JP3596247B2 - DC motor speed controller - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流電動機の速度を制御する速度制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、直流電動機の速度制御装置は、所望の回転速度である指令速度を設定する設定器と、直流電動機に電圧を印加する電圧制御器と、所定時間毎に直流電動機の回転速度を検出する速度検出器とを備えている。
【0003】
そして、指令速度で直流電動機を回転させるため、電圧制御器では、速度検出器により得られた回転速度と所望の回転速度とを比較して、速度検出器により得られた回転速度が高ければ直流電動機に印加する電圧を低くし、速度検出器により得られた回転速度が低ければ直流電動機に印加する電圧を高くするといった制御を行っている。
【0004】
さて、検出された回転速度が零の場合、指令速度に達するまで直流電動機への印加電圧を増加させることになる。しかし、直流電動機に大きな回転負荷がかかり直流電動機が回転しない状態にあるにもかかわらず電圧を印加し続けると、直流電動機には発熱が生じ、故障の原因となってしまう。そこで、従来の直流電動機の速度制御装置では、電圧制御器にタイマを備えるとともに予め所定時間Tを定めておき、所定時間Tの間連続して直流電動機に電圧を印加し続けても速度検出器により検出される速度が零である場合には、直流電動機の発熱を防止するために電圧の印加を停止するようにしている。
【0005】
従来、速度検出器に故障が生じ、直流電動機が所望の回転速度で回転しているにもかかわらず、速度検出器により検出される速度が零である場合、所望の回転速度が速度検出器から出力されるように、直流電動機に印加される電圧が増加されると、所望の回転速度以上で直流電動機を駆動することになり、直流電動機や直流電動機に接続される負荷を破損する場合がある。しかし、前述のように速度検出器により検出される速度が零である場合には、所定時間Tの経過後に直流電動機に対する電圧の印加が停止されるため、直流電動機や直流電動機に接続される負荷に破損を防止することができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述のような構成の直流電動機の速度制御装置において、直流電動機や直流電動機に接続される負荷を保護するという観点から所定時間Tを短くすると、急激に大きな回転負荷がかかり一時的に検出速度が零になると、所定時間Tが経過すると直ちに直流電動機に印加される電圧が停止されるため、従来の直流電動機では変動の大きな負荷を回転駆動できないという問題点を有していた。また、この問題点を回避するために所定時間Tを長くすると、直流電動機や直流電動機に接続される負荷に対する保護が不完全なものになってしまうという問題点を有していた。
【0007】
本発明は、上記の問題点に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、直流電動機に一時的に大きな回転負荷がかかり検出速度が零になったとしても直ちに停止することはなく、また、直流電動機や直流電動機に接続される負荷の破損を防止することができる直流電動機の速度制御装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明は、直流電動機を回転させようとする速度である指令速度を指定する設定器と、直流電動機の回転速度を検出し検出速度を出力する速度検出器と、前記検出速度と前記指令速度とが一致するように直流電動機に印加する指令電圧を調整する電圧制御器とを備えた直流電動機の速度制御装置において、直流電動機の電動機電流を検出し検出電流を出力する電流検出器と、前記直流電動機に大きな付加が印加されたため前記検出速度が零となる拘束状態にあるのか、前記速度検出器が故障しているため前記検出速度が零となる故障状態にあるのかを前記検出速度及び前記指令電圧及び前記検出電流から判定し、断定信号を出力する速度検出異常判定器とを付加し、前記速度検出異常判定器は、前記検出速度が零であり直流電動機に印加する電圧が前記第1の所定電圧であるときに前記検出電流が第1の所定電流以上であれば前記拘束状態にあると判定する第1の判定手段と、前記検出速度が零であり直流電動機に印加する電圧が前記第1の所定電圧よりも低く設定した第2の所定電圧以上であるときに前記検出電流が前記第1の所定電流よりも高く設定した第2の所定電流以下であれば前記故障状態にあると判定する第2の判定手段とを備え、前記速度検出異常判定器が前記速度検出器の拘束または故障を断定した時点で直流電動機へ印加していた電圧を停止することを特徴とするものである。
【0009】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の直流電動機の速度制御装置において、前記検出速度が零であるときに直流電動機に印加する電圧を第1の所定電圧に制限する電圧制限器を備えたことを特徴とするものである。
【0010】
請求項3記載の発明は、請求項1又は請求項2記載の直流電動機の速度制御装置において、前記速度検出異常判定器は、前記拘束状態にあると判定してから拘束断定信号を出力するまでの拘束断定時間を任意に設定できる第1のタイマと、前記故障状態にあると判定してから故障断定信号を出力するまでの故障断定時間を任意に設定できる第2のタイマとを備えたことを特徴とするものである。
【0011】
