(57)【要約】【課題】比較的容易に電動機の応答速度を変更することができるようにする。【解決手段】電動機２０の回転速度を制御する速度制御装置３０は、電動機の回転速度を検出する回転速度検出手段と、電動機の回転速度を制御する制御回路１１とを具備する。制御回路は回転速度検出手段によって検出された回転速度の実績値Ｎfbkが制御回路に入力された指令値になるように電動機を制御する。速度制御装置は、電動機の回転速度の目標値Ｎtrgが入力されて制御回路に入力すべき指令値を算出する補償制御手段３１を更に具備する。補償制御手段は、回転速度検出手段によって検出された回転速度の実績値と回転速度の目標値との偏差が大きくなるに従って大きくなる補正値Ｒを、目標値に加算したものを修正目標値Ｎrevとして算出し、算出された修正目標値を指令値として制御回路に入力する。【選択図】図４
2012222882.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機の回転速度を制御する速度制御装置であって、
前記電動機の回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記電動機の回転速度を制御する制御回路とを具備し、該制御回路は前記回転速度検出手段によって検出された回転速度の実績値が当該制御回路に入力された指令値になるように電動機を制御する、速度制御装置において、
前記電動機の回転速度の目標値が入力されて前記制御回路に入力すべき指令値を算出する補償制御手段を更に具備し、該補償制御手段は、前記回転速度検出手段によって検出された回転速度の実績値と前記回転速度の目標値との偏差が大きくなるに従って大きくなる補正値を、前記目標値に加算したものを修正目標値として算出し、算出された修正目標値を指令値として前記制御回路に入力する、速度制御装置。
【請求項２】
前記修正目標値Ｎrevは、前記回転速度の実績値をＮfbkと前記回転速度の目標値をＮtrgとし、所定の補正係数をＰとしたときに、下記式（１）
Ｎrev＝Ｎtrg+（Ｎtrg−Ｎfbk）Ｐ      …（１）
によって算出される、請求項１に記載の速度制御装置。
【請求項３】
電動機の回転速度を制御する速度制御方法であって、
前記電動機の回転速度を検出する工程と、制御回路によって、前記検出された回転速度の実績値が前記制御回路に入力された指令値になるように電動機を制御する工程とを備える速度制御方法において、
前記検出された回転速度の実績値と前記回転速度の目標値との偏差が大きくなるに従って大きくなる補正値を算出する工程と、
前記補正値を前記目標値に加算したものを修正目標値として算出する工程と、
前記修正目標値を指令値として前記制御回路に入力する工程とを備える、速度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機の回転速度を制御する速度制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、連続圧延機においては、各圧延スタンドの圧延ロールや圧延機前後ブライドルロールに対する回転速度（回転数）指令値は、各圧延スタンド間で被圧延材（鋼材等）に加わる張力が目標値となるように設定される。回転速度指令値が設定されると、各圧延スタンドや圧延機前後ブライドルロールの電動機毎に設けられた電動機の速度制御装置は、電動機の実際の回転速度が回転速度指令値となるように回転速度のフィードバック制御を行う（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１及び図２を参照してこのような従来の速度制御装置について説明する。図１は従来の速度制御装置の構成を概略的に表したブロック線図を、図２は従来の速度制御を伝達関数で表したブロック線図をそれぞれ示している。図１に示すように、この速度制御装置１０の制御回路１１には回転速度指令値Ｎrefが入力され、その出力は電動機２０に入力される。電動機２０において速度検出器（図示せず）によって回転速度実績値Ｎfbkが検出され、検出された回転速度実績値Ｎfbkは速度制御装置１０の制御回路１１に入力される。
【０００４】
特に、図１に示した速度制御装置１０では、例えばＰＩ制御（比例積分制御）が行われている。図２から分かるように、速度制御装置１０の制御回路１１は減算器１２、速度調整器１３により構成される。速度調節器１３としてはＰ制御、ＰＩ制御又はＰＩＤ制御を行う調整器等、様々な調節器を用いることが可能である。
