とを入力し、電流指令値（電流指令変数）ＤＸ*（ｎ）を出力している。
この入出力関係を実現する磁気管制部６は、磁束／電流変換部（Ｋ）１８、Ramp回路（１）１９、制限回路（１）２０、オフタイマ２１、補正回路（１）２２、比較回路（１）２３、割算器２４、Ramp回路（２）２５、制限回路（２）２６、比較回路（２）２７、補正回路（２）２８を備えている。
【００２２】
割算器２４は、電流実測値ＤＸ（ｎ）を磁束測定値φｍ（ｎ）で除算して、磁気インピーダンス（インダクタンス）Ｋを決定する。磁束／電流変換部（変換手段）１８は、磁束指令値φｍ*（ｎ）を電流指令変数の目標値である電流指令値Ｉｓに変換する。Ramp回路（１）１９は、電流指令値Ｉｓを直線的に上昇させる。制限回路（１）２０は、電流実測値がαで補正された電流指令値に達した際に、Ramp回路（１）１９による電流上昇を中止する。このとき、補正回路（１）２２によって、制限回路（１）２０の制限値を決定する。また、Ramp回路（２）２５は、電流指令値Ｉｓを直線的に上昇させる。このとき、制限回路（２）２６は、Ramp回路（２）２５による電流上昇を中止する。そして、制限回路（１）２０および制限回路（２）２６による電流上昇の中止後に、加算器１５は、制限回路（１）２０の出力値と、制限回路（２）２６の出力値とを加算して、オフタイマ２１にて、一定時間の通電を実行する。
【００２３】
このとき、通電量と、補正回路（１）２２の補正値（基準値）を比較回路（１）２３で比較し、比較結果がRamp回路（２）２５の通電開始条件（作動条件）にされる。また、補正回路（２）２８にて決定した基準値と磁束測定値φｍ（ｎ）とを比較回路（２）２７で比較して、比較結果が制限回路（２）２６の制限条件にされる。また、電流指令値Ｉｓと磁束指令値φｍ*（ｎ）とが補正回路（２）２８に入力され、比較回路（２）２７の基準値となる。
【００２４】
図６は、図５に示す補正回路（１）２２の詳細ブロック図である。
補正回路（１）２２は、演算器２９、制限回路３０、加算器３１、乗算器３２で構成される。演算器２９は、補正係数α（ｎ−１）を修正するための演算を行い、｛前々回磁束実測値φｍ（ｎ−２）／前々回磁束指令値φｍ*（ｎ−２）×１００―１００｝の演算を実行する。ここで、制限回路３０は、演算結果が予め決められた範囲であれば、この演算結果を出力する。そして、加算器３１は、制限回路３０の出力と前回補正係数α（ｎ−１）とを加算し、乗算器３２は、電流指令値Ｉｓと加算器３１の加算結果とを乗算し、電流指令値Ｉｓ'を出力する。これにより、電流指令値Ｉｓの変更が実行される。
【００２５】
図７は、図５に示される補正回路（２）２８の詳細ブロック図である。
補正回路（２）２８は、演算器３３、制限回路３４、乗算器（１）３５、加算器３６、乗算器（２）３７、比較回路３８、反転器３９、乗算器（３）４０を備える。演算器３３は、補正係数βを補正するための演算を行うものであり、｛前々回磁束指令値φｍ*（ｎ−２）／前々回磁束実測値φｍ（ｎ−２）×１００−１０５｝の演算を実行する。制限回路３４は、この演算結果が決められた範囲（０から５までの範囲）であれば加算器３６に出力する。比較回路３８は、前回補正係数α（ｎ−１）と、今回補正係数α（ｎ）を比較して、変化が無かった際に出力する。乗算器（１）３５は、前回補正係数β（ｎ−１）と比較回路３８の出力結果を乗算する。乗算器（３）４０は、反転器３９で反転させた比較回路３８の出力と、初期値β（０）とを乗算する。加算器３６は、制限回路３４の結果と、乗算器（１）３５で計算した結果と、乗算器（３）で計算した結果とを加算するものである。乗算器３７は、加算器３６の加算結果と磁束指令値φｍ*（ｎ）とを乗算し、磁束指令値φｍ*（ｎ）'を出力する。これにより、磁束指令値φｍ*（ｎ）の変更が実行される。なお、補正係数β（ｎ−１）、α（ｎ−１）、α（ｎ）は、過去あるいは今回の補正係数が適宜参照され、補正回路（２）２８に入力される。
【００２６】
