(57)【要約】【課題】モータにより回転する機械のイナーシャーが大きい場合に、速度変動を短時間で抑制する。【解決手段】モータ制御装置１の速度制御器１５は、入力した速度偏差Δωが０になるように、予め設定された比例ゲイン及び積分ゲインを用いてＰＩ制御器による速度制御を行い、トルク指令τ＊を算出する。微分補償器１６は、入力した速度偏差Δωに対し、予め設定されたフィルタ周波数、微分周波数及び微分ゲインを用いて微分処理を施し、補償値Ｆを算出する。加算器１９は、トルク指令τ＊に補償値Ｆ及び起動値Ｓを加算してトルク指令τ＊１を求める。そして、トルク指令τ＊１に基づいて、インバータ２を介してモータ３が回転する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の速度指令に基づいてトルク指令を生成し、トルク指令に基づいてモータを回転制御し、前記モータに連結した機械を回転させるモータ制御装置において、
前記所定の速度指令から前記モータの速度フィードバックを減算し、速度偏差を求める減算器と、
前記減算器により求められた前記速度偏差が０となるように、比例及び積分制御し、第１のトルク指令を算出する速度制御器と、
前記減算器により求められた前記速度偏差に対し、微分処理を施し、補償値を算出する微分補償器と、
前記速度制御器により算出された前記第１のトルク指令に、前記微分補償器により算出された前記補償値を加算し、第２のトルク指令を求める加算器と、を備え、
前記加算器により求められた前記第２のトルク指令に基づいて、前記モータを回転制御する、ことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のモータ制御装置において、
前記微分補償器は、
前記減算器により求められた前記速度偏差に対し、予め設定されたフィルタ周波数を用いて１次遅れ処理を施し、１次遅れ速度偏差を算出する１次遅れ器と、
前記１次遅れ器により算出された前記１次遅れ速度偏差に対し、予め設定された微分周波数を用いて微分処理を施し、微分値を算出する微分器と、
前記微分器により算出された前記微分値に、予め設定された微分ゲインを乗算し、前記補償値を求める乗算器と、を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載のモータ制御装置において、
前記機械は、ロール状に巻かれた円柱形状の材料が回転することで巻き出されたシート状の材料を、前記所定の速度指令に従った一定速度で走行させるロールであり、
前記モータの速度フィードバック及び前記速度偏差に、前記円柱形状の材料の回転に伴って生じる所定周期の速度変動が含まれる場合に、
前記微分補償器の前記１次遅れ器は、前記速度変動を含む前記１次遅れ速度偏差を算出し、
前記微分器は、前記１次遅れ速度偏差に含まれる前記速度変動に対して前記微分値を算出し、
前記乗算器は、前記速度変動に対応した前記補償値を求める、ことを特徴とするモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロール等の負荷変動の少ない機械に連結されたモータを回転制御するモータ制御技術に関し、特に、モータと機械との間のイナーシャー比が大きい場合に適用するモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ロール等の機械をモータにて駆動し、機械を所定の回転速度に制御するモータ制御システムが知られている。例えば、シート状の紙等の材料を一定速度で走行させ、走行する材料をロータリーカッターで所定長の製品に連続して切断するモータ制御システムでは、材料を一定速度で走行させるために、ロール状の機械が用いられる（例えば、特許文献１〜３を参照）。
【０００３】
このロール状の機械は、モータ制御装置によるモータの回転制御により、シート状の材料をロータリーカッターへ一定速度で供給する。
【０００４】
