巻取り装置の速度制御方法及び速度制御装置
【課題】線速度一定制御を行う巻取り装置において、安定した線速度一定制御を実現し、制御精度の要求を満足させる。
【解決手段】巻取り装置の速度制御装置は、速度センサ１０の線速度検出値に対応する周波数検出値Ｆｂと与えられた線速度指令値に対応する周波数指令値Ｆｉｎとが実質的に同一となるようにＰＩＤ演算を行うＰＩＤ演算部５２と、電動機１１の回転速度が低速になる程、ＰＩＤ演算結果が小さくなるように出力周波数Ｆｏｕｔの大きさに依存してＰＩＤ演算結果を補正するＰＩＤ演算結果補正部５４（前回周波数入力部６０、減算部６１、周波数依存演算部６２、リミッタ部６３、及び加算部６４）とを有する。補正後のＰＩＤ演算結果は、出力周波数Ｆｏｕｔとして電動機１１に出力される。
【解決手段】巻取り装置の速度制御装置は、速度センサ１０の線速度検出値に対応する周波数検出値Ｆｂと与えられた線速度指令値に対応する周波数指令値Ｆｉｎとが実質的に同一となるようにＰＩＤ演算を行うＰＩＤ演算部５２と、電動機１１の回転速度が低速になる程、ＰＩＤ演算結果が小さくなるように出力周波数Ｆｏｕｔの大きさに依存してＰＩＤ演算結果を補正するＰＩＤ演算結果補正部５４（前回周波数入力部６０、減算部６１、周波数依存演算部６２、リミッタ部６３、及び加算部６４）とを有する。補正後のＰＩＤ演算結果は、出力周波数Ｆｏｕｔとして電動機１１に出力される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速紡績巻取り装置等の巻取り装置の速度制御方法及び速度制御装置に係り、特に巻取りボビンを駆動する電動機の電源装置としてインバータを使用し、電動機の回転速度をインバータの出力周波数により可変にして巻取り装置の線速度一定制御を行う巻取り装置の安定した線速度制御法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高速紡績巻取り装置等の線速度一定制御に用いられる従来の制御手法としては、与えられた線速度指令にフィードバック線速度が追従するように、電動機の電源装置であるインバータを用いて一般的なＰＩＤ（比例積分微分）制御を行うものが知られている。
【０００３】
図６は、従来の巻取り装置で用いられるインバータ（ＩＮＶ）の速度制御部の主要部構成を示す。図６の例では、インバータは、図示しない巻取り装置の巻取りボビンを回転駆動する電動機（Ｍ）１１の電源装置として用いられる。このインバータは、機能上、コントローラ４２からの線速度指令に対応する周波数指令ＦＲ［Ｈｚ］に所定の加減速勾配を与えて線速度指令値に対応する周波数指令値Ｆｉｎ［Ｈｚ］を出力する加減速部５０と、電動機１１の回転速度［ｒｐｍ］をＰＩＤ演算で求まる出力周波数Ｆｏｕｔ［Ｈｚ］により可変に制御する速度制御部とを有している。
【０００４】
速度制御部は、加減速部５０からの周波数指令値Ｆｉｎと、電動機１１の駆動軸に機械的に連結されたパルスジェネレータ（ＰＧ）から成る速度センサ１０により検出された線速度検出値に対応する周波数検出値Ｆｂ［Ｈｚ］との偏差ΔＦを演算する減算部５１と、減算部５１からの偏差ΔＦが常に０になるようにＰＩＤ演算し、そのＰＩＤ演算結果をインバータの出力周波数Ｆｏｕｔとして電動機１１に出力するＰＩＤ演算部５２とを備える。これにより、与えられた線速度指令にフィードバック線速度が追従するように電動機１１の回転速度を制御することにより、巻取り装置の線速度一定制御を行う。
【０００５】
これに関する先行技術として、線材又はシート材を一方の供給装置から他方の異形ボビンに巻き取る又は巻き戻す装置において、張力基準値と張力検出値の比較値をＰＩＤ演算し、そのＰＩＤ演算出力によるフィードバック制御とその出力が減少するように形状補正及び径補正されるフィードフォワード制御とによって速度変化が極小となるように補正することにより、異形ボビンであっても一定張力となるように速度を制御する巻取り・巻戻し装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平０８−１８８３０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した従来の高速紡績巻取り装置等の線速度一定制御に、一般的なＰＩＤ制御を用いる場合は、定常運転中でも、負荷の外乱等で線速度に振動が発生してしまう場合がある。
