(57)【要約】【課題】  使い勝手のよい溶接機を提供する。【解決手段】  本発明になる溶接機は、溶接電流又は溶接電圧の少なくとも一方を検出し、この検出値と対応する目標値との差分に基づいて、デジタルＰＩＤ演算を行い、この演算結果でフィードバック制御する溶接機において、比例−積分制御を規定するものであって、比例成分Ｐと積分成分Ｉをそれぞれｎ（ｎは正の整数）、ｍ（ｍは正の整数）等分し、ｎ個の比例成分Ｐそれぞれにｍ個の積分成分Ｉそれぞれを対応付けるようにしてｎ×ｍ個の組合せとする前記定数を記憶する記憶手段を設けたものである。【選択図】        図１
2007190594.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御方式が異なる複数の溶接モードを選択可能とし、選択した溶接モードに従
って溶接電流および溶接電圧の少くとも一方を検出し、この検出値を目標値に一
致させるように目標値と検出値との差分に基づいて制御出力を求めるためのデジ
タルＰＩＤ演算式を各溶接モードに対して共通な式として予め記憶すると共に、
異なる複数の溶接モードに対して前記デジタルＰＩＤ演算式で用いる定数を予め
記憶しておき、選択した溶接モードに対する前記定数を読出して前記デジタルＰ
ＩＤ演算式によってデジタルＰＩＤ演算を行い、この演算結果でフィードバック
制御する溶接機の制御方法において、
前記定数は、比例−積分制御を規定するものであって、比例成分Ｐと積分成分
Ｉをそれぞれｎ（ｎは正の整数）、ｍ（ｍは正の整数）等分し、ｎ個の比例成分
Ｐそれぞれにｍ個の積分成分Ｉそれぞれを対応付けるようにしてｎ×ｍ個の組合
せとすることを特徴とする溶接機の制御方法。
【請求項２】
前記ｎ、ｍは７であることを特徴とする請求項１記載の溶接機の制御方法。
【請求項３】
前記溶接モードは定電流モード、定電圧モード、定電力モードのうちの２以上
の溶接モードを含むことを特徴とする請求項１または２記載の溶接機の制御方法
。
【請求項４】
制御方式が異なる複数の溶接モードを選択可能とし、選択した溶接モードに従
って溶接電流および溶接電圧の少くとも一方を検出し、この検出値を目標値に一
致させるように目標値と検出値との差分に基づいて制御出力を求めるためのデジ
タルＰＩＤ演算式を各溶接モードに対して共通な式として予め記憶すると共に、
異なる複数の溶接モードに対して前記デジタルＰＩＤ演算式で用いる定数を予め
記憶しておき、選択した溶接モードに対する前記定数を読出して前記デジタルＰ
ＩＤ演算式によってデジタルＰＩＤ演算を行い、この演算結果でフィードバック
制御する溶接機において、
比例−積分制御を規定するものであって、比例成分Ｐと積分成分Ｉをそれぞれ
ｎ（ｎは正の整数）、ｍ（ｍは正の整数）等分し、ｎ個の比例成分Ｐそれぞれに
ｍ個の積分成分Ｉそれぞれを対応付けるようにしてｎ×ｍ個の組合せとする前記
定数を記憶する記憶手段を設けたことを特徴とする溶接機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接電流等をフィードバックしてデジタルＰＩＤ制御により出力制
御素子を駆動する溶接機に係り、特にデジタルＰＩＤ制御に用いられる定数の組
合せを用意し、使い分けによって適切な溶接を可能とする技術に関するものであ
る。
【背景技術】
【０００２】
溶接電極に流れる溶接電流およびこの溶接電極間の溶接電圧を検出してデジタ
ルＰＩＤ技術によりフィードバック制御する電流制御、電圧制御および電力制御
の３種類の制御モードを具備し、このうちいずれか一つ制御モードを選択し、溶
接電極を介して被溶接物に溶接電流を供給する溶接機が公知である（特許文献１
参照）。
【０００３】
図３は従来の溶接機の全体回路構成の概念図、図４は制御装置の構成概要図、
図５は制御装置の動作流れ図、図６は定数を記憶するメモリテーブルの内容を示