請求項4記載の発明は、請求項3記載の直流電動機の速度制御装置において、前記故障断定時間が前記拘束断定時間よりも短くなるように前記第1のタイマ及び前記第2のタイマにおいて前記拘束断定時間及び前記故障断定時間を設定したことを特徴とするものである。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について図1乃至図7に基づき詳細に説明する。図1は速度制御装置のブロック図である。図2は速度検出異常判定器のブロック図である。図3は正常動作時における各種出力と時間との関係を表すタイミングチャートであり、(a)は起動・停止信号の出力を表し、(b)は指令電圧の出力を表し、(c)は検出電流の出力を表し、(d)は実際の直流電動機の回転速度である電動機速度の出力を表し、(e)は指令速度と検出速度の出力を表し、(f)は拘束信号の出力を表し、(g)は故障断定信号の出力を表す。図4は拘束状態が発生した場合における各種出力と時間との関係を表すタイミングチャートであり、(a)は起動・停止信号の出力を表し、(b)は指令電圧の出力を表し、(c)は検出電流の出力を表し、(d)は実際の直流電動機の回転速度である電動機速度の出力を表し、(e)は指令速度と検出速度の出力を表し、(f)は拘束信号の出力を表し、(g)は故障断定信号の出力を表す。図5は速度検出器が故障した状態において、指令速度の増加率が比較的小さい場合における各種出力と時間との関係を表すタイミングチャートであり、(a)は起動・停止信号の出力を表し、(b)は指令電圧の出力を表し、(c)は検出電流の出力を表し、(d)は実際の直流電動機の回転速度である電動機速度の出力を表し、(e)は指令速度と検出速度の出力を表し、(f)は拘束信号の出力を表し、(g)は故障断定信号の出力を表す。図6は速度検出器が故障した状態において、指令速度の増加率が比較的小さい場合における各種出力と時間との関係を表すタイミングチャートであり、(a)は起動・停止信号の出力を表し、(b)は指令電圧の出力を表し、(c)は検出電流の出力を表し、(d)は実際の直流電動機の回転速度である電動機速度の出力を表し、(e)は指令速度と検出速度の出力を表し、(f)は拘束信号の出力を表し、(g)は故障断定信号の出力を表す。図7は正常動作中に速度検出器に故障が発生した場合における各種出力と時間との関係を表すタイミングチャートであり、(a)は起動・停止信号の出力を表し、(b)は指令電圧の出力を表し、(c)は検出電流の出力を表し、(d)は実際の直流電動機の回転速度である電動機速度の出力を表し、(e)は指令速度と検出速度の出力を表し、(f)は拘束信号の出力を表し、(g)は故障断定信号の出力を表す。
【0013】
図1に示した直流電動機Mの速度制御装置は、設定器1と、全体制御器2と、表示器3と、速度制御器4と、電圧制限器5と、電圧制御器6と、電源電圧7と、速度検出器8と、電流検出器9と、速度検出異常判定器10とを備えてなる。
【0014】
直流電動機Mは、電動機電流Imに比例したトルクを出力するものである。なお、印加電圧Vm、電動機電流Im、電動機速度ωmの関係は、電動機抵抗R、逆起電圧定数Keとすると、Im=(Vm−Ke×ωm)/Rとなる。
【0015】
設定器1は、直流電動機Mに対して起動や停止といった動作状態を設定・指示するものでり、直流電動機Mの回転方向を設定すると、直流電動機Mに対して指令方向を出力したり、直流電動機Mの回転速度を設定すると、直流電動機Mに対して指令速度ω1を出力したりするものである。
【0016】
全体制御器2は、中央演算器やメモリ(ともに図示せず)等から構成されるものであり、演算機能や記憶機能を有している。全体制御器2は、設定器1の出力信号や後述する速度検出異常判定器10の出力信号に基づいて、指令速度ω1を出力したり、起動する場合には起動・停止信号Start/Stopを出力したり、直流電動機Mの動作状態を表示するための信号である表示信号Signを出力する。
【0017】表示器3は、全体制御器2から出力される表示信号Signを受信して、現在や過去における直流電動機Mの動作状況等を表示するものである。
【0018】
速度制御器4は、指令速度ω1と速度検出器8により検出された検出速度ω2とが一致するように、例えば、PI制御(比例・積分制御)により直流電動機Mに印加すべき電圧である指令電圧V1を演算するものである。
【0019】
電圧制限器5は、検出速度ω2が零の場合、指令電圧V1を拘束最大電圧Vrockに制限する。従って、ω2が零の場合において、直流電動機Mに対して印加される指令電圧の最大値は拘束最大電圧Vrockということになる。
【0020】
電圧制御器6は、全体制御器2を介して設定器1から起動・停止信号Start/Stopがオンされている状態において、PWM制御等により、電源電圧7を調整して指令電圧V1に応じた電圧Vmを直流電動機Mに印加するものである。また、起動・停止信号Start/Stopがオフされると直流電動機Mへの電圧の印加を停止するものである。
【0021】
速度検出器8は、タコジェネレータ、あるいは、エンコーダ及びF/V変換器(周波数/電圧変換器)等で構成されるものであり、直流電動機Mの実際の回転速度である電動機速度ωmに比例した検出速度ω2を出力する。
【0022】
電流検出器9は、シャント抵抗器等を介して出力される直流電動機Mの電動機電流Imを増幅して検出電流I1を出力するものである。
【0023】
速度検出異常判定器10は、指令電圧V1、検出速度ω2、検出電流I1から、直流電動機Mの検出速度ω2が零であるときに、その原因が、速度検出器8が故障状態にあるからなのか、若しくは、急激に大きな回転負荷が直流電動機Mにかかった状態(以下、この状態を拘束状態と記載する)にあるからなのかを判定する。
