JP3424120B2 - Cutter synchronization controller for multiple shield machine - Google Patents
Cutter synchronization controller for multiple shield machineInfo
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、多連シールド掘進
機のカッタ同期制御装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cutter synchronous control device for a multiple shield machine.
【０００２】[0002]
【従来の技術】トンネルをつくるための掘削機械とし
て、多連シールド掘進機が提供されている。多連シール
ド掘進機は、複数の回転カッタを備えている。複数の回
転カッタは、隣接し合う回転カッタの掘削範囲が一部重
複するようにしてほぼ同一平面内に配置される。そし
て、各回転カッタは複数のモータで駆動される。このよ
うな多連シールド掘進機では、隣接し合う回転カッタの
スポーク同士の衝突を防止するために、複数の回転カッ
タの同期運転制御を行う必要がある。2. Description of the Related Art A multiple shield machine is provided as an excavating machine for making a tunnel. The multiple shield machine has a plurality of rotary cutters. The plurality of rotary cutters are arranged in substantially the same plane such that the excavation ranges of the adjacent rotary cutters partially overlap with each other. Each rotary cutter is driven by a plurality of motors. In such a multiple shield machine, it is necessary to perform synchronous operation control of a plurality of rotary cutters in order to prevent collision between spokes of adjacent rotary cutters.
【０００３】この種の同期運転制御を行う装置として、
例えば特許第２５６２４９４号に開示された多連シール
ド掘進機のカッタ同期運転装置がある。このカッタ同期
運転装置は、複数の回転カッタを備えている。複数の回
転カッタは、各回転カッタの中心間の距離が、各回転カ
ッタの掘削半径より大きく、各回転カッタの直径より小
であるようにしてほぼ同一平面内に配置される。各回転
カッタは、モータと減速機とからなる複数の駆動装置に
より独立に駆動される。複数の回転カッタの１つが主回
転カッタとされ、残りの回転カッタは従回転カッタとさ
れる。回転カッタを駆動する複数のモータの１つが親モ
ータとされ、残りのモータは子モータとされる。As a device for performing this kind of synchronous operation control,
For example, there is a cutter synchronous operation device of a multiple shield machine as disclosed in Japanese Patent No. 2562494. This cutter synchronous operation device includes a plurality of rotary cutters. The plurality of rotary cutters are arranged substantially in the same plane such that the distance between the centers of the rotary cutters is larger than the excavation radius of each rotary cutter and smaller than the diameter of each rotary cutter. Each rotary cutter is independently driven by a plurality of drive devices including a motor and a speed reducer. One of the plurality of rotary cutters is the main rotary cutter, and the remaining rotary cutters are the sub rotary cutters. One of the plurality of motors driving the rotary cutter is a parent motor, and the remaining motors are child motors.
【０００４】主回転カッタを駆動する親モータに対して
は速度制御部が設けられる。速度制御部は、与えられた
速度設定値と速度検出値の差が零となるように供給電力
を調整する。一方、従回転カッタを駆動する親モータに
対しては速度制御部が設けられる。速度制御部は、与え
られた速度設定値と速度検出値の差、および主回転カッ
タと従回転カッタとの間の偏角検出値が零となるように
供給電力を調整する。偏角検出値は、主回転カッタから
得られる角度検出値と従回転カッタから得られる角度検
出値との差である。A speed controller is provided for the parent motor that drives the main rotary cutter. The speed control unit adjusts the supplied power so that the difference between the given speed set value and the detected speed value becomes zero. On the other hand, a speed controller is provided for the parent motor that drives the sub-rotary cutter. The speed control unit adjusts the supplied power so that the difference between the given speed set value and the detected speed value and the detected deviation angle between the main rotary cutter and the sub rotary cutter become zero. The declination detection value is the difference between the angle detection value obtained from the main rotary cutter and the angle detection value obtained from the sub-rotary cutter.
【０００５】主回転カッタを駆動する子モータに対して
はトルク制御部が設けられる。トルク制御部は、親モー
タからの電流検出値に基づくトルク指令により、子モー
タの発生トルクが親モータの発生トルクと同一になるよ
うに供給電力を調整する。これは従回転カッタについて
も同様である。A torque controller is provided for the child motor that drives the main rotary cutter. The torque control unit adjusts the supplied power so that the torque generated by the child motor becomes the same as the torque generated by the parent motor by the torque command based on the detected current value from the parent motor. This also applies to the sub-rotary cutter.
【０００６】上記のカッタ同期運転装置では、速度制御
部としてベクトルインバータが使用され、モータには専
用のベクトルモータが使用されている。そして、各回転
カッタに備えられる複数のモータのうち、親モータに対
しては速度制御が行われ、子モータに対してはトルク制
御が行われている。このような制御においては、正確な
速度演算とトルク演算が必要となる。しかも、少なくと
も一つのモータには速度検出器（エンコーダ）を取付け
た専用のベクトルモータが必要となる。In the above cutter synchronous driving device, a vector inverter is used as the speed control unit, and a dedicated vector motor is used as the motor. Among the plurality of motors provided in each rotary cutter, the parent motor is subjected to speed control and the child motor is subjected to torque control. In such control, accurate speed calculation and torque calculation are required. Moreover, at least one motor requires a dedicated vector motor to which a speed detector (encoder) is attached.