す図である。
【０００４】
図３に基づいて従来の溶接機の回路構成を説明する。５０は交流２００Ｖの商
用３相交流電源である。この電源５０から３つの相がそれぞれスタートスイッチ
５２を介して整流回路５４に導かれる。この整流回路５４は、スイッチング素子
としてＳＣＲを用いた３相全波混合ブリッジで構成される。５６はこの整流回路
５４の出力端間に並列接続された平滑用コンデンサである。
【０００５】
５８はインバータであり、４個のＮＰＮトランジスタからなるブリッジで構成
される。このインバータ５８は整流回路５４と平滑用コンデンサ５６で一旦直流
に変換された商用３相交流電力を商用交流電力の周波数より十分高い周波数の交
流に変換して、溶接トランス６０の一次側に供給する。この溶接トランス６０の
二次側出力は整流器（ダイオード）６２、６２で全波整流されて溶接電極２４ａ、
２４ｂに導かれる。
【０００６】
制御装置６８は、インバータ５８をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）方式
によって位相制御する。なおこの制御装置６８は、３種の異なる制御方式を選択
可能である。その３種の制御方式を実現する制御部が、定電流制御部７０、定電
圧制御部７２、定電力制御部７４である。なお、この図ではこれら３つの制御部
を別々に分けて示しているが、通常はＤＳＰ（Digital Signal Processor）を利
用して一つの演算部で形成する方式が採用されている。
【０００７】
定電流制御方式は、前記トランスケース１２に設けた電流検出器７６の出力か
ら電流検出部７８で溶接電流を求め、この溶接電流を一定値に保つようにインバ
ータ５８を位相制御する。定電圧制御方式は、前記電圧検出用ケーブル３４で導
かれた信号に基づいて電圧検出部８０で溶接電圧を求め、この電圧を一定値に保
つようにインバータ５８を位相制御する。定電力制御方式は、電流検出部７８お
よび電圧検出部８０の出力を電力検出部８２で積算することにより溶接電力を求
め、この電力が一定になるようにインバータ５８を位相制御する。なお各方式の
設定値や定数などの溶接条件は定数入力部８４により設定される
【０００８】
インバータ５８を位相制御する演算について説明する。この演算は差分式ｕ
（ｎ）の演算である。一般にＰＩＤ動作による制御出力ｕ（ｔ）は、目標値に対
する制御対象量の誤差（エラー量、すなわち差分ｅ（ｔ））に比例する量Ｋpｅ
（ｔ）と、積分量ＫI∫ｅ（ｔ）ｄｔと、微分量Ｋd・ｄｅ／ｄｔとの和で示すこ
とができる。すなわち、
ｕ（ｔ）＝Ｋp・ｅ（ｔ）＋ＫI∫ｅ（ｔ）ｄｔ＋Ｋd・ｄｅ／ｄｔ
ただしｅ（ｔ）：制御入力（エラー量、差分）
ｕ（ｔ）：制御出力
Ｋp、ＫI、Ｋd：定数
【０００９】
この式をラプラス変換し、双一次変換により離散系へ変換すれば、次に示す差
分式ｕ（ｎ）に置き換えることができる。
［式１］
Ｕ（ｎ）＝ｕ（ｎ−２）＋Ｋ０・ｅ（ｎ）＋Ｋ１・ｅ（ｎ−１）＋Ｋ２・ｅ
（ｎ−２）
ｕ（ｎ）：出力
ｅ（ｎ）：入力
Ｋ０、Ｋ１、Ｋ２は以下の式による。
Ｋ０＝Ｋp＋Ｔ・ＫI／２＋２Ｋd／Ｔ
Ｋ１＝Ｔ・ＫI−４Ｋd／Ｔ
Ｋ２＝２Ｋd／Ｔ−Ｋp＋ＫI・Ｔ／２
Ｋp：比例定数
ＫI：積分定数
Ｋd：微分定数
Ｔ：サンプリング周期。
【００１０】
次に図５に基づいて、全体の制御動作を説明する。まずオペレータは入力手段
９４から溶接モードを指定する（ステップＳ２００）。ＣＰＵ１０４は、この指
定された制御方式に基づいて電流、電圧、電力のいずれかを読込み可能な状態に
する。ＣＰＵ１０４は定電流制御モードの時には一定電流値である設定目標値を
メモリ手段９０から読出す。同様に定電圧、定電力制御モードなら、一定電圧値、
一定電力値を設定目標値として読出す（ステップＳ２０２）。またオペレータは、
図６に示すＰＩＤテーブル９０Ａから、溶接対象に適した定数の組合せを設定し、