【0024】
これにより、従来、検出速度ω2のみから直流電動機Mに対する制御を行っていたのに対して、指令電圧V1及び検出電流I1から直流電動機Mの動作を判定し、その結果を直流電動機Mの制御に反映させることが可能となる。従って、従来の速度制御装置よりも直流電動機Mに対して緻密でより安全な制御が行えることになる。以下、速度検出異常判定器10において行われる判定及びそれに伴って行われる直流電動機Mの制御について述べる。
【0025】
図2に示した速度検出異常判定器10は、基準発生器20a、…20eと、比較器21a、…21eと、拘束タイマ22と、故障タイマ23とを備えてなる。
【0026】
基準発生器20a、…20eは、それぞれ予め定められた基準値を発生するものである。
【0027】
比較器21a、…21eは、基準発生器20a、…20eから発生された基準値と入力された値とを比較して、予め定めた条件に合致すれば、比較器21a、…21eから制御信号ST1、…ST5がそれぞれ出力される。
【0028】
比較器21aは、基準発生器20aが発生する基準値である拘束最大電圧Vrockと指令電圧V1とを比較して、拘束最大電圧Vrockと指令電圧V1とが等しければ制御信号ST1を出力するものである。
【0029】
比較器21bは、基準発生器20bが発生する基準値である拘束検出電流Irockと検出電流I1とを比較して、検出電流I1が拘束検出電流Irock以上になれば制御信号ST2を出力するものである。
【0030】
比較器21cは、基準発生器20cが発生する基準値である故障検出電圧Vfault と指令電圧V1とを比較して、指令電圧V1が故障検出電圧Vfault 以上になれば制御信号ST3を出力するものである。なお、故障検出電圧Vfault は拘束最大電圧Vrockよりも低く設定している。
【0031】
比較器21dは、基準発生器20dが発生する基準値である故障検出電流Ifault と検出電流I1とを比較して、検出電流I1が故障検出電流Ifault 以下であれば制御信号ST4を出力するものである。なお、故障状態にあるにもかかわらず拘束状態であると誤った判断を行わないようにするために、故障検出電流Ifault は拘束検出電流Irockよりも高く設定している。
【0032】
比較器21eは、基準発生器20eが発生する基準値である零速度と検出速度ω2とを比較して、検出速度ω2が零であれば制御信号ST5を出力するものである。
【0033】
拘束タイマ22は、制御信号ST1、ST2、ST5が全て出力されたところで拘束信号Srockを出力するものである。つまり、拘束タイマ22は、検出速度ω2が零である場合において、指令電圧V1が印加できる電圧の最大値である拘束最大電圧Vrockに達しているにもかかわらず、拘束検出電流Irock以上の検出電流I1が得られていれば、直流電動機Mは回転駆動していないものと判断し、拘束信号Srockを出力する。
【0034】
また、拘束タイマ22では、制御信号ST1、ST2、ST5が全て出力されてから拘束信号Srockを出力するまでの時間(以下、拘束断定時間Trockと記載)は任意に設定することが可能である。
【0035】
なお、拘束タイマ22は、拘束断定時間Trockをカウント中に制御信号ST1、ST2、ST5のどれか一つでも入力がなくなれば、拘束断定時間Trockをリセットし、再び制御信号ST1、ST2、ST5が全て出力されるまで拘束断定時間Trockをカウントしないようにされている。
【0036】
故障タイマ23は、制御信号ST3、ST4、ST5が全て出力されたところで故障断定信号Sfault を出力するものである。つまり、故障タイマ23は、検出速度ω2が零である場合において、指令電圧V1が故障検出電圧Vfault 以上の電圧を印加しているにもかかわらず、故障検出電流Ifault 以下の検出電流I1しか得られていないならば、直流電動機Mは回転駆動しているので、速度検出器8の動作が不良であると判断し、故障断定信号Sfault を出力する。また、故障タイマ23では、制御信号ST3、ST4、ST5が全て出力されてから故障断定信号Sfault を出力するまでの時間(以下、故障断定時間Tfault と記載)は任意に設定することが可能である。
【0037】
なお、故障タイマ23は、故障断定時間Tfault をカウント中に制御信号ST3、ST4、ST5のどれか一つでも入力がなくなれば、故障断定時間Tfaultをリセットし、再び制御信号ST3、ST4、ST5が全て出力されるまで故障断定時間Tfault をカウントしないようにされている。
【0038】
全体制御器2では、拘束信号Srock及び故障断定信号Sfault が入力されると、直ちに速度制御器4に指令速度ω1を零にして直流電動機Mを停止するとともに、その旨を表示器3に表示する。
【0039】
次に、直流電動機Mに対して実際にどのような制御が行われるかをタイミングチャートを用いて説明する。
【0040】
図3は正常時のタイミングチャートである。起動・停止信号Start/Stopがオンされると(図3(a)参照)、直流電動機Mが指令速度ω1にて回転駆動するように指令電圧V1が直流電動機Mに印加される(図3(b)参照)。直流電動機Mの負荷が大きくなれば(図3(c)参照)、検出速度ω2が指令速度ω1に一致するように、速度制御装置は、指令電圧V1を大きくして(図3(d)参照)、直流電動機Mの出力トルクを増加させる。
【0041】
