JP7563306B2 - Motor Control Device - Google Patents
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Description
本発明は、モータ制御装置に関する。 The present invention relates to a motor control device.
例えば、鉄鋼プラントなどで用いられる圧延装置には、モータ(同期電動機)に供給する電力の周波数を制御することにより、モータの回転速度を制御するインバータが多く用いられている。 For example, rolling equipment used in steel plants often uses inverters that control the frequency of the power supplied to a motor (synchronous motor), thereby controlling the rotational speed of the motor.
また、速度制御器によって速度基準とモータの実速度との差である速度偏差をトルク基準に変換し、トルク基準に基づいてインバータを制御する同期電動機の駆動システムは公知である(例えば、特許文献1参照)。 A synchronous motor drive system is also known in which a speed controller converts the speed deviation, which is the difference between a speed reference and the actual speed of the motor, into a torque reference, and controls the inverter based on the torque reference (see, for example, Patent Document 1).
さらに、速度基準とモータの実速度との差である速度偏差をトルク基準に変換した結果に対して、垂下率(ドルーピングゲイン)を設定されたドルーピング(Drooping)制御を行うことにより、速度偏差がなくなる方向に調整する技術が知られている。 In addition, a technology is known in which the speed deviation, which is the difference between a speed reference and the actual speed of the motor, is converted into a torque reference, and then drooping control is performed with a set drooping rate (drooping gain) to adjust the speed deviation so that it is eliminated.
上述したように、近年は、モータの回転速度を制御するために、トルク系の制御を含む速度制御が実用化されている。しかしながら、慣性補償・メカロス補正・液中補償などのトルク系補正が過補償であった場合、速度制御ではトルクをマイナス方向に下げる働きをしてしまう。 As mentioned above, in recent years, speed control, including torque system control, has been put to practical use to control the rotational speed of a motor. However, if torque system corrections such as inertia compensation, mechanical loss compensation, and submerged compensation are overcompensated, the speed control will act to reduce the torque in the negative direction.
つまり、従来のモータの回転速度制御では、速度偏差を変換したトルク基準のみに対してドルーピング制御が作用するため、最終的にプラス極性のトルクを制御しているにもかかわらず、増速方向(逆の極性)にドルーピングが働いてしまうことがあった。 In other words, in conventional motor rotation speed control, drooping control acts only on the torque reference converted from the speed deviation, so even though the torque is ultimately controlled to be positive, drooping can sometimes act in the direction of acceleration (reverse polarity).
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、トルク系に外乱の影響がある場合にも、速度基準に対して正しい極性に補正を行ってモータの回転速度を制御することができるモータ制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and aims to provide a motor control device that can control the rotation speed of a motor by correcting the polarity of the speed reference to the correct polarity even when the torque system is affected by external disturbances.
本発明の一態様にかかるモータ制御装置は、モータを駆動するインバータを備えて、前記モータの回転速度を制御するモータ制御装置において、前記モータの速度基準となる速度指令に基づいて、前記モータのトルク基準を出力することにより、前記インバータを介して前記モータの回転速度を制御する速度制御部と、前記速度制御部が出力したトルク基準に基づいて、前記モータに対するトルク指令を出力することにより、前記インバータを介して前記モータのトルクを制御するトルク制御部と、前記トルク制御部が出力したトルク指令に基づいて、前記インバータが前記モータに供給する電力の周波数を制御するように、前記インバータに対する電流指令を出力する電流制御部と、前記トルク制御部が出力したトルク指令に対してドルーピングゲインを掛ける補正を行うことにより、前記速度制御部に対する速度指令を補正するトルク指令補正部とを有することを特徴とする。 A motor control device according to one aspect of the present invention is a motor control device that includes an inverter for driving a motor and controls the rotational speed of the motor, and is characterized by having a speed control unit that controls the rotational speed of the motor via the inverter by outputting a torque reference for the motor based on a speed command that is a speed reference for the motor, a torque control unit that controls the torque of the motor via the inverter by outputting a torque command for the motor based on the torque reference output by the speed control unit, a current control unit that outputs a current command for the inverter so as to control the frequency of the power supplied to the motor by the inverter based on the torque command output by the torque control unit, and a torque command correction unit that corrects the speed command for the speed control unit by multiplying the torque command output by the torque control unit by a drooping gain.