【０００７】
即ち、一般的なＰＩＤ制御でも巻取り装置の線速度一定制御は可能であるが、高速な線速度（３０００ｍ／分以上）になると、巻取り時の線速度が振動する場合がある。高速紡績巻取り装置では、線速度の安定性は、±０．１％以下を要求される場合が多く、通常のＰＩＤ制御では、ＰＩＤゲインの調整が非常に困難になってくる。例えば、応答性を向上させるために、ＰＩＤゲインを大きく設定すると、ＰＩＤ演算結果が大きく変化し、線速度がハンチングする傾向になり、また、ＰＩＤゲインを小さく設定すると、ハンチングは低下するものの、過渡的な負荷状態変化や、線速度検出値のノイズ等による変化時に、安定状態へ復帰するまでの時間が非常に遅くなってしまうという問題がある。
【０００８】
このような巻取り作業時の線速度の変化は、製品の品質に大きく反映されるため、高精度の安定した線速度制御が要求されている。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的としては、高速紡績巻取り装置等の線速度一定制御を行う巻取り装置において、安定した線速度一定制御を実現し、制御精度の要求を満足させることができる巻取り装置の速度制御方法及び速度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】
【００１０】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明に係る巻取り装置の速度制御方法は、線材を巻き取るボビンを駆動する電動機と、前記線材の線速度を検出する速度検出器とを備えた巻取り装置に用いられ、前記電動機の回転速度を前記速度検出器の検出値に基づいてフィードバック制御して前記線材の線速度一定制御を行う速度制御方法であって、前記速度検出器の検出値と与えられた線速度指令値とが実質的に同一となるようにＰＩＤ演算を行う演算ステップと、前記電動機の回転速度が低速になる程、前記ＰＩＤ演算結果が小さくなるように前記電動機に出力する出力周波数の大きさに依存して前記ＰＩＤ演算結果を補正し、補正後のＰＩＤ演算結果を前記電動機に出力する出力周波数に変換して所定周期で前記電動機に出力する補正ステップとを有することを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の発明では、前記補正ステップは、前記演算ステップによるＰＩＤ演算結果をＰＩＤ出力とし、前記出力周波数のうち今周期での出力周波数をＦｏｕｔ（ｎ）とし、前周期での出力周波数をＦｏｕｔ（ｎ−１）とし、前記線速度指令値に対応する周波数指令値をＦｉｎとしたときに、前記ＰＩＤ出力及び前記前周期での出力周波数Ｆｏｕｔ（ｎ−１）を用いて、ＰＩＤ演算値偏差＝ＰＩＤ出力−Ｆｏｕｔ（ｎ−１）の式でＰＩＤ演算値偏差を演算するステップと、前記ＰＩＤ演算値偏差、前記前周期での出力周波数Ｆｏｕｔ（ｎ−１）、及び前記周波数指令値Ｆｉｎを用いて、周波数依存演算値＝ＰＩＤ演算値偏差×（Ｆｏｕｔ（ｎ−１）／Ｆｉｎ）の式で周波数依存演算値を演算するステップと、前記周波数依存演算値をリミット周波数に基づいて制限するステップと、前記リミット処理された周波数依存演算値と前記前周期での出力周波数Ｆｏｕｔ（ｎ−１）とを加算するステップと、この加算された結果を前記今周期での出力周波数Ｆｏｕｔ（ｎ）として前記電動機に出力するステップとを有することを特徴とする。
【００１２】
また請求項３記載の発明に係る巻取り装置の速度制御装置は、線材を巻き取るボビンを駆動する電動機と、前記線材の線速度を検出する速度検出器とを備えた巻取り装置に用いられ、前記電動機の回転速度を前記速度検出器の検出値に基づいてフィードバック制御して前記線材の線速度一定制御を行う速度制御装置であって、前記速度検出器の検出値と与えられた線速度指令値とが実質的に同一となるようにＰＩＤ演算を行う演算手段と、前記電動機の回転速度が低速になる程、前記ＰＩＤ演算結果が小さくなるように前記電動機に出力する出力周波数の大きさに依存して前記ＰＩＤ演算結果を補正し、補正後のＰＩＤ演算結果を前記電動機に出力する出力周波数に変換して所定周期で前記電動機に出力する補正手段とを有することを特徴とする。