【０００５】
図２から分かるように、速度制御装置１０の制御回路１１では、減算器１２において回転速度指令値Ｎrefと回転速度実績値Ｎfbkとの速度偏差ΔＮが算出されると共に、この速度偏差ΔＮが速度調整器１３に入力される。その後、速度調整器１３からの出力がトルク指令として電動機２０に与えられる。このような回転速度指令値Ｎrefから回転速度実績値Ｎfbkへの伝達関数は、速度調整器１３における伝達関数をＧとすると下記式（１）のように表せる。
【数１】
2012222882.tif 000003
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２４２９０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、回転速度実績値Ｎfbkを検出する速度検出器としては、一般に、電動機の出力シャフトが所定角度回転するごとに一つのパルスを発生させるパルスジェネレータ等が用いられる。斯かるパルスジェネレータでは、電動機の回転速度が低くなると、電動機の実際の回転速度に対して検出値の遅れが生じ易く、その結果、回転速度指令値Ｎrefと回転速度実績値Ｎfbkとの速度偏差ΔＮが大きくなり易い。
【０００８】
連続圧延機や圧延機前後ブライドルロール等においてこのように速度偏差ΔＮが大きくなると、各圧延スタンド間で被圧延材に加わる張力が目標値から大きく変化し、その結果、連続圧延機によって製造される被圧延材の形状（板厚、板クラウン等）が目標形状とは異なるものとなってしまう。
【０００９】
このように連続圧延機や圧延機前後ブライドルロール等において速度偏差ΔＮが大きくなってしまうことを抑制するためには、例えば制御回路１１においてＰＩ制御が行われている場合、制御回路１１の比例係数や積分係数の変更を行って電動機の応答速度を変更することが考えられる。しかしながら、このような場合、比例係数や積分係数等の変更を行うためには制御回路１１を物理的に改造することが必要となる。このため、一般に、ユーザが簡単に制御回路１１を調整することはできない。
【００１０】
そこで、上記課題を鑑みて、本発明の目的は、容易には改造することができない制御回路により電動機の速度制御を行っている速度制御装置について、比較的容易に電動機の応答速度を変更することができるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者は、制御回路を物理的に改造することなく電動機の応答速度を調整することを目的として、様々な構成の速度制御装置について検討を行った。
その結果、既存の制御回路に入力される回転速度指令値を、電動機の回転速度目標値に対して補正することにより、特に回転速度指令値を回転速度検出手段によって検出された回転速度実績値と回転速度目標値との偏差に応じて補正することにより、比較的容易に電動機の応答速度を変更することができるようになることを見出した。
【００１２】
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は以下のとおりである。
［１］電動機の回転速度を制御する速度制御装置であって、前記電動機の回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記電動機の回転速度を制御する制御回路とを具備し、該制御回路は前記回転速度検出手段によって検出された回転速度の実績値が当該制御回路に入力された指令値になるように電動機を制御する、速度制御装置において、前記電動機の回転速度の目標値が入力されて前記制御回路に入力すべき指令値を算出する補償制御手段を更に具備し、該補償制御手段は、前記回転速度検出手段によって検出された回転速度の実績値と前記回転速度の目標値との偏差が大きくなるに従って大きくなる補正値を、前記目標値に加算したものを修正目標値として算出し、算出された修正目標値を指令値として前記制御回路に入力する、速度制御装置。
【００１３】
［２］前記修正目標値Ｎrevは、前記回転速度の実績値をＮfbkと前記回転速度の目標値をＮtrgとし、所定の補正係数をＰとしたときに、下記式（２）
Ｎrev＝Ｎtrg+（Ｎtrg−Ｎfbk）Ｐ      …（２）