このようなモータ制御システムにおいては、負荷変動の少ないロール状の機械、すなわち慣性モーメント（イナーシャー）の大きい機械が用いられる。イナーシャーの大きい機械の方が小さい機械よりも、回転速度が安定するからである。これは、機械自体のフライホイール効果によるものである。ロール状の機械にフライホイールを設けることにより、回転速度を一層安定させることができる。
【０００５】
このように、負荷変動の少ないロール状の機械を用いることにより、シート状の材料の走行速度を安定させることができ、後段のロータリーカッターにて安定した長さの切断を実現することができる。
【０００６】
一方で、イナーシャーの大きい機械を用いた場合には、安定した速度で回転しているときに、外部からの影響を受けてその回転速度が変動すると、元の安定した速度に戻すのが難しいことが知られている。
【０００７】
一般に、回転速度が変動したときには、比例積分制御（ＰＩ制御）にて回転速度を安定させる。しかし、機械とモータとの間のイナーシャー比が大き過ぎると、安定するまでに時間がかかってしまう。
【０００８】
図４は、従来のモータ制御装置を含むモータ制御システムの概略図、及びモータ制御装置の構成例を示すブロック図である。このモータ制御システムは、モータ制御装置１００によりインバータ２及びモータ３を介して、ロール６を一定速度で回転させることで、シート状の紙等の材料５を、直線の矢印の向きへ一定速度で走行させるシステムである。
【０００９】
一定速度で走行する材料５は、例えばロール６の後工程に設けられたロータリーカッターにより、所定長の製品に連続して切断される。
【００１０】
モータ制御装置１００は、所定の速度指令ω＊に基づいたトルク指令をインバータ２へ出力し、モータ３を一定速度で回転させる装置である。ロール６は、材料５を走行させるモータ３と機械的に連結しており、モータ３の回転に伴い回転する。
【００１１】
このモータ制御装置１００は、Ｆ／Ｖ変換器（周波数／速度変換器）１０１、減算器１０２及び速度制御器１０３を備えている。尚、図４には、モータ３の回転制御に直接関連する構成部のみ示してあり、直接関連しない構成部は省略してある。
【００１２】
Ｆ／Ｖ変換器１０１は、ＰＧ（パルスジェネレータ）４から、モータ３の回転に応じたパルス信号を入力し、パルス信号をカウントし、パルス信号の周波数を速度に変換し、モータ３の回転速度である速度フィードバックωを減算器１０２に出力する。
【００１３】
減算器１０２は、所定の速度指令ω＊を入力すると共に、Ｆ／Ｖ変換器１０１から速度フィードバックωを入力し、速度指令ω＊から速度フィードバックωを減算し、速度偏差Δωを求める。そして、減算器１０２は、速度偏差Δωを速度制御器１０３に出力する。
【００１４】
速度制御器１０３は、減算器１０２から速度偏差Δωを入力すると共に、予め設定された比例ゲイン、積分ゲイン、プラスリミット及びマイナスリミットを入力する。そして、速度制御器１０３は、速度偏差Δωが０になるように、予め設定された比例ゲイン及び積分ゲインを用いてＰＩ制御器による速度制御を行い、プラスリミット及びマイナスリミットの制限を加えたトルク指令τ＊を算出する。速度制御器１０３は、トルク指令τ＊をインバータ２へ出力する。
【００１５】
インバータ２は、モータ制御装置１００の速度制御器１０３からトルク指令τ＊を入力し、トルク指令τ＊から３相交流電圧指令を生成し、３相交流電圧指令からＰＷＭ信号を生成する。そして、インバータ２は、ＰＷＭ信号によってインバータのスイッチング素子のゲートをオンオフし、インバータに入力される直流バス電圧をスイッチングして交流電圧に変換する。そして、インバータ２は、交流電圧をモータ３へ供給する。ＰＧ４は、モータ３の回転に応じたパルス信号を発生する。
【００１６】
このように、モータ制御装置１００により、速度指令ω＊と速度フィードバックωとの間の速度偏差Δωに基づいて速度制御が実行され、モータ３が速度指令ω＊の一定速度にて回転する。これにより、ロール６は、速度指令ω＊の一定速度にて回転する。