【００１３】
請求項４記載の発明では、前記補正手段は、前記演算手段によるＰＩＤ演算結果をＰＩＤ出力とし、前記出力周波数のうち今周期での出力周波数をＦｏｕｔ（ｎ）とし、前周期での出力周波数をＦｏｕｔ（ｎ−１）とし、前記線速度指令値に対応する周波数指令値をＦｉｎとしたときに、前記ＰＩＤ出力及び前記前周期での出力周波数Ｆｏｕｔ（ｎ−１）を用いて、ＰＩＤ演算値偏差＝ＰＩＤ出力−Ｆｏｕｔ（ｎ−１）の式でＰＩＤ演算値偏差を演算する減算部と、前記ＰＩＤ演算値偏差、前記前周期での出力周波数Ｆｏｕｔ（ｎ−１）、及び前記周波数指令値Ｆｉｎを用いて、周波数依存演算値＝ＰＩＤ演算値偏差×（Ｆｏｕｔ（ｎ−１）／Ｆｉｎ）の式で周波数依存演算値を演算する演算部と、前記周波数依存演算値をリミット周波数に基づいて制限するリミッタ部と、前記リミット処理された周波数依存演算値と前記前周期での出力周波数Ｆｏｕｔ（ｎ−１）とを加算する加算部とを有し、この加算された結果を前記今周期での出力周波数Ｆｏｕｔ（ｎ）として前記電動機に出力することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１、２、３、及び４記載の発明によれば、ＰＩＤ演算結果を電動機に出力する出力周波数の大きさにより補正制御することで、ＰＩＤ演算結果の急峻な変化を抑制して、制御精度の要求を満足させることができ、これにより安定した巻取り装置の線速度一定制御が可能となる。
【００１５】
請求項２及び４記載の発明によれば、上記効果に加え、リミット処理により最大変化を制限することで、線速度安定性をより向上させ、巻取り状態をより一層安定化させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る巻取り装置の速度制御方法及び速度制御装置を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は、本発明の実施の形態に係る高速紡績巻取り装置（以下、単に「巻取り装置」とする）の全体構成図を示す。
【００１８】
図１に示す本実施形態の巻取り装置１は、例えば複数の円筒状ボビンＢ１〜Ｂｎ（図中の例ではｎ＝５）にそれぞれ巻き取られた線状部材である源糸（「糸条」）Ｓ１〜Ｓｎを高速に巻き取るもので、円筒状の巻取りボビン２が所定位置（「巻取り位置」）に配置される。巻取りボビン２は、各円筒状ボビンＢ１〜Ｂ５からの糸条Ｓ１〜Ｓ５を同時に巻き取る。
【００１９】
巻取りボビン２には、誘導ボビン３が接離自在に支持される。誘導ボビン３は、巻取りボビン２による糸条Ｓ１〜Ｓ５の巻取り時に、巻取りボビン２に対し所定の接圧で当接して一体に回転しながら糸条Ｓ１〜Ｓ５を誘導する。
【００２０】
巻取りボビン２の交換用として、交換ボビン４が所定位置（「待機位置」）に配設される。交換ボビン４は、巻取りボビン２と同数のボビンから成る。
【００２１】
巻取りボビン２および交換ボビン４は、支持機構５により着脱および回動自在に支持される。支持機構５は、巻取りボビン２を待機位置に、交換ボビン４を巻取り位置にそれぞれ移動するよう駆動する。
【００２２】
巻取りボビン２の回転軸には、電動機（Ｍ）１１の駆動軸が連結される。電動機１１は、巻取りボビン２を所定の回転速度で回転駆動させる。同様に、交換ボビン４の回転軸にも、電動機（Ｍ）１２の駆動軸が連結される。電動機１２は、交換ボビン４を所定の回転速度で回転駆動させる。
【００２３】
巻取りボビン２の巻取り位置近傍には、満巻センサ３５が設置される。満巻センサ３５は、巻取り位置で回転する巻取りボビン２あるいは交換ボビン４の満巻き時を含む巻取り状態として、例えば満巻状態に対する所定比率（例えば７０％）に到達した状態、および満巻き状態に到達した状態（満巻き時）を検出し、それぞれ満巻前パルスおよび満巻パルスとして出力する。
【００２４】
誘導ボビン３の回転軸には、パルスジェネレータ（Pulse Generator:「ＰＧ」）からなる速度センサ１０が直接又は間接的に取り付けられる。速度センサ１０は、誘導ボビン３の回転速度をパルス出力として検出する。