によって算出される、上記［１］に記載の速度制御装置。
【００１４】
なお、上記［２］において、補正係数Ｐは、前記回転速度の実績値が低いほど高くされてもよい。また、上記［１］、［２］において、前記回転速度の実績値と回転速度の目標値との偏差の絶対値が所定の下限値以下の場合には前記補正値はゼロとされてもよく、また、前記回転速度の実績値と回転速度の目標値との偏差の絶対値が所定の上限値以上の場合には前記補正値は偏差に関わらず一定とされてもよい。
【００１５】
［３］電動機の回転速度を制御する速度制御方法であって、
前記電動機の回転速度を検出する工程と、制御回路によって、前記検出された回転速度の実績値が前記制御回路に入力された指令値になるように電動機を制御する工程とを備える速度制御方法において、前記検出された回転速度の実績値と前記回転速度の目標値との偏差が大きくなるに従って大きくなる補正値を算出する工程と、前記補正値を前記目標値に加算したものを修正目標値として算出する工程と、前記修正目標値を指令値として前記制御回路に入力する工程とを備える、速度制御方法。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、比較的容易に電動機の応答速度を変更することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来の速度制御装置の構成を概略的に表したブロック線図である。
【図２】従来の速度制御を伝達関数で表したブロック線図である。
【図３】本発明の速度制御装置の構成を概略的に表したブロック線図である。
【図４】本発明の速度制御を伝達関数で表したブロック線図である。
【図５】不感帯ブロックにおける入力と出力との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。
【００１９】
図３は本発明の速度制御装置の構成を概略的に表したブロック線図を、図４は本発明の速度制御を伝達関数で表したブロック線図をそれぞれ示している。図３に示すように、速度制御装置３０は補償制御装置３１と制御回路１１とを具備する。本実施形態では、補償制御装置３１は、例えば連続圧延機全体の制御を行うＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）等の制御機構内に構築される。したがって、補償制御装置３１は、制御回路１１のように電子回路として構築されるのではなく、ソフトウェアとして構築される。
【００２０】
図３から分かるように、速度制御装置３０には電動機２０の回転速度目標値Ｎtrgが入力され、その出力である修正目標値Ｎrevは指令値として制御回路１１に入力される。制御回路１１の出力は図１に示した速度制御装置１０と同様に電動機２０に入力される。電動機２０において速度検出器（図示せず）によって回転速度実績値Ｎfbkが検出され、検出された回転速度実績値Ｎfbkは速度制御装置３０の補償制御装置３１及び制御回路１１に入力される。
【００２１】
図４から分かるように、補償制御装置３１では、加え合わせ点３２において回転速度目標値Ｎtrgと回転速度実績値Ｎfbkとの速度偏差ΔＮ’（＝Ｎtrg−Ｎfbk）が算出されると共に、この速度偏差ΔＮ’が不感帯ブロック３３に入力される。
【００２２】
本実施形態の不感帯ブロック３３では、図５（Ａ）に示したように、不感帯ブロック３３への入力値ｘの絶対値が所定の下限値Ｘ1よりも小さいときには出力値ｙはゼロとされ、入力値ｘの絶対値が所定の下限値Ｘ1以上であるときには入力値ｘから下限値Ｘ1を減算（又は−Ｘ1を加算）した値が出力値ｙとされる。この関係は下記式（３）で表される。すなわち、本実施形態の不感帯ブロック３３では、入力値ｘ（すなわち、回転速度目標値Ｎtrgと回転速度実績値Ｎfbkとの速度偏差ΔＮ’）の絶対値が一定値Ｘ1よりも小さい場合には出力値ｙがゼロとされ、ひいては後述する補正値Ｒがゼロとされる。
【数２】
2012222882.tif 000004
【００２３】
或いは、不感帯ブロック３３では、図５（Ｂ）に示したように、入力値ｘの絶対値が所定の下限値Ｘ1よりも小さいときには出力値ｙをゼロにすることに加え、入力値ｘの絶対値が所定の上限値Ｘ2よりも大きいときには出力値ｙが一定値に維持されるようにしてもよい。この場合、入力値ｘの絶対値が下限値Ｘ1以上であって上限値Ｘ2以下である場合には、出力値ｙは入力値ｘから下限値Ｘ1を減算（又は−Ｘ1を加算）した値に比例した値とされる。この関係は下記式（４）で表される。