【０００７】専用のベクトルモータは、汎用モータと比
べて外形が大きく、配線が増える。これは、エンコーダ
やサーミスタ等の配線を必要とするからである。それ
故、専用のベクトルモータは、堅牢さで劣る欠点があ
る。なお、汎用モータというのは、ここでは速度検出器
を必要としない誘導電動機を意味する。The dedicated vector motor has a larger outer shape and more wiring than a general-purpose motor. This is because wiring such as an encoder and a thermistor is required. Therefore, the dedicated vector motor has the drawback of being less robust. The general-purpose motor here means an induction motor that does not require a speed detector.
【０００８】上記の同期運転制御では、同一の回転カッ
タ内で速度制御とトルク制御が必要であり、回転カッタ
間の同期回転制御が必要である。それ故、同期運転制御
は、制御が複雑であり、制御盤も大きくなり易い。更
に、従来の制御システムは複雑な上に性能的にオーバス
ペック気味である。In the above synchronous operation control, speed control and torque control are required within the same rotary cutter, and synchronous rotation control between the rotary cutters is required. Therefore, the synchronous operation control is complicated in control and the control panel tends to be large. In addition, the conventional control system is complicated and over-specified in terms of performance.
【０００９】これに対し、構成の単純化を図る目的で、
以下のような多連シールド掘進機が提案されている。こ
の多連シールド掘進機では、複数の回転カッタのうちの
一つが汎用モータでしかもインバータ無しで駆動され
る。残りの回転カッタは、専用のベクトルモータと専用
のベクトルインバータとで駆動される。このような多連
シールド掘進機は、例えば、特開平９−３２４５９７に
開示されている。この多連シールド掘進機は、汎用モー
タの回転数にベクトルインバータ制御によるベクトルモ
ータの回転数を合わせるように制御している。On the other hand, for the purpose of simplifying the structure,
The following multiple shield excavators have been proposed. In this multiple shield machine, one of the rotary cutters is driven by a general-purpose motor and without an inverter. The remaining rotary cutter is driven by a dedicated vector motor and a dedicated vector inverter. Such a multiple shield machine is disclosed, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 9-324597. This multiple shield machine is controlled so that the rotation speed of the general-purpose motor matches the rotation speed of the vector motor under vector inverter control.
【００１０】[0010]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この多
連シールド掘進機においても、一つの回転カッタ以外の
回転カッタについては専用のベクトルモータと専用のベ
クトルインバータとが必要である。それ故、構成の単純
化には制限がある。However, even in this multiple shield excavator, a dedicated vector motor and a dedicated vector inverter are required for rotary cutters other than one rotary cutter. Therefore, there are limits to the simplification of the configuration.
【００１１】それ故、本発明の課題は、複数の回転カッ
タのすべてを汎用インバータと汎用モータによるシンプ
ルなシステム構成で同期制御可能な多連シールド掘進機
のカッタ同期制御装置を提供することにある。Therefore, an object of the present invention is to provide a cutter synchronous control device for a multiple shield excavator capable of synchronously controlling all of a plurality of rotary cutters with a simple system configuration using a general-purpose inverter and a general-purpose motor. .
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明が適用される多連
シールド掘進機は、複数の回転カッタを備え、複数の回
転カッタは、隣接し合う回転カッタの掘削範囲が一部重
複するようにして同一平面内に配置される。各回転カッ
タは複数のモータで駆動される。A multiple shield excavator to which the present invention is applied includes a plurality of rotary cutters, and the plurality of rotary cutters are arranged such that the excavating ranges of adjacent rotary cutters partially overlap with each other. Are placed in the same plane. Each rotary cutter is driven by a plurality of motors.
【００１３】本発明によれば、多連シールド掘進機は、
複数のモータとしてそれぞれ速度検出器を持たない汎用
モータが備えられる。カッタ同期制御装置は、前記汎用
モータの速度を用いることなく速度指令値に基づいて複
数の汎用モータの駆動制御を行うために回転カッタ毎に
少なくとも１台の汎用インバータが備えられる。カッタ
同期制御装置は更に、隣接し合う回転カッタの間の角度
偏差を検出するための偏差検出部を備える。カッタ同期
制御装置は更に、各回転カッタにおける少なくとも一つ
の汎用インバータに与えられる速度指令値に、角度偏差
を速度指令補正値として与えるための補正部を備える。According to the present invention, a multiple shield machine is provided.
A general-purpose motor without a speed detector is provided as each of the plurality of motors. The cutter synchronization control device is the general-purpose
At least one general-purpose inverter is provided for each rotary cutter in order to drive and control a plurality of general-purpose motors based on the speed command value without using the speed of the motor . The cutter synchronization control device further includes a deviation detection unit for detecting an angular deviation between adjacent rotary cutters. The cutter synchronization control device further includes a correction unit for giving an angular deviation as a speed command correction value to a speed command value given to at least one general-purpose inverter in each rotary cutter.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】図１を参照して、本発明の第１の
実施の形態による回転カッタ同期制御装置について説明
する。本形態では、カッタヘッド１１がＲ軸とＬ軸の２
連の回転カッタ１１Ａ、１１Ｂから成り、しかも回転カ
ッタ１１Ａ、１１Ｂをそれぞれ、３台のモータで駆動す
るシールド掘進機について説明する。回転カッタ１１
Ａ、１１Ｂは、それらの掘削範囲が一部重複するように
してほぼ同一平面内に配置されている。言い換えれば、
回転カッタ１１Ａ、１１Ｂの中心間の距離は、回転カッ
タ１１Ａ、１１Ｂの掘削半径よりも大きく、回転カッタ
１１Ａ、１１Ｂの直径よりは小さい。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A rotary cutter synchronization control device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, the cutter head 11 has two R-axis and L-axis.