図4は拘束状態が発生した場合のタイミングチャートである。図3の場合と同様、検出速度ω2が指令速度ω1に一致するように、速度制御装置は指令電圧V1を大きくする。すると、直流電動機Mの検出速度ω2(実際の電動機速度ωm)は零なので、検出電流I1が増加する。そして、時刻t1において、直流電動機の拘束条件が成立し、拘束タイマ22は拘束断定時間Trockのカウントを開始する。時刻t1から拘束断定時間Trockが経過すると、拘束タイマ22は直流電動機Mが拘束状態にあると断定して拘束信号Srockを出力する(図4(f)参照)。すると、全体制御器2により起動・停止信号Start/Stopがオフされ(図4(a)参照)、直流電動機Mに印加される指令電圧V1が零となる(図4(b)参照)。
【0042】
図5は速度検出器8が故障した場合であり、印加電圧V1の増加率が比較的小さいため、検出電流I1が故障検出電流Ifault を超えない場合のタイミングチャートである。速度検出器8は故障状態にあるので、指令速度ω1と検出速度ω2は一致せず(図5(e)参照)、指令電圧V1の増加を継続する(図5(b)参照)。時刻t3において、実際には、直流電動機Mの電動機速度ωmは指令電圧V1に基づいて増加するので(図5(d)参照)、検出電流I1は増加することになるが故障検出電流Ifault は超えない(図5(c)参照)。この時点で、直流電動機の故障条件が成立し(図5(b)参照)、時刻t3から故障断定時間Tfault を経過した時刻t4において、故障断定信号Sfault を出力する(図5(g)参照)。すると、全体制御器2により起動・停止信号Start/Stopがオフされ(図5(a)参照)、直流電動機Mに印加される指令電圧V1が零となる(図5(b)参照)。
【0043】
図6は速度検出器8が故障した場合であり、印加電圧V1の増加率が比較的大きいため、検出電流I1が故障検出電流Ifault を超える場合のタイミングチャートである。速度検出器8は故障状態にあるので、指令速度ω1と検出速度ω2は一致せず(図6(e)参照)、指令電圧V1の増加を継続する(図6(b)参照)。時刻t5において、実際には、直流電動機Mの電動機速度ωmは指令電圧V1に基づいて増加するので(図6(d)参照)、検出電流I1は増加することになるが故障検出電流Ifault は超えない(図6(c)参照)。すると、直流電動機の故障条件が成立し、時刻t5から故障断定時間Tfault をカウントし始めることになる(図6(b)参照)。しかし、直流電動機Mに対する指令速度V1が高いため(図6(b)参照)、検出電流I1が故障検出電流Ifault を超えてしまい、時刻t6で速度検出器8が故障状態が成立しなくなり、今までのカウント値をリセットしてしまう(図6(c)参照)。しかし、印加電圧V1が拘束最大電圧Vrockに制限されると、直流電動機Mの駆動により検出電流I1が小さくなり、再び、時刻t7で速度検出器8の故障状態が成立する。すると、時刻t7から故障断定時間Tfault のカウントを再び開始し、時刻t8において速度検出器8の故障を断定して、故障断定信号Sfault を出力する(図6(g)参照)。すると、全体制御器2により起動・停止信号Start/Stopがオフされ(図6(a)参照)、直流電動機Mに印加される指令電圧V1が零となる(図6(b)参照)。
【0044】
図7は正常動作中に速度検出器8に故障が発生した場合のタイミングチャートである。速度検出器8は故障状態にあるので、指令速度ω1と検出速度ω2は一致せず(図7(e)参照)、指令電圧V1の増加を継続する(図7(b)参照)。時刻t9において、実際には、直流電動機Mの電動機速度ωmは指令電圧V1に基づいて増加するので(図7(d)参照)、検出電流I1は増加することになるが故障検出電流Ifault は超えない(図7(c)参照)。この時点で、速度検出異常判定器10は、速度検出器8の故障条件が成立しているので(図7(b)参照)、時刻t9から故障断定時間Tfault のカウントを開始することになる。しかし、直流電動機Mに対する指令速度V1が高いため(図7(b)参照)、検出電流I1が故障検出電流Ifault を超えてしまい、時刻t10で速度検出器8の故障条件が成立しなくなり、今までのカウント値をリセットしてしまう(図7(c)参照)。しかし、印加電圧V1が拘束最大電圧Vrockに制限されると、直流電動機Mの駆動により検出電流I1が小さくなり、再び、時刻t11で速度検出器8の故障条件が成立する。すると、時刻t11から故障断定時間Tfault のカウントを再び開始し、時刻t12において故障断定信号Sfault を出力する(図7(g)参照)。すると、全体制御器2により起動・停止信号Start/Stopがオフされ(図7(a)参照)、直流電動機Mに印加される指令電圧V1が零となる(図7(b)参照)。
【0045】
以上に述べた速度検出異常判定器10の動作により、直流電動機Mに一時的に大きな回転負荷がかかり検出速度が零になったとしても、検出電流I1が拘束検出電流Irock以上の値を示しているかぎり、少なくとも拘束最大電圧Vrockまでは指令電圧V1が印加され続けることになるので、直ちに直流電動機Mが停止することはない。これに対し、速度検出器8の動作が不良で検出速度ω2が零である場合には直ちに直流電動機Mが停止することになるので、直流電動機Mや直流電動機Mに接続される負荷の破損を防止することができる。
【0046】
また、直流電動機Mに拘束最大電圧Vrockを印加した際、直流電動機Mが発熱破損しない程度に長く拘束断定時間Trockを設定し、また、故障断定時間Tfault をできるだけ短く設定するれば、拘束状態から通常運転状態に復帰しようとする速度制御が直流電動機Mに故障を生じない程度で行われるとともに、速度検出器8が故障の際には直ちに直流電動機Mが停止するため、より利用者の意志に応じた直流電動機Mの速度制御が可能となる。