【００２５】
速度センサ１０および電動機１１には、電動機１１を駆動する電源装置であり且つその電動機１１の回転速度を可変制御する速度制御装置を搭載したインバータ（ＩＮＶ）２１が電気的に接続される。インバータ２１は、電動機１１へ供給する出力電圧および出力周波数を可変制御して電動機１１の回転速度を制御する。
【００２６】
同様に、速度センサ１０および電動機１２にも、電動機１２を駆動する電源装置であり且つその電動機１２の回転速度を可変制御する速度制御装置を搭載したインバータ（ＩＮＶ）２２が電気的に接続される。インバータ２２は、電動機１２へ供給する出力電圧および出力周波数を可変制御して電動機１２の回転速度を制御する。
【００２７】
両インバータ２１、２２は、ハードウェア構成として、図示しないダイオード等の整流素子、コンデンサ等の平滑化素子、トランジスタ等の複数のスイッチング素子およびメモリ内蔵型のマイクロプロセッサ等を備える。
【００２８】
インバータ２１には、抵抗Ｒ３１が電気的に接続される。抵抗Ｒ３１は、巻取りボビン２の満巻時の慣性エネルギーに基づく電動機１１の回生エネルギー（電動機１１の発電機動作による電気的エネルギー）を熱エネルギーとして消費する。
【００２９】
同様に、インバータ２２にも、抵抗Ｒ３２が電気的に接続されている。抵抗Ｒ３２は、交換ボビン４の満巻時の慣性エネルギーに基づく電動機１２の回生エネルギーを熱エネルギーとして消費する。
【００３０】
インバータ２１、インバータ２２および満巻センサ３５には、コントローラ４２が電気的に接続される。コントローラ４２は、満巻センサ３５から出力された満巻前パルスおよび満巻パルスに応じてインバータ２１およびインバータ２２に対し周波数指令を含む駆動制御信号を出力する。
【００３１】
図１に示す巻取り装置１には、２台の巻取りボビンが装備され、片方のボビンが巻取り終了後、もう片方のボビンへの自動切り替えを行う方式である。この方式では、インバータを用いて、その出力周波数をＰＩＤ制御する。インバータは、周波数と電圧を出力し、電動機を駆動する電源装置であるため、ＰＩＤ制御は、周波数を入力要素として制御する。
【００３２】
図２は、インバータ２１の速度制御装置内のＰＩＤ制御構成を示す。図２は、図６のインバータにパルス／周波数変換部５３及びＰＩＤ演算結果補正部５４を加えたものである。なお、インバータ２２も、これと同様のため、その説明は省略する。
【００３３】
誘導ボビン３は、巻取りボビン２の糸条Ｓ１〜Ｓ５巻取り時に、巻取りボビン２の回転に応じて回転して糸条Ｓ１〜Ｓ５を誘導する機能を有し、それ自身で糸条Ｓ１〜Ｓ５を巻き取る動作を行わないため、糸条巻取りによる膨張（巻き太り）に起因した線速度上昇が発生しない。そこで、本実施例では、誘導ボビン３の回転速度を速度センサ１０により検出し、その回転速度を一定に保つように巻取りボビン２の回転速度をインバータ２１により制御し、これにより巻取りボビン２に巻き取られる糸条の線速度を一定に維持する。
【００３４】
こういった速度センサ１０を介した電動機１１のフィードバック制御を行うため、インバータ２１は、図２に示すように電動機１１の回転速度（巻取りボビン２の回転速度）を制御する速度制御部を有する。
【００３５】
速度制御部は、コントローラ４２からの線速度指令に対応する周波数指令ＦＲ［Ｈｚ］を入力する加減速部５０と、パルス／周波数変換部５３からの線速度検出値に対応する周波数検出値Ｆｂ［Ｈｚ］と加減速部５０からの線速度指令値に対応する周波数指令値Ｆｉｎ［Ｈｚ］とを入力する減算部５１と、減算部５１の出力側に接続されるＰＩＤ演算部５２とを有する。
【００３６】
加減速部５０は、コントローラ４２から供給された周波数指令ＦＲ［Ｈｚ］の加減速時定数を設定する。加速時定数とは、停止状態の電動機１１がＶ（電圧）／Ｆ（周波数）一定制御に基づき設定された最大周波数（例えば３００［Ｈｚ］）に到達するまでの時間を意味し、減速時定数とは、電動機１１が最大周波数３００［Ｈｚ］の運転状態から０［Ｈｚ］の運転停止状態になるまでの時間を意味する。
【００３７】