【００１７】
図４に示したモータ制御システムにおいて、所定の速度指令ω＊に従い、ロール６が一定速度にて回転し、材料５が一定の走行速度にて後段のロータリーカッターへ安定して供給されているものとする。速度指令ω＊と速度フィードバックωとの間の速度偏差Δωは０である。
【００１８】
このような状態で、何らかの影響により、材料５の走行速度が変動した場合を想定する。このとき、ロール６の回転速度である速度フィードバックωが変動する。
【００１９】
例えば、図４において、ロール６の前段に、ロール状に巻かれた円柱形状の材料５を回転させ、シート状の材料５として巻き出し、ロール６へ供給する材料供給装置（図示せず）が設けられており、円柱形状の材料５の回転に起因してシート状の材料５の走行速度が変動することがあり得る。
【００２０】
図５は、ロール状に巻かれた円柱形状の材料５がシート状の材料５として供給される際に、その走行速度が変動していることを説明するイメージ図である。図５の上部に示すように、材料５の形状は、元々ロール状に巻かれた円柱であり、ロール６の一定速度の回転に伴って、シート状の材料５として供給される。
【００２１】
この場合、材料５の形状が真円の円柱であれば、ロール６の一定速度の回転に伴って、シート状の材料５は、一定の走行速度で供給される。しかし、ロール状に巻かれた材料５の形状にはばらつきがあり、必ずしも真円の円柱ではないため材料５の張力が変化する。このため、シート状の材料５の走行速度は必ずしも一定ではなく、変動してしまう。
【００２２】
図５の下部は、モータ制御装置１００における速度フィードバックωのパターンのイメージを示している。横軸は時間ｔを示す。ロール状に巻かれた材料５の形状が真円ではない場合、ロール状の材料５の回転に伴い、その回転周期のタイミングで高周波の速度変動が生じる（図５のαの箇所）。モータ制御装置１００は、このような速度変動に対応した速度制御を行う。
【００２３】
図４を参照して、モータ制御装置１００の速度制御器１０３は、速度変動分の速度偏差Δωを入力し、予め設定された比例ゲイン及び積分ゲインを用いて、速度偏差Δωに応じたトルク指令τ＊を算出することで、速度の安定化を図る。
【００２４】
ここで、モータ３に対するロール６のイナーシャー比が大きい場合には、イナーシャー比が小さい場合に比べ、微小な速度変動への追従性は低下してしまう。これは、速度制御器１０３が、速度指令ω＊と速度フィードバックωとの差分である速度偏差Δωに対してＰＩ制御を行っているため、速度偏差Δωが微小のときには、速度が安定するまで時間を要してしまうからである。
【００２５】
速度が安定するまでの時間の短縮化を図るためには、比例ゲイン及び積分ゲインを大きくすればよい。したがって、ロール６のイナーシャーが大きい場合には、比例ゲイン及び積分ゲインは、予め大きい値に設定されており、ロール６のイナーシャーが小さい場合には、比例ゲイン及び積分ゲインは、予め小さい値に設定されている。ロール６のイナーシャーの大きさに応じた比例ゲイン及び積分ゲインを予め設定しておくことにより、イナーシャーの大きさに依存しない速度応答性を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２６】
【特許文献１】特開平８−１７４４８９号公報
【特許文献２】特開２００５−３４２８２７号公報
【特許文献３】特開２００８−１０５１４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
しかしながら、図４に示したモータ制御システムでは、ロール６等の機械要素にバックラッシュ等があることから、モータ制御装置１００のＰＩ制御によっては、確実な速度制御を実現することができない場合がある。
【００２８】