【0047】
【発明の効果】
以上のように、請求項1記載の発明にあっては、直流電動機を回転させようとする速度である指令速度を指定する設定器と、直流電動機の回転速度を検出し検出速度を出力する速度検出器と、前記検出速度と前記指令速度とが一致するように直流電動機に印加する指令電圧を調整する電圧制御器とを備えた直流電動機の速度制御装置において、直流電動機の電動機電流を検出し検出電流を出力する電流検出器と、前記直流電動機に大きな付加が印加されたため前記検出速度が零となる拘束状態にあるのか、前記速度検出器が故障しているため前記検出速度が零となる故障状態にあるのかを前記検出速度及び前記指令電圧及び前記検出電流から判定し、断定信号を出力する速度検出異常判定器とを付加し、前記速度検出異常判定器は、前記検出速度が零であり直流電動機に印加する電圧が前記第1の所定電圧であるときに前記検出電流が第1の所定電流以上であれば前記拘束状態にあると判定する第1の判定手段と、前記検出速度が零であり直流電動機に印加する電圧が前記第1の所定電圧よりも低く設定した第2の所定電圧以上であるときに前記検出電流が前記第1の所定電流よりも高く設定した第2の所定電流以下であれば前記故障状態にあると判定する第2の判定手段とを備え、前記速度検出異常判定器が前記速度検出器の拘束または故障を断定した時点で直流電動機へ印加していた電圧を停止するようにしたので、直流電動機に一時的に大きな回転負荷がかかり検出速度が零になったとしても直ちに停止することはなく、また、直流電動機や直流電動機に接続される負荷の破損を防止することができる直流電動機の速度制御装置を提供できるという効果を奏する。さらに、直流電動機が拘束状態にあるのか、若しくは、速度検知手段が故障状態にあるのかを精度よく判定することが可能となるという効果を奏する。
【0048】
請求項2記載の発明にあっては、請求項1記載の直流電動機の速度制御装置において、検出速度が零であるときに直流電動機に印加する電圧を第1の所定電圧に制限する電圧制限器を備えるようにしたので、直流電動機に異常に高い電圧が印加されることを防止できるという効果を奏する。
【0049】
請求項3記載の発明にあっては、請求項1又は請求項2記載の直流電動機の速度制御装置において、速度検出異常判定器は、拘束状態にあると判定してから拘束断定信号を出力するまでの拘束断定時間を任意に設定できる第1のタイマと、故障状態にあると判定してから故障断定信号を出力するまでの故障断定時間を任意に設定できる第2のタイマとを備えたので、直流電動機の使用状況に応じて、拘束状態又は故障状態から直流電動機を停止するまでの時間を、利用者の意志に応じて設定することが可能となるという効果を奏する。
【0050】
請求項4記載の発明にあっては、請求項3記載の直流電動機の速度制御装置において、故障断定時間が拘束断定時間よりも短くなるように第1のタイマ及び第2のタイマにおいて拘束断定時間及び故障断定時間を設定したので、拘束条件及び故障条件がともに成立した場合において、故障断定時間が経過する前に拘束断定時間が経過するという不具合を回避し、より速やかに速度検出器の故障を検出することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】速度制御装置のブロック図である。
【図2】速度検出異常判定器のブロック図である。
【図3】正常動作時における各種出力と時間との関係を表すタイミングチャートでありる。
【図4】拘束状態が発生した場合における各種出力と時間との関係を表すタイミングチャートである。
【図5】速度検出器が故障した状態において、指令速度の増加率が比較的小さい場合における各種出力と時間との関係を表すタイミングチャートである。
【図6】速度検出器が故障した状態において、指令速度の増加率が比較的小さい場合における各種出力と時間との関係を表すタイミングチャートである。
【図7】正常動作中に速度検出器に故障が発生した場合における各種出力と時間との関係を表すタイミングチャートでありる。
【符号の説明】
M 直流電動機
1 設定器
5 電圧制限器
6 電圧制御器
8 速度検出器
9 電流検出器
10 速度検出異常判定器
22 拘束タイマ(第1の判定手段、第1のタイマ)
23 故障タイマ(第2の判定手段、第2のタイマ)
ω1 指令速度
ω2 検出速度
V1 指令電圧
Vrock 第1の所定電圧
Vfault 第2の所定電圧
I1 検出電流
Irock 第1の所定電流
Ifault 第2の所定電流[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a speed control device that controls the speed of a DC motor.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a DC motor speed controller includes a setter that sets a command speed that is a desired rotation speed, a voltage controller that applies a voltage to the DC motor, and a speed that detects the rotation speed of the DC motor at predetermined time intervals. And a detector.