また、本発明の一態様にかかるモータ制御装置は、好適には、前記トルク指令補正部が、前記モータの動作状況に応じて前記ドルーピングゲインを増減させるように、前記ドルーピングゲインに対して係数掛けを行う可変係数部を有することを特徴とする。 In addition, the motor control device according to one aspect of the present invention is preferably characterized in that the torque command correction unit has a variable coefficient unit that multiplies the drooping gain by a coefficient so as to increase or decrease the drooping gain depending on the operating status of the motor.
本発明によれば、トルク系に外乱の影響がある場合にも、速度基準に対して正しい極性に補正を行ってモータの回転速度を制御することができる。 According to the present invention, even when the torque system is affected by external disturbances, the motor rotation speed can be controlled by correcting the polarity of the speed reference to the correct one.
以下に、図面を用いて一実施形態にかかるモータ制御装置について、圧延システムに用いられるモータ制御装置を例として説明する。図1は、圧延システム1の構成例を模式的に示す図である。図1に示すように、圧延システム1は、例えば熱間圧延ライン2、コントローラ3、及び圧延制御装置4を有する。
The following describes a motor control device according to one embodiment, taking as an example a motor control device used in a rolling system, with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration example of a
熱間圧延ライン2は、例えば加熱炉20、粗圧延機21、仕上圧延機22、水冷却装置23、切断機24、及び巻取機25などを有する。
The hot rolling line 2 includes, for example, a heating furnace 20, a roughing mill 21, a finishing mill 22, a
熱間圧延ライン2は、加熱炉20が出力するスラブに対して粗圧延機21が粗圧延を行って、素材(圧延材)を仕上圧延機22へ送る。そして、熱間圧延ライン2は、粗圧延された圧延材を仕上圧延機22がさらに所定の仕様まで圧延し、水冷却装置23が冷却させた後に、切断機24が所定の長さに切断して、巻取機25が巻き取る。
In the hot rolling line 2, the rough rolling mill 21 performs rough rolling on the slabs output by the heating furnace 20, and sends the raw material (rolled material) to the finishing rolling mill 22. Then, in the hot rolling line 2, the finishing rolling mill 22 further rolls the roughly rolled rolled material to a specified specification, and after it is cooled by the
例えば、粗圧延機21には、後述するモータ制御装置5によってそれぞれ回転速度を制御される複数の同期電動機21aが設けられている。
For example, the roughing mill 21 is provided with multiple
コントローラ3は、例えばPLC(programmable logic controller)などであり、圧延制御装置4に対する制御を行う。 The controller 3 is, for example, a programmable logic controller (PLC) and controls the rolling control device 4.
圧延制御装置4は、例えばモータ制御装置5を備え、コントローラ3による制御に応じて、熱間圧延ライン2を構成する各部を制御する。モータ制御装置5は、ドルーピング補正部6を備えて、同期電動機21aの回転速度を制御する。
The rolling control device 4 includes, for example, a motor control device 5, and controls each part of the hot rolling line 2 according to the control by the controller 3. The motor control device 5 includes a drooping correction unit 6, and controls the rotation speed of the
次に、図2~図6を用いて、モータ制御装置5についてさらに説明する。図2は、一実施形態にかかるモータ制御装置5の構成、及びその周辺を例示するブロック図である。 Next, the motor control device 5 will be further described using Figures 2 to 6. Figure 2 is a block diagram illustrating the configuration of the motor control device 5 and its surroundings according to one embodiment.