入力手段９４から設定する（ステップＳ２０４）。
【００１１】
ＣＰＵ１０４は、これらの条件を基にしてＤＳＰ８８に前記した差分式ｕ
（ｎ）の演算を行わせる。すなわちＤＳＰ８８ではまず誤差（差分）ｅ（ｎ）を
求め（ステップＳ２０６）。この誤差ｅ（ｎ）から制御出力ｕ（ｎ）を求める
（ステップＳ２０８）。ＣＰＵ１０４は、その結果をＰＷＭ制御部９８に送る
（ステップＳ２１０）。ＰＷＭ制御部９８はこの演算結果に基づいて位相制御信
号をインバータ５８に送り、溶接電流などを制御するものである（ステップＳ２
１２）。すなわち溶接トランス６０の１次電流などを制御する（ステップＳ２１
４）。
【００１２】
図６に示すＰＩＤ定数のテーブル９０Ａにおいては、定数Ｋ０、Ｋ１、Ｋ２の
組合せを３つの制御モードに対してそれぞれ９種類（テーブル番号１〜９）用意
している。これら定数Ｋ０、Ｋ１、Ｋ２は前記したように、比例定数Ｋp、積分
定数（積分時間）ＫI、微分定数（微分時間）Ｋdを含む。従って定数ＫIを０に
すればＰＤ動作が、定数Ｋdを０にすればＰＩ動作が、これら定数ＫI、Ｋdを
共に０にすればＰ動作が得られる。このように一部の定数ＫI、Ｋdを０にした
組合せをテーブルに記憶しておけば、ＰＩＤ動作以外の動作も選択可能になる。
【特許文献１】特開平２００２−１６００７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上述のようにＰＩＤ定数のテーブルは各制御モードに応じて９
種類用意されており、それぞれの場合にＫ０、Ｋ１、Ｋ２が設定しておく方式を
採用している。確かにＫ０、Ｋ１、Ｋ２は比例定数ＫＰ、積分定数ＫＩ及び微分
定数ＫＤの関数ではあるが、比例制御、積分制御、そして微分制御との対応が溶
接機のオペレータに分かりにくく、使い勝手が悪いという欠点があった。
【００１４】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、ＰＩＤ制御を比例制御
と積分制御からなることとして、ＰＩＤ定数のテーブルを比例制御成分と積分制
御成分の組合せとして定義することで使い勝手を向上させるとともに被溶接物に
合わせて溶接品質のよい溶接方法と溶接機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明になる溶接機の制御方法は、制御方式が異なる複数の溶接モードを選択
可能とし、選択した溶接モードに従って溶接電流および溶接電圧の少くとも一方
を検出し、この検出値を目標値に一致させるように目標値と検出値との差分に基
づいて制御出力を求めるためのデジタルＰＩＤ演算式を各溶接モードに対して共
通な式として予め記憶すると共に、異なる複数の溶接モードに対して前記デジタ
ルＰＩＤ演算式で用いる定数を予め記憶しておき、選択した溶接モードに対する
前記定数を読出して前記デジタルＰＩＤ演算式によってデジタルＰＩＤ演算を行
い、この演算結果でフィードバック制御する溶接機の制御方法において、前記定
数は、比例−積分制御を規定するものであって、比例成分Ｐと積分成分Ｉをそれ
ぞれｎ（ｎは正の整数）、ｍ（ｍは正の整数）等分し、ｎ個の比例成分Ｐそれぞ
れにｍ個の積分成分Ｉそれぞれを対応付けるようにしてｎ×ｍ個の組合せとする
ことを特徴とするものである。
【００１６】
また、前記本発明になる溶接機の制御方法のｎ、ｍは７であることを特徴とす
るものである。
そして、前記本発明になる溶接機の溶接モードは定電流モード、定電圧モード、
定電力モードのうちの２以上の溶接モードを含むことを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明になる溶接機は、制御方式が異なる複数の溶接モードを選択可能
とし、選択した溶接モードに従って溶接電流および溶接電圧の少くとも一方を検