前述のとおり、ロール６のイナーシャーが大きい場合には、比例ゲイン及び積分ゲインは、予め大きい値に設定しておく必要がある。しかし、比例ゲイン及び積分ゲインが一定以上の大きい値のときには、制御系が不安定になってしまう。
【００２９】
制御系の安定化を図るためには、比例ゲイン及び積分ゲインは、イナーシャーの大きさに応じた理想値よりも小さい値に設定しておく必要がある。しかし、比例ゲイン及び積分ゲインが理想値よりも小さい値に設定されると、速度応答性が低下してしまう。
【００３０】
このように、従来のモータ制御装置１００による速度制御においては、ロール６のイナーシャーが大きい場合、制御系の安定化のために、比例ゲイン及び積分ゲインをイナーシャーの大きさに応じた理想値に設定することができず、理想値よりも低い値に設定する必要がある。このため、例えば図５の下部に示したような速度変動αが発生すると、その速度変動αに対する追従性が低下し、速度応答性が低下するという問題があった。
【００３１】
例えば、図４に示したモータ制御システムにおいて、後段の図示しないロータリーカッターにて連続的に材料５を所定長に切断する場合、従来のモータ制御装置１００では、このような急峻な速度変動αに対応することができない。このため、精度の高い切断処理を実現することができない。
【００３２】
そこで、本発明は前記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、モータにより回転する機械のイナーシャーが大きい場合に、速度変動を短時間で抑制することが可能なモータ制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３３】
前記課題を解決するために、請求項１のモータ制御装置は、所定の速度指令に基づいてトルク指令を生成し、トルク指令に基づいてモータを回転制御し、前記モータに連結した機械を回転させるモータ制御装置において、前記所定の速度指令から前記モータの速度フィードバックを減算し、速度偏差を求める減算器と、前記減算器により求められた前記速度偏差が０となるように、比例及び積分制御し、第１のトルク指令を算出する速度制御器と、前記減算器により求められた前記速度偏差に対し、微分処理を施し、補償値を算出する微分補償器と、前記速度制御器により算出された前記第１のトルク指令に、前記微分補償器により算出された前記補償値を加算し、第２のトルク指令を求める加算器と、を備え、前記加算器により求められた前記第２のトルク指令に基づいて、前記モータを回転制御する、ことを特徴とする。
【００３４】
また、請求項２のモータ制御装置は、請求項１に記載のモータ制御装置において、前記微分補償器が、前記減算器により求められた前記速度偏差に対し、予め設定されたフィルタ周波数を用いて１次遅れ処理を施し、１次遅れ速度偏差を算出する１次遅れ器と、前記１次遅れ器により算出された前記１次遅れ速度偏差に対し、予め設定された微分周波数を用いて微分処理を施し、微分値を算出する微分器と、前記微分器により算出された前記微分値に、予め設定された微分ゲインを乗算し、前記補償値を求める乗算器と、を備えたことを特徴とする。
【００３５】
また、請求項３のモータ制御装置は、請求項２に記載のモータ制御装置において、前記機械が、ロール状に巻かれた円柱形状の材料が回転することで巻き出されたシート状の材料を、前記所定の速度指令に従った一定速度で走行させるロールであり、前記モータの速度フィードバック及び前記速度偏差に、前記円柱形状の材料の回転に伴って生じる所定周期の速度変動が含まれる場合に、前記微分補償器の前記１次遅れ器が、前記速度変動を含む前記１次遅れ速度偏差を算出し、前記微分器が、前記１次遅れ速度偏差に含まれる前記速度変動に対して前記微分値を算出し、前記乗算器が、前記速度変動に対応した前記補償値を求める、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３６】