[0003]
Then, in order to rotate the DC motor at the command speed, the voltage controller compares the rotation speed obtained by the speed detector with a desired rotation speed, and if the rotation speed obtained by the speed detector is higher, the DC The control is performed such that the voltage applied to the electric motor is reduced, and if the rotation speed obtained by the speed detector is low, the voltage applied to the DC motor is increased.
[0004]
When the detected rotation speed is zero, the applied voltage to the DC motor is increased until the rotation speed reaches the command speed. However, if a large rotational load is applied to the DC motor and the voltage is continuously applied even though the DC motor is not rotating, the DC motor generates heat and causes a failure. Therefore, in the conventional DC motor speed control device, the voltage controller is provided with a timer and a predetermined time T is set in advance. Even if the voltage is continuously applied to the DC motor for the predetermined time T, the speed detector is not used. When the speed detected by the control is zero, the application of the voltage is stopped to prevent the DC motor from generating heat.
[0005]
Conventionally, when the speed detector fails and the speed detected by the speed detector is zero even though the DC motor is rotating at the desired rotation speed, the desired rotation speed is output from the speed detector. When the voltage applied to the DC motor is increased so as to be output, the DC motor is driven at or above a desired rotation speed, which may damage the DC motor or a load connected to the DC motor. . However, when the speed detected by the speed detector is zero as described above, the application of the voltage to the DC motor is stopped after the elapse of the predetermined time T, so that the load connected to the DC motor or the DC motor is Can be prevented from being damaged.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the DC motor speed control device having the above-described configuration, if the predetermined time T is shortened from the viewpoint of protecting the DC motor and the load connected to the DC motor, a large rotating load is suddenly applied, and the speed is temporarily detected. When the speed becomes zero, the voltage applied to the DC motor is stopped immediately after the predetermined time T elapses, so that the conventional DC motor has a problem that a load with large fluctuations cannot be rotationally driven. Further, if the predetermined time T is increased to avoid this problem, there is a problem that the protection for the DC motor and the load connected to the DC motor becomes incomplete.
[0007]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to stop immediately even if a large rotating load is temporarily applied to the DC motor and the detection speed becomes zero. Another object of the present invention is to provide a DC motor speed control device capable of preventing damage to a DC motor and a load connected to the DC motor.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to
[0009]
According to a second aspect of the present invention, in the DC motor speed control device according to the first aspect, a voltage limiter that limits a voltage applied to the DC motor to a first predetermined voltage when the detected speed is zero is provided. It is characterized by having.
0010]
Claim3The described invention,
0011]
Claim4The described invention,Claim 3In the DC motor speed control device, the constraint determination time and the failure determination time are set in the first timer and the second timer so that the failure determination time is shorter than the constraint determination time. It is a feature.