出し、この検出値を目標値に一致させるように目標値と検出値との差分に基づい
て制御出力を求めるためのデジタルＰＩＤ演算式を各溶接モードに対して共通な
式として予め記憶すると共に、異なる複数の溶接モードに対して前記デジタルＰ
ＩＤ演算式で用いる定数を予め記憶しておき、選択した溶接モードに対する前記
定数を読出して前記デジタルＰＩＤ演算式によってデジタルＰＩＤ演算を行い、
この演算結果でフィードバック制御する溶接機において、比例−積分制御を規定
するものであって、比例成分Ｐと積分成分Ｉをそれぞれｎ（ｎは正の整数）、ｍ
（ｍは正の整数）等分し、ｎ個の比例成分Ｐそれぞれにｍ個の積分成分Ｉそれぞ
れを対応付けるようにしてｎ×ｍ個の組合せとする前記定数を記憶する記憶手段
を設けたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明になる溶接機のＰＩＤ制御の特徴であるＰＩＤ定数テーブルを溶接機の
制御方法および溶接機を溶接電源に用いることにより、制御対象の変化に対する
反応を早くしつつオーバーシュートの発生しにくい設定など、被溶接物の特性に
合わせた細かい溶接条件の設定が可能となる。
したがって、本発明によれば、使い勝手がよく、被溶接物に合わせて溶接品質
のよい溶接方法と溶接機を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に図を用いて、本発明になる溶接機及びその制御方法について説明する。
本発明は溶接機としては従来の溶接機を使用し、フィードバック制御として比
例制御と積分制御からなるＰＩＤ制御を採用することとして、ＰＩＤ定数のテー
ブルを比例制御成分と積分制御成分の組合せとして定義することで使い勝手を向
上させるものである。このため、溶接機の全体回路構成の概念図や制御装置の構
成概要図同一であるので図およびその説明は省略する。
【００２０】
図１は本発明になるＰＩＤテーブルの概略構成図、図２は図１のＰＩＤテーブ
ルで定義されたＰＩＤ番号の一部を使用したときのフィードバック制御をかけた
ときの溶接電圧（Ｖ）、溶接電流（Ｉ）および溶接電力（Ｗ）の変動を示す図で
ある。なお、ＰＩＤテーブルに格納される定数は溶接機の３つの制御モードであ
る溶接電流制御、溶接電圧制御、および溶接電力制御の各モードにおいて共通で
ある。そして、このＰＩＤテーブルのＰＩＤ番号に対応して、式１の定数Ｋ０、
Ｋ１、およびＫ２が予め決定されている。したがって、ＰＩＤ番号を指定するこ
とによって、式１の定数Ｋ０、Ｋ１、およびＫ２が決定されることになる。
【００２１】
ここでは、ＰＩＤテーブルを７×７のテーブルとすることで説明する。つまり、
ＰＩＤ制御の比例成分および積分成分はそれぞれ７等分し、図１に示すように、
横方向に比例成分を多い順に７つ並べ、縦方向に積分成分を多い順に７つ並べて
テーブル化する。テーブル番号を（ｐｑ）（ｐ、ｑ＝１から７の整数）と表現し、
１１から７７までの数値で表現する。そして、初期値として比例成分および積分
成分とも中間に相当するＰＩＤ番号である（４４）とする。
【００２２】
図２において、横軸は溶接している時間、縦軸は制御対象である溶接電流など
の値、そして複数の波形はＰＩＤ番号を指定してフィードバック制御をかけたと
きの前記溶接電流などの溶接経過時間に対する変動の様子を示す。また、（１
１）というような表示は前述のＰＩＤ番号を示している。
【００２３】
図２においては、ＰＩＤ番号（４４）、（１１）、（１７）、（７１）、（７７）のと
きの溶接電流などの変動の様子を示している。つまり、ＰＩＤ制御における比例
成分と積分成分の大きさに応じて制御対象にどのような変動を生じるかを示した
ものである。
例えば、比例成分および積分成分が中間値をとるＰＩＤ番号（４４）のときが
最適な溶接条件の場合は、制御対象の値は設定プロファイルで指示される目標値