A shield machine having a series of rotary cutters 11A and 11B, each of which drives three rotary cutters 11A and 11B will be described. Rotating cutter 11
A and 11B are arranged in substantially the same plane such that their excavation ranges partially overlap. In other words,
The distance between the centers of the rotary cutters 11A and 11B is larger than the excavation radius of the rotary cutters 11A and 11B and smaller than the diameter of the rotary cutters 11A and 11B.
【００１５】回転カッタ１１Ａ側について言えば、３台
の汎用モータ１４Ａの出力軸がそれぞれ減速機１３Ａを
介してピニオン１２Ａに連結されている。３台のピニオ
ン１２Ａが回転カッタ１１Ａに連結されているので、３
台の汎用モータ１４Ａは同じ回転速度を持つことにな
る。３台の汎用モータ１４Ａはそれぞれ、個別に備えら
れた汎用インバータ１５Ａにより駆動制御される。ここ
では、汎用モータ１４Ａは速度検出器を必要としない三
相誘導電動機である。汎用インバータ１５Ａは速度検出
器を必要としない汎用モータ１４Ａを制御することので
きる三相用のインバータである。このような汎用インバ
ータ１５Ａは、例えばセンサレスベクトル制御を行うこ
とができる。As for the rotary cutter 11A, the output shafts of the three general-purpose motors 14A are connected to the pinion 12A via the speed reducer 13A. Since 3 pinions 12A are connected to the rotary cutter 11A,
The general-purpose motors 14A of the table have the same rotation speed. Each of the three general-purpose motors 14A is drive-controlled by a general-purpose inverter 15A provided individually. Here, the general-purpose motor 14A is a three-phase induction motor that does not require a speed detector. The general-purpose inverter 15A is a three-phase inverter that can control the general-purpose motor 14A that does not require a speed detector. Such a general-purpose inverter 15A can perform sensorless vector control, for example.
【００１６】特に、本形態では汎用インバータ１５Ａ
に、後述する垂下制御機能付きのインバータを用いる。
各汎用インバータ１５Ａには、速度設定器２１より速度
指令値が与えられる。各汎用インバータ１５Ａにはま
た、交流電源ＡＣから電磁回路遮断器ＭＣＢ、交流リア
クトルＡＣＬ、整流回路ＲＣを通して整流された電力が
与えられる。以上の構成は、回転カッタ１１Ｂ側につい
てもまったく同じである。なお、本回転カッタ同期制御
装置は、図１では、便宜上、配線は１相分のみを示して
いる。同様に、汎用インバータも１相分のみの基本構成
を示している。例えば、汎用インバータ１５Ａにおいて
は、スイッチング素子１５−１Ａ、電流検出器１５−２
Ａ、演算器１５−３Ａ（第２の演算器）はいずれも１個
のみ示している。Particularly, in this embodiment, the general-purpose inverter 15A
In addition, an inverter with a drooping control function described later is used.
A speed command value is given from the speed setter 21 to each general-purpose inverter 15A. Each general-purpose inverter 15A is also supplied with electric power rectified from the AC power supply AC through the electromagnetic circuit breaker MCB, the AC reactor ACL, and the rectifying circuit RC. The above configuration is exactly the same on the rotary cutter 11B side. In the rotary cutter synchronization control device of FIG. 1, for convenience, the wiring is shown for only one phase. Similarly, the general-purpose inverter also shows a basic configuration for only one phase. For example, in the general-purpose inverter 15A, the switching element 15-1A and the current detector 15-2
Only one A and one calculator 15-3A (second calculator) are shown.
【００１７】スイッチング素子１５−１Ａは、整流回路
ＲＣからの電力をオン、オフするためのものである。電
流検出器１５−２Ａは、スイッチング素子１５−１Ａの
出力電流値を検出するためのものである。演算器１５−
３Ａは、検出された出力電流値と演算器２２の演算結果
と加算あるいは減算を行うものである。The switching element 15-1A is for turning on and off the electric power from the rectifier circuit RC. The current detector 15-2A is for detecting the output current value of the switching element 15-1A. Calculator 15-
3A is for adding or subtracting the detected output current value and the calculation result of the calculator 22.
【００１８】回転カッタ１１Ａ、１１Ｂにはそれぞれ、
回転位置を検出するための位置検出器１６、１７が設け
られている。位置検出器１６、１７の位置検出信号から
偏差検出器１８により回転カッタ１１Ａ、１１Ｂ間の角
度偏差が検出される。角度偏差は、補正器１９を通して
演算器２２（第１の演算器）に与えられる。角度偏差
は、それが遅れの場合には、汎用インバータ１５Ａの速
度指令値に補正値として加算される。角度偏差が進みの
場合には、それは汎用インバータ１５Ａの速度指令値か
ら減算される。The rotary cutters 11A and 11B respectively have
Position detectors 16 and 17 for detecting the rotational position are provided. The deviation detector 18 detects the angular deviation between the rotary cutters 11A and 11B from the position detection signals of the position detectors 16 and 17. The angle deviation is given to the calculator 22 (first calculator) through the corrector 19. When the angle deviation is delayed, it is added as a correction value to the speed command value of the general-purpose inverter 15A. When the angle deviation is advanced, it is subtracted from the speed command value of the general-purpose inverter 15A.