以上説明したように、本実施形態によれば、磁束指令値に到達する前に脱磁電流の傾きを変更することにより、電流に対する磁束の遅れが補正される。脱磁は、移動体外部から脱磁コイルを装着し、Ｂ−Ｈ特性（移動体の磁気特性）に従い交互に正負方向に、電流値を漸減しながら通電する方法で実行され、移動体の着磁量を外部磁界によって規定されている許容値まで低減する。なお、この補正は、線形特性を前提としたフィードバック制御を用いていない。
【００２７】
（参考例）
図８を参照して、参考例である磁気管制部について説明する。
磁気管制部６'は、電流実測値ＤＸ（ｎ）と磁束測定値φｍ（ｎ）より、割算器１２で磁気インピーダンスＫを計算し、磁束／電流変換部７で電流指令値Ｉｓを演算し、Ramp回路８で通電を行い、制限回路９は、電流実測値ＤＸ（ｎ）が電流指令値Ｉｓに達した際に、電流上昇を中止させ、オフタイマ１０が一定時間の通電を実行している。このとき、比較回路１１は、電流指令値Ｉｓと電流実測値ＤＸ（ｎ）とを比較し、オフタイマ１０の起動条件を設定している。
【００２８】
これにより、図９（ａ）のように、直線的に電流が上昇し、所定期間の一定電流が流れ、直線的に電流が下降する脱磁電流が流れる。
このとき、図９（ｂ）に示されるように、電流と磁束は比例関係ではなく、Ｂ−Ｈ特性に依存している。このため、電流が小さいときの非線形性により、通電する脱磁電流を経験的に定めている。具体的には、前々回の磁束指令値と実測電流値とを用いて、今回の磁束指令値に基づく電流指令値を求める場合において、Ｂ−Ｈ特性を原点とａ点との間で直線近似して、ｂ点の電流指令値が求められる。Ｂ−Ｈ特性に基づく、ｃ点の必要電流値を求め、ｂ点とのずれを補正することは、専門技術者の勘と経験に依存することから、磁気処理の自動化が困難である。
【００２９】
（変形例）
本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下のような変形が可能である。
（１）前記各実施形態は、脱磁コイル２に通電する電流の波形を規定したが、電圧を変化させることもできる。この場合には、脱磁コイル２に印加される電圧波形が矩形波であるとき、電流波形は非線形特性を備えるインダクタンスに反比例するように増加減少する。これにより、磁束が電圧の変化に対して遅れる。この遅れ波形に適合させるために目標電圧値（目標電流値）に二段階の勾配をつける。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態の磁気処理システムの構成図である。
【図２】磁気処理を説明するための図である。
【図３】本発明の一実施形態の磁気処理システムのブロック図である。
【図４】磁気処理システムの電流制御波形を示した図である。
【図５】磁気管制部のブロック図である。
【図６】補正回路(1)のブロック図である。
【図７】補正回路(2)のブロック図である。
【図８】参考例の磁気処理システムのブロック図である。
【図９】参考例の電流制御波形および電流と磁束との関係を示した図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  移動体
２  脱磁コイル
３  電源装置
４  磁界検出器
５  主測定装置
５ａ  信号変換手段
５ｂ  信号処理手段
６  磁気管制部（磁気制御装置）
７，１８  磁束／電流変換部（変換手段）
８，１９  Ramp回路
９，２０  制限回路
１０，２１  オフタイマ
１１  比較回路
１２  割算器
１５，３１，３６  加算器
１６  比較回路
２２  補正回路(１)
２３  比較回路（１）
２４  割算器
２５  Ramp回路
２６  制限回路
２７  比較回路（２）
２８  補正回路(２)
２９  演算器
３０，３４  制限回路
３１  加算器
３２  乗算器
３３  演算器
３５  乗算器（１）
３７  乗算器（２）
３８  比較回路
３９  反転器
４０  乗算器（３）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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