0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 1 is a block diagram of the speed control device. FIG. 2 is a block diagram of the speed detection abnormality determiner. FIGS. 3A and 3B are timing charts showing the relationship between various outputs and time during normal operation. FIG. 3A shows the output of a start / stop signal, FIG. 3B shows the output of a command voltage, and FIG. (D) represents the output of the motor speed, which is the actual rotation speed of the DC motor, (e) represents the output of the command speed and the detected speed, and (f) represents the output of the constraint signal. , (G) represent the output of the fault determination signal. 4A and 4B are timing charts showing the relationship between various outputs and time when the restraint state occurs. FIG. 4A shows the output of a start / stop signal, FIG. 4B shows the output of a command voltage, and FIG. ) Represents the output of the detected current, (d) represents the output of the motor speed which is the actual rotation speed of the DC motor, (e) represents the output of the command speed and the detected speed, and (f) represents the output of the constraint signal. (G) represents the output of the failure determination signal. FIG. 5 is a timing chart showing the relationship between various outputs and time when the rate of increase of the command speed is relatively small in a state where the speed detector has failed, and FIG. 5 (a) shows the output of a start / stop signal; (B) represents the output of the command voltage, (c) represents the output of the detected current, (d) represents the output of the motor speed which is the actual rotation speed of the DC motor, and (e) represents the command speed and the detected speed. (F) represents the output of the constraint signal, and (g) represents the output of the fault determination signal. FIG. 6 is a timing chart showing the relationship between various outputs and time when the rate of increase of the commanded speed is relatively small in a state where the speed detector has failed. FIG. 6A shows the output of the start / stop signal. (B) represents the output of the command voltage, (c) represents the output of the detected current, (d) represents the output of the motor speed which is the actual rotation speed of the DC motor, and (e) represents the command speed and the detected speed. (F) represents the output of the constraint signal, and (g) represents the output of the fault determination signal. FIG. 7 is a timing chart showing the relationship between various outputs and time when a failure occurs in the speed detector during normal operation. FIG. 7A shows the output of a start / stop signal, and FIG. 7B shows the command voltage. (C) represents the output of the detected current, (d) represents the output of the motor speed which is the actual rotation speed of the DC motor, (e) represents the output of the command speed and the detected speed, (F) represents the output of the constraint signal, and (g) represents the output of the failure determination signal.
00Thirteen]
The speed control device of the DC motor M shown in FIG. 1 includes a
0014]
The DC motor M outputs a torque proportional to the motor current Im. The relationship between the applied voltage Vm, the motor current Im, and the motor speed ωm is expressed as Im = (Vm−Ke × ωm) / R, where the motor resistance is R and the back electromotive force constant is Ke.
00Fifteen]
The
0016]
The
0018]
The
0019]
When the detection speed ω2 is zero, the
0020]
The
0021]
The
0022]
The
0023]
When the detected speed ω2 of the DC motor M is zero based on the command voltage V1, the detected speed ω2, and the detected current I1, the cause is that the
0024]
As a result, the operation of the DC motor M is determined based on the command voltage V1 and the detection current I1, whereas the control of the DC motor M is conventionally performed only from the detection speed ω2, and the result is used to control the DC motor M. It can be reflected. Therefore, more precise and safer control can be performed on the DC motor M than with the conventional speed control device. Hereinafter, the determination performed by the speed
0025]
The speed detection
0026]
Each of the reference generators 20a,... 20e generates a predetermined reference value.
0027]
21e compare the reference value generated from the reference generators 20a,... 20e with the input value, and if a predetermined condition is met, the control signals from the
0028]
The
0029]
The
0030]
The
0031]
The
0032]
The
0033]
The
0034]
In the
0035]
Note that the
0036]
The
0037]
Note that the
0038]
Upon receiving the constraint signal Srock and the failure determination signal Sfault, the
0039]
Next, what kind of control is actually performed on the DC motor M will be described using a timing chart.
0040]
FIG. 3 is a timing chart in a normal state. When the start / stop signal Start / Stop is turned on (see FIG. 3A), the command voltage V1 is applied to the DC motor M so that the DC motor M rotates at the command speed ω1 (see FIG. b)). When the load on the DC motor M increases (see FIG. 3C), the speed control device increases the command voltage V1 so that the detected speed ω2 matches the command speed ω1 (see FIG. 3D). ), The output torque of the DC motor M is increased.
0041]
FIG. 4 is a timing chart in the case where the constraint state has occurred. As in the case of FIG. 3, the speed control device increases the command voltage V1 so that the detected speed ω2 matches the command speed ω1. Then, since the detection speed ω2 (actual motor speed ωm) of the DC motor M is zero, the detection current I1 increases. Then, at time t1, the constraint condition of the DC motor is satisfied, and the
0042]
FIG. 5 is a timing chart in the case where the
0043]
FIG. 6 is a timing chart in the case where the
0044]
FIG. 7 is a timing chart when a failure occurs in the
0045]
Due to the operation of the speed
0046]
Further, when the constraint maximum voltage Vrock is applied to the DC motor M, if the constraint determination time Trock is set to be long enough to prevent the DC motor M from being damaged by heat generation, and if the failure determination time Tfault is set to be as short as possible, from the constraint state, The speed control for returning to the normal operation state is performed to the extent that the DC motor M does not cause a failure, and when the
0047]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, a setting device that specifies a command speed that is a speed at which the DC motor is to be rotated, and a speed that detects the rotation speed of the DC motor and outputs the detected speed. In a speed control device for a DC motor, comprising a detector and a voltage controller that adjusts a command voltage applied to the DC motor so that the detected speed matches the command speed, the motor current of the DC motor is detected. A current detector that outputs a detection current, and whether the detection speed is zero because the large addition is applied to the DC motor or the detection speed is zero because the speed detector is faulty Determine whether it is in a failure state from the detection speed and the command voltage and the detection current, and add a speed detection abnormality determiner that outputs an assertion signal,The speed detection abnormality determiner is in the constrained state if the detected current is equal to or greater than a first predetermined current when the detected speed is zero and the voltage applied to the DC motor is the first predetermined voltage. A first determining means for determining that the detected current is zero when the detection speed is zero and the voltage applied to the DC motor is equal to or higher than a second predetermined voltage set lower than the first predetermined voltage. A second determination unit that determines that the vehicle is in the failure state if the current is equal to or less than a second predetermined current set higher than the first predetermined current;Since the speed detection abnormality determiner stops the voltage applied to the DC motor at the time of determining the restraint or failure of the speed detector, a large rotating load is temporarily applied to the DC motor, and the detection speed is reduced. Even if it becomes zero, there is an effect that a speed control device for a DC motor that does not stop immediately and can prevent damage to a DC motor and a load connected to the DC motor can be provided.Further, there is an effect that it is possible to accurately determine whether the DC motor is in the constrained state or whether the speed detecting means is in the failure state.