【００１９】同様に、角度偏差は、補正器２０を通して
演算器２３（第１の演算器）に与えられる。補正器１
９、２０は、Ｌ軸、Ｒ軸の速度差に基づく角度偏差に応
じて、一方の回転カッタの回転速度を落とすように制御
する。補正器１９、２０はまた、Ｌ軸、Ｒ軸の速度差に
基づく角度偏差に応じて、一方の回転カッタの回転速度
を落とし、他方の回転カッタの回転速度を増加させるよ
うに制御する。補正器１９には極性反転機能付きのアン
プが使用され、補正器２０には非反転アンプが使用され
る。Similarly, the angle deviation is given to the calculator 23 (first calculator) through the corrector 20. Corrector 1
9 and 20 control so as to reduce the rotation speed of one of the rotary cutters according to the angular deviation based on the speed difference between the L axis and the R axis. The correctors 19 and 20 also control so as to reduce the rotational speed of one rotary cutter and increase the rotational speed of the other rotary cutter according to the angular deviation based on the speed difference between the L axis and the R axis. An amplifier having a polarity reversing function is used for the corrector 19, and a non-inverting amplifier is used for the corrector 20.
【００２０】以上の構成から明らかなように、本形態の
特徴は、２台の回転カッタ１１Ａ、１１Ｂの両方を、汎
用インバータの制御による汎用モータで駆動する点に特
徴を有する。As is apparent from the above structure, the feature of this embodiment is that both of the two rotary cutters 11A and 11B are driven by a general-purpose motor controlled by a general-purpose inverter.
【００２１】図２、図３を参照して、モータの周波数差
によるトルク差と、垂下制御特性について説明する。図
２において、２台のモータＭａ、Ｍｂが別のインバータ
により個別に駆動制御されるものとする。２台のモータ
Ｍａ、Ｍｂの出力軸は、同じ負荷に連結されているもの
とする。この場合、各インバータにおける誤差等に起因
して各インバータからの出力周波数Ｆａ、Ｆｂに差が生
じると、同期回転のずれが生じる。しかし、２台のモー
タＭａ、Ｍｂの出力軸は、同じ負荷に連結されているの
で、回転数は同じである。その代わりに、２台のモータ
Ｍａ、Ｍｂが回転数Ｒｂ１で回転している場合、２台の
モータＭａ、Ｍｂで発生するトルクの間に差τd が生じ
る。The torque difference due to the frequency difference of the motor and the drooping control characteristic will be described with reference to FIGS. In FIG. 2, it is assumed that the two motors Ma and Mb are individually driven and controlled by different inverters. It is assumed that the output shafts of the two motors Ma and Mb are connected to the same load. In this case, if a difference occurs between the output frequencies Fa and Fb from each inverter due to an error or the like in each inverter, a deviation of synchronous rotation occurs. However, since the output shafts of the two motors Ma and Mb are connected to the same load, the number of rotations is the same. Instead, when the two motors Ma and Mb are rotating at the rotational speed Rb1, a difference τ d occurs between the torques generated by the two motors Ma and Mb.
【００２２】図３において、垂下制御というのは、モー
タの負荷が大きくなるほどモータの回転速度を下げる制
御である。機械的に連結された２台のモータに異なる周
波数の入力が与えられた場合、２台のモータの出力トル
クに差が生じることは前述した通りである。このような
場合において、２台のモータ出力を有効に利用するため
には、２台のモータの出力トルクを均一にする必要があ
る。これに対し、図３に示すように、負荷の大きい方の
モータは負荷に応じて周波数、すなわち回転数を自動的
に下げることで、負荷分担を同じにすることができる。In FIG. 3, the drooping control is a control for lowering the rotation speed of the motor as the load on the motor increases. As described above, the output torques of the two motors are different from each other when the two motors mechanically connected to each other are input with different frequencies. In such a case, in order to effectively use the output of the two motors, it is necessary to make the output torque of the two motors uniform. On the other hand, as shown in FIG. 3, the motor with the larger load can have the same load sharing by automatically lowering the frequency, that is, the rotation speed, according to the load.
【００２３】このような垂下制御は、図１に示されるよ
うに、各汎用インバータ内のスイッチング素子１５−１
Ａ（１５−１Ｂ）の出力電流値を電流検出器１５−２Ａ
（１５−２Ｂ）で検出し、検出した出力電流値をスイッ
チング素子１５−１Ａ（１５−１Ｂ）の入力側にフィー
ドバックすることで実現される。As shown in FIG. 1, such droop control is performed by switching element 15-1 in each general-purpose inverter.
The output current value of A (15-1B) is detected by the current detector 15-2A.
(15-2B), and the detected output current value is fed back to the input side of the switching element 15-1A (15-1B).