以上のように、本発明によれば、モータにより回転する機械のイナーシャーがモータよりも大きい場合に、すなわちモータに対する機械のイナーシャー比が大き過ぎる（所定値よりも大きい）場合に、速度変動を短時間で抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施形態によるモータ制御装置を含むモータ制御システムの概略図、及びモータ制御装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】微分補償器の構成例を示すブロック図である。
【図３】微分補償器の処理を説明するイメージ図である。
【図４】従来のモータ制御装置を含むモータ制御システムの概略図、及びモータ制御装置の構成例を示すブロック図である。
【図５】ロール状に巻かれた円柱形状の材料がシート状の材料として供給される際に、その走行速度が変動していることを説明するイメージ図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて詳細に説明する。本発明は、従来のＰＩ制御にて算出したトルク指令τ＊に、微分制御（Ｄ制御）にて算出した補償値Ｆを加算することで新たなトルク指令τ＊１を求め、この新たなトルク指令τ＊１に基づいて、モータ３を回転させることを特徴とする。これにより、速度制御の応答性が向上し、速度変動を短時間で抑制することが可能となる。
【００３９】
〔モータ制御装置〕
図１は、本発明の実施形態によるモータ制御装置を含むモータ制御システムの概略図、及びモータ制御装置の構成例を示すブロック図である。このモータ制御システムは、図４に示したモータ制御システムと同様に、モータ制御装置１によりインバータ２及びモータ３を介して、図示しないロール６を一定速度で回転させることで、図示しないシート状の材料５を一定速度で走行させるシステムである。
【００４０】
モータ制御装置１は、図４に示したモータ制御装置１００と同様に、所定の速度指令ω＊に基づいた指令をインバータ２へ出力し、モータ３を一定速度で回転させる装置である。
【００４１】
このモータ制御装置１は、ローパスフィルタ１０、Ｓカーブ変換器１１、Ｆ／Ｖ変換器１２、平滑フィルタ１３、減算器１４、速度制御器１５、微分補償器１６、ブーストトルク補償器１７及び加算器１８，１９を備えている。尚、図１には、本発明に直接関連する構成部のみ示してあり、直接関連しない構成部は省略してある。
【００４２】
ローパスフィルタ１０は、所定の速度指令ω＊を入力し、速度指令ω＊に対し、予め設定された周波数を用いてフィルタ処理を施し、フィルタ処理後の速度指令ω＊１をＳカーブ変換器１１に出力する。これにより、速度指令ω＊に付加された高周波ノイズが除去される。
【００４３】
Ｓカーブ変換器１１は、いわゆるレート回路であり、ローパスフィルタ１０からフィルタ処理後の速度指令ω＊１を入力し、速度指令ω＊１に対し、予め設定された加速時間、減速時間及びジャーク値を用いて変換処理を施す。そして、Ｓカーブ変換器１１は、滑らかなＳ字カーブの時間特性を有する速度指令ω＊２を生成する。Ｓカーブ変換器１１は、滑らかなＳ字カーブの時間特性を有する速度指令ω＊２を減算器１４に出力する。
【００４４】
予め設定された加速時間は、ステップ状の入力信号に対し、当該時間分の加速の傾きを有する時間特性の信号となるように変換するパラメータである。減速時間は、ステップ状の入力信号に対し、当該時間分の減速の傾きを有する時間特性の信号となるように変換するパラメータである。ジャーク値は、加速度または減速度の変化の程度を定めるパラメータであり、加速または減速の始点及び終点を滑らかなＳ字カーブの特性の信号となるように変換するパラメータである。
【００４５】
Ｆ／Ｖ変換器１２は、図４に示したＦ／Ｖ変換器１０１と同様に、ＰＧ４からモータ３の回転に応じたパルス信号を入力し、パルス信号をカウントする。そして、Ｆ／Ｖ変換器１２は、パルス信号の周波数を速度に変換し、モータ３の回転速度である速度フィードバックωを平滑フィルタ１３に出力する。