図2に示すように、モータ制御装置5は、速度基準出力部50、速度制御部51、トルク制御部52、電流制御部53、インバータ54、及びドルーピング補正部6を有し、インバータ54を制御することにより、同期電動機(モータ)21aの回転速度を制御する。
As shown in FIG. 2, the motor control device 5 has a speed
速度基準出力部50は、同期電動機21aの回転速度に関する速度指令を速度制御部51に対して出力する。
The speed
速度制御部51は、図3にも示すように、速度基準出力部50が出力した速度指令と、同期電動機21aの実速度として検出された速度フィードバックとの差分を速度偏差として算出する。そして、速度制御部51は、速度偏差に対する速度制御AMPによるPI制御を行って、速度制御最終演算トルク(PI制御結果)をトルク制御部52に対して出力する。
As shown in FIG. 3, the
速度制御最終演算トルクは、同期電動機21aのトルクに関するトルク基準である。つまり、速度制御部51は、同期電動機21aの速度基準となる速度指令に基づいて、同期電動機21aのトルク基準を出力することにより、インバータ54を介して同期電動機21aの回転速度を制御する。
The speed control final calculation torque is a torque reference for the torque of the
トルク制御部52は、図4にも示すように、速度制御部51が出力した速度制御最終演算トルクと、例えばコントローラ3から入力される外部トルク補助基準とに基づいて、トルク指令を電流制御部53に対して出力する。
As shown in FIG. 4, the
つまり、トルク制御部52は、速度制御部51が出力したトルク基準に基づいて、同期電動機21aに対するトルク指令を出力することにより、インバータ54を介して同期電動機21aのトルクを制御する。
In other words, the
電流制御部53は、トルク制御部52が出力したトルク指令に基づいて、インバータ54が同期電動機21aに供給する電力の周波数を制御するように、インバータ54に対して電流指令を出力する。
The
インバータ54は、同期電動機21aに供給する電力の周波数を制御することにより、回転速度を制御しつつ同期電動機21aを駆動する。
The
ドルーピング補正部6は、演算トルク補正部60及びトルク指令補正部62を有し、ドルーピング補正を行う。
The drooping correction unit 6 has a calculated
具体的には、演算トルク補正部60は、図5にも示すように、速度制御部51が出力する速度制御最終演算トルクに対し、コントローラ3から入力されるトルクに関するドルーピングゲインを乗じた後に反転させて、ドルーピング指令を算出する。
Specifically, as shown in FIG. 5, the calculated
例えば、演算トルク補正部60に対してマイナスとなる速度制御最終演算トルクが入力された場合、プラスのドルーピング指令が算出される。
For example, if a negative speed control final calculation torque is input to the calculation
また、演算トルク補正部60は、コントローラ3から入力される速度基準に対して所定のレートを乗じ、算出したドルーピング指令を加算して得た速度指令を速度基準出力部50に対して出力する。
The calculated
トルク指令補正部62は、図6に示すように、インバータ54の動作状況に応じてドルーピングゲインを増減させるように、ドルーピングゲインに対して係数掛けを行う可変係数部620を有する。
As shown in FIG. 6, the torque
例えば、可変係数部620は、同期電動機21aの起動時にはドルーピングゲインを小さくするように係数掛けを行い、同期電動機21aの通常運転時にはドルーピングゲインを大きくするように係数掛けを行う。
For example, the
そして、トルク指令補正部62は、トルク制御部52が出力するトルク指令に対し、コントローラ3から入力されるトルクに関するドルーピングゲインに可変係数部620が係数掛けしたドルーピングゲインを乗じた後に反転させて、ドルーピング指令を算出する。また、トルク指令補正部62は、コントローラ3から入力される速度基準に対して所定のレートを乗じ、算出したドルーピング指令を加算して得た速度指令を速度基準出力部50に対して出力する。
The torque
つまり、トルク指令補正部62は、トルク制御部52が出力したトルク指令に対してドルーピングゲインを掛ける補正を行うことにより、速度制御部51に対する速度指令を補正する。
In other words, the torque
このように、モータ制御装置5は、トルク制御部52が出力したトルク指令に対してドルーピングゲインを掛ける補正を行うことにより、トルク系に外乱の影響がある場合にも、速度基準に対して正しい極性に補正を行ってモータの回転速度を制御することができる。
In this way, the motor control device 5 corrects the torque command output by the
なお、モータ制御装置5が有する各機能は、それぞれ一部又は全部がPLD(Programmable Logic Device)やFPGA(Field Programmable Gate Array)等のハードウェアによって構成されてもよいし、CPU等のプロセッサが実行するプログラムとして構成されてもよい。 Note that each function of the motor control device 5 may be configured in part or in whole by hardware such as a PLD (Programmable Logic Device) or an FPGA (Field Programmable Gate Array), or may be configured as a program executed by a processor such as a CPU.