【００２４】上記の垂下制御機能により、同一の回転カ
ッタ内の３台の汎用モータは、負荷分担が均一にされ
る。この垂下制御は、汎用モータの負荷に応じてその汎
用モータを駆動する汎用インバータの出力周波数を制御
するもので、他の汎用インバータからの信号は必要とし
ない。また、汎用インバータに垂下制御機能を持たせる
ことで、外部に垂下制御回路を構成する必要が無い。従
って、汎用インバータと汎用モータとの組合せを必要な
数だけ配置すれば良い。汎用インバータで垂下制御を行
う場合、力行と回生負荷の判断が難しくなるが、これは
近年開発されたトルク演算制御機能を持つ汎用インバー
タを使用することで解消できる。With the above droop control function, the load sharing is made uniform among the three general-purpose motors in the same rotary cutter. This droop control controls the output frequency of a general-purpose inverter that drives the general-purpose motor according to the load of the general-purpose motor, and does not require a signal from another general-purpose inverter. Further, by providing the general-purpose inverter with the drooping control function, it is not necessary to externally configure the drooping control circuit. Therefore, the required number of combinations of general-purpose inverters and general-purpose motors may be arranged. When drooping control is performed by a general-purpose inverter, it is difficult to determine power running and regenerative load, but this can be solved by using a general-purpose inverter having a torque calculation control function developed in recent years.
【００２５】垂下制御機能とトルク演算制御機能を持っ
た汎用インバータを使用することで、速度検出器及び外
部制御回路（インバータ外の制御回路）無しで、複数の
汎用モータの負荷バランスを制御できる。By using a general-purpose inverter having a drooping control function and a torque calculation control function, the load balance of a plurality of general-purpose motors can be controlled without a speed detector and an external control circuit (control circuit outside the inverter).
【００２６】２台の回転カッタ１１Ａ、１１Ｂ間の同期
運転制御は以下のようにして行われる。回転カッタ１１
Ａ、１１Ｂに取付けた位置検出器１６、１７により、回
転カッタ１１Ａ、１１Ｂの角度がそれぞれ検出される。
検出された角度の差が角度偏差として偏差検出器１８に
より検出される。検出された偏差角度に基づいて、汎用
インバータ１５Ａ、１５Ｂはそれぞれ、回転カッタ１１
Ａ、１１ＢをＰＩ制御する。The synchronous operation control between the two rotary cutters 11A and 11B is performed as follows. Rotating cutter 11
The angles of the rotary cutters 11A and 11B are detected by the position detectors 16 and 17 attached to A and 11B, respectively.
The difference between the detected angles is detected by the deviation detector 18 as an angle deviation. Based on the detected deviation angle, the general-purpose inverters 15A and 15B respectively detect the rotary cutter 11.
PI control of A and 11B.
【００２７】前述したように、従来は、主回転カッタと
従回転カッタを決め、偏差補正は従回転カッタのみで行
っていた。同一の回転カッタ内の負荷バランスを垂下制
御で行う場合、従回転カッタのみに偏差角補正を行う従
来の方式では、不都合を生じる可能性がある。それは、
従回転カッタに重負荷がかかった場合、従回転カッタは
垂下制御により回転数が低下する。しかし、主回転カッ
タと従回転カッタとの間の同期運転制御により、従回転
カッタには増速指令が出る。これは、垂下制御と同期補
正が相反する方向に作用することを意味し、制御の安定
に時間がかかることになる。As described above, conventionally, the main rotary cutter and the sub rotary cutter are determined, and the deviation is corrected only by the sub rotary cutter. When the load balance in the same rotary cutter is controlled by the drooping control, a problem may occur in the conventional method in which the deviation angle is corrected only in the slave rotary cutter. that is,
When a heavy load is applied to the slave rotation cutter, the rotation speed of the slave rotation cutter decreases due to drooping control. However, due to the synchronous operation control between the main rotary cutter and the sub rotary cutter, a speed increase command is issued to the sub rotary cutter. This means that the drooping control and the synchronous correction act in opposite directions, and it takes time to stabilize the control.
【００２８】一方、本形態では、回転カッタに主、従の
関係は無い。そして、すべての回転カッタに偏差角補正
を行い、重負荷側の汎用モータのみならず、軽負荷側の
汎用モータの回転速度も下げるようにすることができ
る。その結果、同期運転制御が可能となる。On the other hand, in this embodiment, the rotary cutter does not have a master-slave relationship. Then, deviation angle correction is performed on all the rotary cutters, so that not only the general-purpose motor on the heavy load side but also the general-purpose motor on the light load side can be reduced in rotation speed. As a result, synchronous operation control becomes possible.
【００２９】同一の回転カッタ内の３台の汎用インバー
タに同一の速度指令値を与えても、各汎用インバータの
出力周波数の間に差を生じることがある。これは、汎用
インバータは、固有のＡ／Ｄ変換誤差に加えて、加減速
時間差、スキャンタイム差による誤差を持つことに起因
する。Even if the same speed command value is given to the three general-purpose inverters in the same rotary cutter, a difference may occur between the output frequencies of the general-purpose inverters. This is because the general-purpose inverter has an error due to the acceleration / deceleration time difference and the scan time difference in addition to the inherent A / D conversion error.
【００３０】図４は、汎用インバータにおけるＡ／Ｄ変
換誤差、加減速時間差及びスキャンタイム差による誤差
の一例を示す。図４に実線で示す特性は理想の出力特性
を示し、破線で示す特性が実際の出力特性を示す。FIG. 4 shows an example of errors due to A / D conversion error, acceleration / deceleration time difference and scan time difference in a general-purpose inverter. The characteristic shown by the solid line in FIG. 4 shows the ideal output characteristic, and the characteristic shown by the broken line shows the actual output characteristic.