【００４６】
平滑フィルタ１３は、Ｆ／Ｖ変換器１２から速度フィードバックωを入力し、速度フィードバックωに対し、予め設定された平均値を用いて平滑化処理を施し、平滑化処理後の速度フィードバックω１を減算器１４に出力する。平均値は、平滑化処理の程度を定めるパラメータである。
【００４７】
減算器１４は、Ｓカーブ変換器１１から速度指令ω＊２を入力すると共に、平滑フィルタ１３から速度フィードバックω１を入力し、速度指令ω＊２から速度フィードバックω１を減算し、速度偏差Δωを求める。そして、減算器１４は、速度偏差Δωを速度制御器１５及び微分補償器１６に出力する。
【００４８】
速度制御器１５は、図４に示した速度制御器１０３と同様に、減算器１４から速度偏差Δωを入力すると共に、予め設定された比例ゲイン、積分ゲイン、プラスリミット及びマイナスリミットを入力する。そして、速度制御器１５は、速度偏差Δωが０になるように、予め設定された比例ゲイン及び積分ゲインを用いてＰＩ制御器による速度制御を行い、プラスリミット及びマイナスリミットの制限を加えたトルク指令τ＊を算出する。速度制御器１５は、トルク指令τ＊を加算器１９に出力する。
【００４９】
微分補償器１６は、減算器１４から速度偏差Δωを入力すると共に、予め設定されたフィルタ周波数、微分周波数及び微分ゲインを入力する。そして、微分補償器１６は、速度偏差Δωに対し、予め設定されたフィルタ周波数、微分周波数及び微分ゲインを用いて微分処理を施し、補償値Ｆを算出する。微分補償器１６は、補償値Ｆを加算器１８に出力する。微分補償器１６の詳細については後述する。
【００５０】
ブーストトルク補償器１７は、予め設定されたブースト値及びスケーリング値を入力し、モータ３の起動時に必要となるトルク指令τ＊１に対応する起動値Ｓを生成し、起動値Ｓを加算器１８に出力する。起動値Ｓは、予め設定されたブースト値及びスケーリング値をパラメータとした所定式にて算出される。
【００５１】
加算器１８は、微分補償器１６から補償値Ｆを入力すると共に、ブーストトルク補償器１７から起動値Ｓを入力し、補償値Ｆに起動値Ｓを加算し、加算値を加算器１９に出力する。
【００５２】
加算器１９は、速度制御器１５からトルク指令τ＊を入力すると共に、加算器１８から加算値を入力し、トルク指令τ＊に加算値を加算し、トルク指令τ＊１を求める。そして、加算器１９は、トルク指令τ＊１をインバータ２へ出力する。トルク指令τ＊１は、以下の式にて表される。
［数１］
τ＊１＝τ＊＋Ｆ＋Ｓ      ・・・（１）
【００５３】
インバータ２及びＰＧ４は図４にて説明済みであるから、ここでは説明を省略する。インバータ２へ出力されるトルク指令τ＊１は、トルク指令τ＊、補償値Ｆ及び起動値Ｓを加算した値である。この起動値Ｓは、モータ３の起動時に必要となるトルク指令τ＊１に対応した値であるが、モータ３の起動後も、固定値としてトルク指令τ＊１に含まれる。
【００５４】
モータ３の起動後においては、速度制御器１５により、トルク指令τ＊がこの起動値Ｓとバランスをとるように算出される。つまり、起動値Ｓは、速度制御器１５により算出されるトルク指令τ＊１に吸収されるから、速度制御は問題なく行われる。
【００５５】
〔微分補償器１６〕
次に、図１に示した微分補償器１６について詳細に説明する。前述のとおり、微分補償器１６は、速度偏差Δωに対し、予め設定されたフィルタ周波数、微分周波数及び微分ゲインを用いて微分処理を施し、補償値Ｆを算出する。
【００５６】
図２は、微分補償器１６の構成例を示すブロック図である。この微分補償器１６は、１次遅れ器２０、微分器２１及び乗算器２２を備えている。１次遅れ器２０は、減算器１４から速度偏差Δωを入力すると共に、予め設定されたフィルタ周波数を入力し、速度偏差Δωに対し、フィルタ周波数を用いて１次遅れ処理を施し、１次遅れ速度偏差を微分器２１に出力する。