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。 Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
1・・・圧延システム、2・・・熱間圧延ライン、3・・・コントローラ、4・・・圧延制御装置、5・・・モータ制御装置、6・・・ドルーピング補正部、20・・・加熱炉、21・・・粗圧延機、21a・・・同期電動機(モータ)、22・・・仕上圧延機、23・・・水冷却装置、24・・・切断機、25・・・巻取機、50・・・速度基準出力部、51・・・速度制御部、52・・・トルク制御部、53・・・電流制御部、54・・・インバータ、60・・・演算トルク補正部、62・・・トルク指令補正部、620・・・可変係数部 1...Rolling system, 2...Hot rolling line, 3...Controller, 4...Rolling control device, 5...Motor control device, 6...Dropping correction unit, 20...Heating furnace, 21...Rough rolling mill, 21a...Synchronous motor (motor), 22...Finishing rolling mill, 23...Water cooling device, 24...Cutting machine, 25...Winding machine, 50...Speed reference output unit, 51...Speed control unit, 52...Torque control unit, 53...Current control unit, 54...Inverter, 60...Calculated torque correction unit, 62...Torque command correction unit, 620...Variable coefficient unit
Claims (2)
前記モータの速度基準となる速度指令に基づいて、前記モータのトルク基準を出力することにより、前記インバータを介して前記モータの回転速度を制御する速度制御部と、
前記速度制御部が出力したトルク基準に基づいて、前記モータに対するトルク指令を出力することにより、前記インバータを介して前記モータのトルクを制御するトルク制御部と、
前記トルク制御部が出力したトルク指令に基づいて、前記インバータが前記モータに供給する電力の周波数を制御するように、前記インバータに対する電流指令を出力する電流制御部と、
前記トルク制御部が出力したトルク指令に対して第1のドルーピングゲインを掛ける補正を行うことにより、前記速度制御部に対する速度指令を補正するトルク指令補正部と、
前記速度制御部が出力したトルク基準に対して第2のドルーピングゲインを掛ける補正を行うことにより、前記速度制御部に対する速度指令を補正する演算トルク補正部と
を有することを特徴とするモータ制御装置。 A motor control device including an inverter that drives a motor and controls a rotation speed of the motor,
a speed control unit that controls a rotation speed of the motor via the inverter by outputting a torque reference of the motor based on a speed command that is a speed reference of the motor;
a torque control unit that controls the torque of the motor via the inverter by outputting a torque command for the motor based on the torque reference output by the speed control unit;
a current control unit that outputs a current command to the inverter so as to control a frequency of the electric power supplied from the inverter to the motor based on the torque command output by the torque control unit;
a torque command correction unit that corrects a speed command for the speed control unit by multiplying the torque command output by the torque control unit by a first drooping gain;
a calculation torque correction unit that corrects a speed command for the speed control unit by multiplying a torque reference output by the speed control unit by a second drooping gain;
A motor control device comprising:
前記モータの動作状況に応じて前記第1のドルーピングゲインを増減させるように、前記第1のドルーピングゲインに対して係数掛けを行う可変係数部を有すること
を特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。 The torque command correction unit is
2. The motor control device according to claim 1, further comprising a variable coefficient unit that multiplies the first drooping gain by a coefficient so as to increase or decrease the first drooping gain depending on an operating condition of the motor.
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