【００３１】３台の汎用インバータの出力周波数の間に
差があると、３台の汎用モータの負荷はバランスしな
い。しかし、３台の汎用モータは、前に述べたように、
減速機及びピニオンを介して同一の回転カッタに連結さ
れているので、同じ速度で回転する。このため、各汎用
インバータの誤差により生じた出力周波数の差は、各汎
用モータの出力トルクの差となって現れる。If there is a difference between the output frequencies of the three general-purpose inverters, the loads of the three general-purpose motors will not be balanced. However, the three general-purpose motors, as mentioned earlier,
Since they are connected to the same rotary cutter via a speed reducer and a pinion, they rotate at the same speed. Therefore, the difference in the output frequency caused by the error of each general-purpose inverter appears as the difference in the output torque of each general-purpose motor.
【００３２】汎用モータの回転数Ｎは、以下の式で表さ
れる。The rotation speed N of the general-purpose motor is expressed by the following equation.
【００３３】Ｎ＝１２０・Ｆ（１−ｓ）／Ｐ、
但し、Ｆは周波数、Ｐは汎用モータの極数、ｓはすべり
を表す。N = 120F (1-s) / P, where F is the frequency, P is the number of poles of the general-purpose motor, and s is the slip.
【００３４】回転数Ｎが同じである場合、周波数Ｆの差
を無くせば、すべりｓも同一となる。３台の汎用モータ
が同一仕様であり、回転数が同じですべりも同じであれ
ば、各汎用モータの出力トルクも同じ値になる。これ
は、本発明において、各汎用インバータの出力周波数を
同一とするような周波数同期制御が適用できることを意
味する。言い換えれば、３台の汎用インバータ間の出力
の差を無くし、まったく同じ周波数と電圧を出力する、
周波数同期機能を使用することで３台の汎用モータの負
荷をバランスさせることができる。すなわち、周波数同
期制御というのは、良く知られているように、複数のイ
ンバータの出力周波数を同じにし、それぞれのインバー
タに接続されているモータの回転数を一致させる制御で
ある。When the number of revolutions N is the same, the slip s is also the same if the difference in the frequency F is eliminated. If the three general-purpose motors have the same specifications and the number of revolutions is the same and the slip is the same, the output torque of each general-purpose motor will also be the same value. This means that in the present invention, frequency synchronization control that makes the output frequencies of the general-purpose inverters the same can be applied. In other words, eliminate the output difference between the three general-purpose inverters, and output the exact same frequency and voltage.
By using the frequency synchronization function, the loads of the three general-purpose motors can be balanced. That is, the frequency synchronization control is, as is well known, a control in which the output frequencies of a plurality of inverters are the same and the rotation speeds of the motors connected to the respective inverters are the same.
【００３５】周波数同期制御によれば、複数の汎用モー
タの出力軸が同じ負荷に連結されている場合には、各汎
用モータの負荷分担を同じにすることができる。特に、
可変速頻度が高い回転カッタにおいては、このような周
波数同期機能を持つ汎用インバータを使用することが好
ましい。According to the frequency synchronization control, when the output shafts of a plurality of general-purpose motors are connected to the same load, the load sharing of each general-purpose motor can be made the same. In particular,
In a rotary cutter having a high variable speed frequency, it is preferable to use a general-purpose inverter having such a frequency synchronization function.
【００３６】図５は、図１に示された垂下制御機能を持
つ汎用インバータ１５Ａ、１５Ｂの代わりに周波数同期
制御を行う三相用の汎用インバータ１５Ａ´、１５Ｂ´
を使用した第２の実施の形態を示す。汎用インバータ１
５Ａ´、１５Ｂ´は、垂下制御機能が不要であるので、
図１に示されたような電流検出器、演算器によるフィー
ドバック機能は不要である。しかし、各汎用インバータ
の出力周波数を同期させるために、汎用インバータ１５
Ａ´、１５Ｂ´はそれぞれ、同期制御部１５−４Ａ、１
５−４Ｂを有する。FIG. 5 shows three-phase general-purpose inverters 15A ', 15B' for performing frequency synchronization control instead of the general-purpose inverters 15A, 15B having the droop control function shown in FIG.
A second embodiment using is shown. General-purpose inverter 1
5A 'and 15B' do not require a droop control function, so
The feedback function by the current detector and the calculator as shown in FIG. 1 is unnecessary. However, in order to synchronize the output frequency of each general-purpose inverter, the general-purpose inverter 15
A'and 15B 'are synchronization control units 15-4A and 1-4, respectively.
With 5-4B.
【００３７】図５中、最も左側の汎用インバータ１５Ａ
´について言えば、同期制御部１５−４Ａは演算器２２
の出力を受け、スイッチング素子１５−１Ａを制御する
ための制御信号を生成してスイッチング素子１５−１Ａ
を制御する。制御信号は、例えば周波数情報を含んでい
る。制御信号は、他の２つの汎用インバータ１５Ａ´に
おける同期制御部１５−４Ａにも送られる。他の２つの
汎用インバータ１５Ａ´においても、同期制御部１５−
４Ａが制御信号に基づいてスイッチング素子１５−１Ａ
を制御する。上記の動作は、汎用インバータ１５Ｂ´に
おいてもまったく同様である。The leftmost general-purpose inverter 15A in FIG.
Speaking of ', the synchronization control unit 15-4A includes the arithmetic unit 22.
Of the output of the switching element 15-1A to generate a control signal for controlling the switching element 15-1A.