【００５７】
予め設定されたフィルタ周波数が高いほど、１次遅れ処理の効果は低く、速度偏差Δωの変化が１次遅れ速度偏差に反映され易い。一方、フィルタ周波数が低いほど、１次遅れ処理の効果は高く、速度偏差Δωの変化が１次遅れ速度偏差に反映され難く、速度偏差Δωの変化は、１次遅れ器２０にて吸収され易い。
【００５８】
フィルタ周波数をWLG1とした場合、１次遅れ器２０は、以下の伝達関数で表すことができる。
［数２］
１／｛１＋（ｓ／WLG1）｝      ・・・（２）
【００５９】
微分器２１は、１次遅れ器２０から１次遅れ速度偏差を入力すると共に、予め設定された微分周波数を入力し、微分周波数を用いて１次遅れ速度偏差の微分値を算出する。そして、微分器２１は、微分値を乗算器２２に出力する。
【００６０】
予め設定された微分周波数が高いほど、１次遅れ速度偏差の変化が微分値に反映され易い。一方、微分周波数が低いほど、１次遅れ速度偏差の変化が微分値に反映され難く、１次遅れ速度偏差の変化は、微分器２１にて吸収され易い。
【００６１】
微分周波数をWLG2とした場合、微分器２１は、以下の伝達関数で表すことができる。
［数３］
（ｓ／WLG2）／｛１＋（ｓ／WLG2）｝      ・・・（３）
【００６２】
乗算器２２は、微分器２１から微分値を入力すると共に、予め設定された微分ゲインを入力し、微分値に微分ゲインを乗算し、補償値Ｆを求める。そして、乗算器２２は、補償値Ｆを加算器１８に出力する。
【００６３】
このように、微分補償器１６により、予め設定されたフィルタ周波数、微分周波数及び微分ゲインを用いて、それぞれ１次遅れ処理、微分処理及び乗算処理が行われ、補償値Ｆが算出される。
【００６４】
図３は、微分補償器１６の処理を説明するイメージ図であり、１次遅れ器２０が入力する速度偏差Δω、及び１次遅れ器２０が出力して微分器２１が入力する１次遅れ速度偏差を示している。横軸は時間ｔを示す。
【００６５】
図３に示すように、速度偏差Δωには、ロール状に巻かれた材料５の形状が真円ではない場合に、そのロール状の材料５の回転に伴って周期的に生じる速度変動（図３のαの箇所）が含まれ、さらに、外乱（図３のβの箇所）も含まれる。
【００６６】
この速度偏差Δωが１次遅れ器２０に入力されると、当該１次遅れ器２０により、速度偏差Δωの信号から、速度偏差Δωに含まれる外乱βが取り除かれ、ロール状の材料５の回転に伴う速度変動αを含む１次遅れ速度偏差が出力される。
【００６７】
図３に示すように、１次遅れ速度偏差には、ロール状の材料５の回転に伴う速度変動αが含まれる。この１次遅れ速度偏差が微分器２１に入力されると、当該微分器２１により、１次遅れ速度偏差に含まれる速度変動αに対し微分値が求められ、乗算器２２から補償値Ｆが出力される。
【００６８】
このように、１次遅れ器２０により外乱βを取り除くことができるから、外乱βが微分器２１に入力されることはなく、外乱βに対応する補償値Ｆが算出されることはない。また、微分器２１により、ロール状の材料５の回転に伴う速度変動αに対応する補償値Ｆが算出される。
【００６９】
〔速度変動があった場合の動作〕
このようなモータ制御システムにおいて、モータ３に対するロール６のイナーシャー比が大きいものとし、所定の速度指令ω＊に従い、ロール６が一定速度にて回転しているものとする。つまり、速度指令ω＊２と速度フィードバックω１との間の速度偏差Δωは０である。
【００７０】
このような状態で、何らかの影響により、材料５の走行速度が微小変動した場合を想定する。例えば、前述のとおり、ロール状に巻かれた材料５の形状が真円ではない場合に、そのロール状の材料５の回転に伴って、シート状の材料５の走行速度が周期的に変動することを想定する。このとき、ロール６の回転速度である速度フィードバックωが変動し、速度フィードバックω１も変動するものとする。
【００７１】