と一致するように溶接時間の経過とともになだらかに上昇し、一定時間同じ値を
維持し、溶接時間が終了するとなだらかに下降する。
【００２４】
これに対して、ＰＩＤ番号（１１）を指定すると制御対象の現在の値と設定プ
ロファイルの指示される目標値が大きく離れた瞬間、素早く目標値に追随しよう
とするため大きく反応するので発振する。また、ＰＩＤ番号（１７）を指定する
と、制御対象の現在の値と設定プロファイルの指示される目標値が大きく離れた
場合でも、立ち上がりは速いが反応が遅いためオーバーシュートは発生するが、
その後落ち着き設定プロファイルに追随する。
【００２５】
ＰＩＤ番号（７１）を指定すると、反応は速いが立ち上がりが遅いため、設定
プロファイルと比べてなだらかに上昇するので設定プロファイルの目標値に到達
するのに時間がかかる。そして、ＰＩＤ番号（７７）を指定すると、反応も遅く、
立ち上がりも遅いので、設定プロファイルの目標値に到達しない。
【００２６】
次に本発明の制御動作を説明する。
制御動作は実質的にはＰＩＤテーブルの内容が異なるだけであるので、図５の
従来の溶接機の動作流れ図に基づいて説明する。
まずオペレータは入力手段９４から溶接モードを指定する（ステップＳ２０
０）。ＣＰＵ１０４は、この指定された制御方式に基づいて電流、電圧、電力の
いずれかを読込み可能な状態にする。ＣＰＵ１０４は定電流制御モードの時には
一定電流値である設定目標値をメモリ手段９０から読出す。同様に定電圧、定電
力制御モードなら、一定電圧値、一定電力値を設定目標値として読出す（ステッ
プＳ２０２）。またオペレータは、図１に示すＰＩＤテーブルから、溶接対象に
適したＰＩＤ番号を設定し、入力手段９４から設定する（ステップＳ２０４）。
このとき実際は、ＰＩＤ番号に対応する予め決められた定数Ｋ０、Ｋ１、Ｋ２が
設定される。
【００２７】
ＣＰＵ１０４は、これらの条件を基にしてＤＳＰ８８に前記した差分式ｕ
（ｎ）の演算を行わせる。すなわちＤＳＰ８８ではまず誤差（差分）ｅ（ｎ）を
求め（ステップＳ２０６）。この誤差ｅ（ｎ）から制御出力ｕ（ｎ）を求める
（ステップＳ２０８）。ＣＰＵ１０４は、その結果をＰＷＭ制御部９８に送る
（ステップＳ２１０）。ＰＷＭ制御部９８はこの演算結果に基づいて位相制御信
号をインバータ５８に送り、溶接電流などを制御するものである（ステップＳ２
１２）。すなわち溶接トランス６０の１次電流などを制御する（ステップＳ２１
４）。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の１実施の形態を示す溶接機に使用するＰＩＤテーブルの概略構成図である。
【図２】図１のＰＩＤテーブルで定義されたＰＩＤ番号の一部を使用したときのフィードバック制御をかけたときの制御対象の変動を示す図である。
【図３】従来の溶接機の全体回路構成の概念図である。
【図４】図３の溶接機の制御装置の構成概要図である。
【図５】図４の制御装置の動作流れ図である。
【図６】図３の溶接機の定数を記憶するメモリテーブルの内容を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
２４ａ、２４ｂ  溶接電極
５０  商用３相交流電源
５２  スタートスイッチ
５４  整流回路
５６  平滑  
５８  インバータ
６０  溶接トランス
６２  整流器
６８  制御装置
７０  定電流制御部
７２  定電圧制御部
７４  定電力制御部
７６  電流検出器
７８  電流検出部
８０  電圧検出部
８２  電力検出部
【図１】
2007190594.tif 000003
【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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