To control. The control signal includes, for example, frequency information. The control signal is also sent to the synchronization control unit 15-4A in the other two general-purpose inverters 15A '. Also in the other two general-purpose inverters 15A ', the synchronization control unit 15-
4A is a switching element 15-1A based on the control signal.
To control. The above operation is exactly the same in the general-purpose inverter 15B '.
【００３８】なお、図５においては、図５中、最も左側
の汎用インバータを、いわばマスターインバータとして
機能させている。しかし、どの汎用インバータをマスタ
ーにするかは任意である。そして、３つの同期制御部の
間で、制御信号を相互にやり取りするように構成されて
も良い。汎用インバータ１５Ａ´、１５Ｂ´以外の構成
は、図１に示されたものとまったく同じである。この回
転カッタ同期制御装置では、位置検出器１６、１７、偏
差検出器１８により得られた角度偏差に基づいて、汎用
インバータ１５Ａ´、１５Ｂ´が回転カッタ１１Ａ、１
１Ｂに対してＰＩ制御を行い、その結果、同期運転制御
が行われる。In FIG. 5, the leftmost general-purpose inverter in FIG. 5 functions as a so-called master inverter. However, it is arbitrary which general-purpose inverter is used as the master. Then, the three synchronization control units may be configured to exchange control signals with each other. The configuration other than the general-purpose inverters 15A 'and 15B' is exactly the same as that shown in FIG. In this rotary cutter synchronization control device, the general-purpose inverters 15A ′ and 15B ′ are rotated by the rotary cutters 11A and 1A based on the angular deviations obtained by the position detectors 16 and 17 and the deviation detector 18.
PI control is performed on 1B, and as a result, synchronous operation control is performed.
【００３９】付言すれば、周波数同期制御によれば、同
じ回転カッタ内のすべての汎用モータに同じ出力周波数
が与えられるので、図２で説明した同期回転のずれが無
い。この場合は、各汎用モータのトルクの差もほとんど
無いため、垂下制御は使用しない。しかし、汎用モータ
は同じすべり特性を持つものを用意する必要がある。な
お、上記の説明は、２連のシールド掘進機の場合である
が、３連以上の場合でも同様な構成で実現可能である。
また、各回転カッタは、２台あるいは４台以上の汎用モ
ータで駆動されても良い。更に、各回転カッタにおける
複数台の汎用モータを１台の汎用インバータで制御する
ようにしても良い。In addition, according to the frequency synchronization control, the same output frequency is given to all the general-purpose motors in the same rotary cutter, so that there is no deviation of the synchronous rotation described in FIG. In this case, since there is almost no difference in torque between the general-purpose motors, drooping control is not used. However, it is necessary to prepare a general-purpose motor having the same slip characteristics. Note that the above description is for a case of two shield machines, but it can be realized with a similar configuration even when there are three or more machines.
Further, each rotary cutter may be driven by two or four or more general-purpose motors. Further, a plurality of general-purpose motors in each rotary cutter may be controlled by a single general-purpose inverter.
【００４０】[0040]
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、汎用モータにはその速度検出器（エンコーダ等）が
不要となり、汎用モータの小形化、堅牢化、及び制御盤
間の省配線（すなわち、速度検出信号用ケーブルの不
要）、制御盤の小形化が可能となる。As described above, according to the present invention, a general-purpose motor does not require a speed detector (encoder or the like), and the general-purpose motor can be made compact and robust, and wiring between control panels can be saved. (In other words, the speed detection signal cable is not required), and the control panel can be downsized.
【図１】本発明の第１の実施の形態による回転カッタ同
期制御装置の構成を示した図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a rotary cutter synchronization control device according to a first embodiment of the present invention.
【図２】２台のモータの入力周波数の差に起因する出力
トルクの差を説明するための特性図である。FIG. 2 is a characteristic diagram for explaining a difference in output torque caused by a difference in input frequency between two motors.
【図３】本発明において利用する垂下制御特性を説明す
るための特性図である。FIG. 3 is a characteristic diagram for explaining a drooping control characteristic used in the present invention.
【図４】汎用インバータにおけるＡ／Ｄ変換誤差、加減
速時間差及びスキャンタイム差による誤差の一例を説明
するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining an example of an error due to an A / D conversion error, an acceleration / deceleration time difference, and a scan time difference in a general-purpose inverter.
【図５】本発明の第２の実施の形態による回転カッタ同
期制御装置の構成を示した図である。FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a rotary cutter synchronization control device according to a second embodiment of the present invention.