0048]
According to a second aspect of the present invention, in the DC motor speed controller according to the first aspect, a voltage limiter that limits a voltage applied to the DC motor to a first predetermined voltage when the detected speed is zero. Is provided, an effect that an abnormally high voltage can be prevented from being applied to the DC motor.
0049]
Claim3In the described invention,
0050]
Claim4In the described invention,Claim 3In the DC motor speed control device, the constraint determination time and the failure determination time are set in the first timer and the second timer so that the failure determination time is shorter than the constraint determination time. When both cases are satisfied, it is possible to avoid the problem that the constraint determination time elapses before the failure determination time elapses, and it is possible to more quickly detect the failure of the speed detector.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a speed control device.
FIG. 2 is a block diagram of a speed detection abnormality determiner.
FIG. 3 is a timing chart showing a relationship between various outputs and time in a normal operation.
FIG. 4 is a timing chart showing a relationship between various outputs and time when a restraint state occurs.
FIG. 5 is a timing chart showing the relationship between various outputs and time when the rate of increase of the command speed is relatively small when the speed detector has failed.
FIG. 6 is a timing chart showing the relationship between various outputs and time when the increase rate of the command speed is relatively small in a state where the speed detector has failed.
FIG. 7 is a timing chart showing a relationship between various outputs and time when a failure occurs in the speed detector during normal operation.
[Explanation of symbols]
M DC motor
1 Setter
5 Voltage limiter
6 Voltage controller
8 Speed detector
9 Current detector
10 Speed detection abnormality judgment device
22 Restriction timer (first determination means, first timer)
23 failure timer (second determination means, second timer)
ω1 command speed
ω2 detection speed
V1 command voltage
Vrock first predetermined voltage
Vfault Second predetermined voltage
I1 Detection current
Irock first predetermined current
Ifault the second predetermined current
Claims (4)
前記速度検出異常判定器は、前記検出速度が零であり直流電動機に印加する電圧が前記第1の所定電圧であるときに前記検出電流が第1の所定電流以上であれば前記拘束状態にあると判定する第1の判定手段と、前記検出速度が零であり直流電動機に印加する電圧が前記第1の所定電圧よりも低く設定した第2の所定電圧以上であるときに前記検出電流が前記第1の所定電流よりも高く設定した第2の所定電流以下であれば前記故障状態にあると判定する第2の判定手段とを備え、
前記速度検出異常判定器が前記速度検出器の拘束または故障を断定した時点で直流電動機へ印加していた電圧を停止することを特徴とする直流電動機の速度制御装置。A setting device that specifies a command speed that is a speed at which the DC motor is to be rotated, a speed detector that detects the rotation speed of the DC motor and outputs a detected speed, and that the detected speed matches the command speed. A DC motor speed control device comprising a voltage controller for adjusting a command voltage applied to a DC motor, a current detector for detecting a motor current of the DC motor and outputting a detection current, and a large addition to the DC motor. Is applied, the detection speed is zero, or the detection speed is faulty, and the detection speed is zero, so that the detection speed is zero. Judging from the current and adding a speed detection abnormality judgment device that outputs an assertion signal,
The speed detection abnormality determiner is in the constrained state if the detected current is equal to or greater than a first predetermined current when the detected speed is zero and the voltage applied to the DC motor is the first predetermined voltage. A first determining means for determining that the detected current is zero when the detection speed is zero and the voltage applied to the DC motor is equal to or higher than a second predetermined voltage set lower than the first predetermined voltage. A second determination unit that determines that the vehicle is in the failure state if the current is equal to or less than a second predetermined current set higher than the first predetermined current;
A speed control device for a DC motor, wherein the voltage applied to the DC motor is stopped when the speed detection abnormality determiner determines that the speed detector is restrained or malfunctions.
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- 1997-09-09 JP JP24373197A patent/JP3596247B2/en not_active Expired - Lifetime
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