図４に示した従来のモータ制御装置１００では、速度制御器１０３のＰＩ制御にて算出されたトルク指令τ＊に基づいて、モータ３を回転させる。ここで、ロール６のイナーシャーが大きい場合には、制御系の安定化のために、比例ゲイン及び積分ゲインをイナーシャーの大きさに応じた理想値に設定することができず、理想値よりも低い値に設定する必要がある。このため、速度変動があったときには、これに対する追従性が低下し、速度応答性が低下してしまう。
【００７２】
これに対し、図１に示した本発明の実施形態のモータ制御装置１では、速度制御器１５のＰＩ制御にて算出されたトルク指令τ＊に、微分補償器１６のＤ制御にて算出された補償値Ｆを加算し、この加算値に基づいて、モータ３を回転させる。ここで、速度変動があったときには、速度変動に対して微分補償器１６のＤ制御が直接実行され、速度変動に応じた補償値Ｆがトルク指令τ＊に加算される。
【００７３】
このように、速度制御器１５と並列して微分補償器１６が設けられたことにより、速度変動に対応する補償値Ｆが即座にトルク指令τ＊に加算される。そして、起動値Ｓも含めた加算値であるトルク指令τ＊１に基づいて、モータ３が回転する。したがって、材料５の走行速度の微小変動が短時間に抑制される。
【００７４】
以上のように、本発明の実施形態によるモータ制御装置１によれば、速度制御器１５は、入力した速度偏差Δωが０になるように、予め設定された比例ゲイン及び積分ゲインを用いてＰＩ制御器による速度制御を行い、トルク指令τ＊を算出する。また、微分補償器１６は、入力した速度偏差Δωに対し、予め設定されたフィルタ周波数、微分周波数及び微分ゲインを用いて微分処理を施し、補償値Ｆを算出する。
【００７５】
加算器１９は、トルク指令τ＊に補償値Ｆ及び起動値Ｓを加算してトルク指令τ＊１を求める。そして、トルク指令τ＊１に基づいて、インバータ２を介してモータ３が回転する。
【００７６】
これにより、モータ３は、従来のＰＩ制御によるトルク指令τ＊に加え、本発明の実施形態にて新たに求めたＤ制御による補償値Ｆも含めた新たなトルク指令τ＊１に基づいて回転することになる。したがって、モータ３により回転するロール６のイナーシャーがモータ３よりも大きい場合、すなわちモータ３に対するロール６のイナーシャー比が大き過ぎる（所定値よりも大きい）場合であっても、速度変動を短時間で抑制することが可能となる。
【００７７】
つまり、速度変動に伴う速度偏差Δωを比例積分して得られたトルク指令τ＊に、速度変動に伴う速度偏差Δωを微分して得られた補償値Ｆを加算するようにしたから、速度制御の応答性を向上させることができ、速度変動を素早く収束させることができる。
【００７８】
また、従来技術では、ロール６のイナーシャーが大きい場合に、制御系の安定化のために、比例ゲイン及び積分ゲインをイナーシャーの大きさに応じた理想値に近い大きい値に設定する必要があった。本発明の実施形態では、比例ゲイン及び積分ゲインをさほど大きい値に設定する必要がない。
【符号の説明】
【００７９】
１，１００  モータ制御装置
２  インバータ
３  モータ
４  ＰＧ（パルスジェネレータ）
５  材料
６  ロール
１０  ローパスフィルタ
１１  Ｓカーブ変換器
１２，１０１  Ｆ／Ｖ（周波数／速度）変換器
１３  平滑フィルタ
１４，１０２  減算器
１５，１０３  速度制御器
１６  微分補償器
１７  ブーストトルク補償器
１８，１９  加算器
２０  １次遅れ器
２１  微分器
２２  乗算器
ω＊，ω＊１，ω＊２  速度指令
ω，ω１  速度フィードバック
Δω  速度偏差
τ＊，τ＊１  トルク指令
Ｆ  補償値
Ｓ  起動値
α  速度変動
β  外乱
【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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