１１ カッタヘッド
１１Ａ、１１Ｂ 回転カッタ
１２Ａ、１２Ｂ ピニオン
１３Ａ、１３Ｂ 減速機
１４Ａ、１４Ｂ 汎用モータ
１５Ａ、１５Ａ´、１５Ｂ、１５Ｂ´ 汎用インバー
タ
１５−１Ａ、１５−１Ｂ スイッチング素子
１５−２Ａ、１５−２Ｂ 電流検出器
１６、１７ 位置検出器
１８ 偏差検出器
１９、２０ 補正器
２１ 速度設定器
２２、２３、１５−３Ａ、１５−３Ｂ 演算器
１５−４Ａ、１５−４Ｂ 同期制御部11 cutter head 11A, 11B rotary cutter 12A, 12B pinion 13A, 13B speed reducer 14A, 14B general-purpose motor 15A, 15A ', 15B, 15B' general-purpose inverter 15-1A, 15-1B switching element 15-2A, 15-2B current Detector 16, 17 Position detector 18 Deviation detector 19, 20 Corrector 21 Speed setter 22, 23, 15-3A, 15-3B Operator 15-4A, 15-4B Synchronization controller
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) E21D 9/08 E21D 9/06 301 Continuation of front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) E21D 9/08 E21D 9/06 301
Claims (8)
転カッタは、隣接し合う回転カッタの掘削範囲が一部重
複するようにして同一平面内に配置され、各回転カッタ
は複数のモータで駆動される多連シールド掘進機のため
のカッタ同期制御装置において、 前記複数のモータとしてそれぞれ速度検出器を持たない
汎用モータを備え、前記汎用モータの速度を用いることなく 速度指令値に基
づいて前記複数の汎用モータの駆動制御を行うために前
記回転カッタ毎に少なくとも１台の汎用インバータを備
え、 前記隣接し合う回転カッタの間の角度偏差を検出する偏
差検出手段と、 各回転カッタにおける前記少なくとも一つの汎用インバ
ータに与えられる前記速度指令値に、前記角度偏差を速
度指令補正値として与える補正手段とを備えたことを特
徴とする多連シールド掘進機のカッタ同期制御装置。1. A plurality of rotary cutters are provided, wherein the plurality of rotary cutters are arranged in the same plane such that the excavation ranges of the adjacent rotary cutters partially overlap with each other, and each rotary cutter includes a plurality of motors. In a cutter synchronous control device for a driven multiple shield machine, a general-purpose motor having no speed detector is provided as each of the plurality of motors, and a speed command value is used without using the speed of the general-purpose motor. At least one general-purpose inverter is provided for each rotary cutter in order to control the drive of the plurality of general-purpose motors on the basis of the following: deviation detecting means for detecting an angular deviation between the adjacent rotary cutters; A correction means for giving the angular deviation as a speed command correction value to the speed command value given to the at least one general-purpose inverter in the cutter; A cutter synchronous control device for multiple shield excavators.
いて、前記汎用インバータとして垂下制御機能を有する
ものを使用することを特徴とする多連シールド掘進機の
カッタ同期制御装置。2. The cutter synchronous control device according to claim 1, wherein the general-purpose inverter having a drooping control function is used.
いて、前記偏差検出手段は、隣接し合う２つの回転カッ
タの回転位置を検出するための２つの位置検出器と、こ
れら２つの位置検出器で検出された２つの回転位置の差
を検出して前記角度偏差として出力するための偏差検出
器とを含むことを特徴とする多連シールド掘進機のカッ
タ同期制御装置。3. The cutter synchronization control device according to claim 2, wherein the deviation detecting means includes two position detectors for detecting rotational positions of two adjacent rotary cutters, and these two position detectors. And a deviation detector for detecting the difference between the two rotational positions detected in 1. and outputting it as the angular deviation.
いて、前記補正手段は、アンプと、該アンプの出力と前
記速度指令値との加算あるいは減算を行うための第１の
演算器とを含むことを特徴とする多連シールド掘進機の
カッタ同期制御装置。4. The cutter synchronization control device according to claim 3, wherein the correction means includes an amplifier and a first arithmetic unit for adding or subtracting the output of the amplifier and the speed command value. A cutter synchronization control device for a multiple shield machine, which is characterized in that
いて、前記垂下制御機能を有する汎用インバータは、電
力をオン、オフするためのスイッチング素子と、該スイ
ッチング素子の出力電流値を検出するための電流検出器
と、検出された出力電流値と前記第１の演算器の出力と
の加算あるいは減算を行うための第２の演算器とを含む
ことを特徴とする多連シールド掘進機のカッタ同期制御
装置。5. The cutter synchronous control device according to claim 4, wherein the general-purpose inverter having the drooping control function detects a switching element for turning power on and off and an output current value of the switching element. Cutter synchronization of a multiple shield machine, including a current detector and a second calculator for adding or subtracting the detected output current value and the output of the first calculator Control device.
いて、前記汎用インバータとして周波数同期制御機能を
有するものを使用することを特徴とする多連シールド掘
進機のカッタ同期制御装置。6. The cutter synchronization control device according to claim 1, wherein the general-purpose inverter having a frequency synchronization control function is used.
いて、前記偏差検出手段は、隣接し合う２つの回転カッ
タの回転位置を検出するための２つの位置検出器と、こ
れら２つの位置検出器で検出された２つの回転位置の差
を検出して前記角度偏差として出力するための偏差検出
器とを含むことを特徴とする多連シールド掘進機のカッ
タ同期制御装置。7. The cutter synchronization control device according to claim 6, wherein the deviation detecting means includes two position detectors for detecting rotational positions of two adjacent rotary cutters, and these two position detectors. And a deviation detector for detecting the difference between the two rotational positions detected in 1. and outputting it as the angular deviation.
いて、前記補正手段は、アンプと、該アンプの出力と前
記速度指令値との加算あるいは減算を行うための第１の
演算器とを含むことを特徴とする多連シールド掘進機の
カッタ同期制御装置。8. The cutter synchronization control device according to claim 7, wherein the correction means includes an amplifier and a first arithmetic unit for adding or subtracting an output of the amplifier and the speed command value. A cutter synchronization control device for a multiple shield machine, which is characterized in that
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