【数３】
2012222882.tif 000005
【００２４】
または、不感帯ブロック３３では、図５（Ｃ）に示したように、入力値ｘの絶対値が所定の下限値Ｘ1よりも小さいときには出力値ｙをゼロにすると共に、入力値ｘの絶対値が所定の上限値Ｘ１以上のときには出力値ｙを入力値ｘと同一にするようにしてもよい。この関係は下記式（５）で表される。
【数４】
2012222882.tif 000006
【００２５】
次いで、不感帯ブロック３３の出力は比例ブロック３４に入力される。比例ブロック３４では、不感帯ブロック３３の出力に所定のゲイン（補正係数）Ｐが乗算される。このゲインＰの値は補償制御装置３１の作動中に変更が可能である。このゲインＰは、ユーザによって手動で変更されてもよいし、回転速度実績値Ｎfbk等の電動機の作動に関するパラメータに基づいて変更されてもよい。例えば、回転速度実績値Ｎfbkに基づいてゲインＰを変更する場合には、回転速度実績値Ｎfbkが小さくなるほどゲインＰが大きくされる。
【００２６】
比例ブロック３４からの出力値を補正値Ｒとすると、加え合わせ点３５において回転速度目標値Ｎtrgと補正値Ｒとが加算されて修正目標値Ｎrevが算出される（Ｎrev＝Ｎtrg＋Ｒ）。特に、補正値Ｒは、不感帯ブロック３３を考慮しなければ、Ｐ・ΔＮ’＝Ｐ・（Ｎtrg−Ｎfbk）と表すことができるから、修正目標値Ｎrevは下記式（６）のように表すことができる。
Ｎrev＝Ｎtrg+（Ｎtrg−Ｎfbk）Ｐ      …（６）
【００２７】
このようにして算出された修正目標値Ｎrevが指令値として制御回路１１に入力される。制御回路１１では、図２に示した例と同様に、減算器１２において回転速度指令値である修正目標値Ｎrevと回転速度実績値Ｎfbkとの速度偏差ΔＮが算出されると共に、この速度偏差ΔＮが速度調整器１３に入力される。その後、速度調整器１３からの出力がトルク指令として電動機２０に与えられる。
【００２８】
このような回転速度目標値Ｎtrgから回転速度実績値Ｎfbkへの伝達関数は、速度調整器１３における伝達関数をＧとすると下記式（７）のように表せる。
【数５】
2012222882.tif 000007
【００２９】
このように、本実施形態の速度制御装置３０によれば、制御回路１１に入力する回転速度指令値Ｎrefは回転速度目標値Ｎtrgとは異なる値とされる。具体的には、補償制御装置３１において、回転速度実績値Ｎfbkと回転速度目標値Ｎtrgとの速度偏差ΔＮ’が大きくなるに従って大きくなる補正値Ｒを、回転速度目標値Ｎtrgに加算したものが修正目標値Ｎrevとして算出され、この修正目標値Ｎrevが回転速度指令値Ｎrefとして制御回路１１に入力される。
【００３０】
特に、上記式（６）から、補償制御装置３１におけるゲインＰは、速度制御装置３０全体の速度応答性を高める意味を持つことが分かる。したがって、本実施形態の速度制御装置３０では、制御回路１１を物理的に改造することなく制御回路１１に入力する指令値を修正することにより、速度制御装置の速度応答性を調整することができるようになる。
【００３１】
また、上記式（６）から速度応答性はゲインＰの値が大きくなるほど高まることが分かる。このため、上述したように速度応答性の低下する低回転速度領域においてゲインＰの値を大きくするようにしてもよい。具体的には、回転速度の実績値Ｎfbkが低いほどゲインＰの値を大きくするようにしてもよい。これにより、低回転速度領域において速度応答性を高めることができる。
【符号の説明】
【００３２】
１０    速度制御装置
１１    制御回路
１２    減算器
１３    速度調整器
２０    電動機
３０    速度制御装置
３１    補償制御装置
３２    加え合わせ点
３３    不感帯ブロック
３４    比例ブロック
３５    加え合わせ点
【図１】
2012222882.tif 000008
【図２】
2012222882.tif 000009
【図３】
2012222882.tif 000010
【図４】
2012222882.tif 000011
【図５】
2012222882.tif 000012