減算部５１は、加減速部５０により加減速時定数が設定された周波数指令値Ｆｉｎから、周波数検出値Ｆｂを減算してその偏差ΔＦを求める。
【００３８】
ＰＩＤ演算部５２は、偏差ΔＦが常に０になるようにＰＩＤ演算するもので、比例演算部、積分演算部、微分演算部、及び加算部を有する。
【００３９】
比例演算部は、偏差ΔＦに所定の比例ゲインＰを掛け、比例演算値Ｐ＊ΔＦを求める。積分演算部は、偏差ΔＦに所定の積分ゲインＩを掛け、演算値Ｉ＊ΔＦを時間的に積算し、積分演算値を求める。微分演算部は、偏差ΔＦに所定の微分ゲインＤを掛け、演算値Ｄ＊ΔＦを時間的に微分し、微分演算値を求める。加算部は、比例演算値、積分演算値、微分演算値を加算し、加算値（ＰＩＤ演算結果）をＰＩＤ演算結果補正部５４に出力する。
【００４０】
パルス／周波数変換部５３は、図３に示すように、速度センサ１０により検出されたパルス出力［ｒａｄ／ｓ］を回転数［ｒｐｍ］に変換後にゲイン調整（×Ｇ）を行い、ゲイン調整された回転数を周波数［Ｈｚ］に換算して変換し、周波数検出値Ｆｂ（例えば、Ｆｂ＝３００［Ｈｚ］）として減算部５１に出力する。
【００４１】
本実施形態では、図６に示すインバータのＰＩＤ制御構成に加え、ＰＩＤ演算結果の出力に対し、２種の制御、即ち（１）ＰＩＤ演算結果の出力を出力周波数により補正する演算を行い、（２）その演算結果にリミッタを加味する構成を追加している。
【００４２】
一般に高速巻取り装置の電動機回転速度は、巻き始めは高速であるが、巻取り時間が経過する毎に徐々に低速となる。したがって、インバータの出力周波数も徐々に低周波数に制御される。即ち、インバータの出力周波数が小さくなる程、ＰＩＤ演算結果がインバータの出力周波数の変化に大きく反映されることになる。そこで、本実施形態では、インバータ２１内に、出力周波数が小さくなる程、ＰＩＤ演算結果も小さくなるように補正制御するためのＰＩＤ演算結果補正部（補正手段）５４を備える。
【００４３】
ＰＩＤ演算結果補正部５４は、前周期での出力周波数Ｆｏｕｔ（ｎ−１）（前回、インバータ２１が電動機１１に出力した出力周波数）を入力する前回周波数入力部６０と、ＰＩＤ演算部５２から出力される今周期でのＰＩＤ演算結果から、前回周波数入力部６０から出力される前周期での出力周波数Ｆｏｕｔ（ｎ−１）を減算しその偏差を求める減算部６１と、減算部６１の出力側に順次接続される周波数依存演算部６２、リミッタ部６３、及び加算部６４とを有する。
【００４４】
ここで、ＰＩＤ演算結果補正部５４による演算例を説明する。
【００４５】
一般に、ＰＩＤ制御は、一定周期で繰り返し演算されており、前周期での出力周波数をＦｏｕｔ（ｎ−１）とし、今周期での出力周波数をＦｏｕｔ（ｎ）とし、周波数指令値をＦｉｎとする。
【００４６】
ＰＩＤ演算部５２から出力されるＰＩＤ演算結果（ＰＩＤ出力）は、従来例では出力周波数であるが、本実施例ではその出力周波数を電動機１１にそのまま出力しないで、減算部６１により、次式により、ＰＩＤ出力と前周期での出力周波数Ｆｏｕｔ（ｎ−１）との偏差を演算する。
【００４７】
ＰＩＤ演算値偏差＝ＰＩＤ出力−Ｆｏｕｔ（ｎ−１） …（式１）
この場合、上記式１の演算結果であるＰＩＤ演算値偏差が大きい場合は、ＰＩＤ出力が急峻に変化し、線速度もハンチングしてしまう。
【００４８】
そこで、周波数依存演算部６２により、次式のように、上記式１の結果に出力周波数の大きさに依存させた演算を行う。
【００４９】
周波数依存演算値＝ＰＩＤ演算値偏差×（Ｆｏｕｔ（ｎ−１）／Ｆｉｎ） …（式２）
上記式２の演算は、周波数指令値Ｆｉｎと前周期での出力周波数Ｆｏｕｔ（ｎ−１）の大きさの比で、ＰＩＤ演算値偏差を低減させることに等しい。
【００５０】
上記式２の演算後、ＰＩＤ出力の急峻な変化をさらに抑制するため、演算された周波数依存演算値を、リミッタ部６３により、所定の設定分解能で予め設定された分解能のリミット周波数に従いその周波数の正負でリミット処理を施す。このとき、リミット周波数は、例えば使用者により周波数の単位で任意に設定可能となっている。また、リミット精度を向上させるため、設定分解能は例えば０．０１Ｈｚが望ましい。
【００５１】
上記のようにリミット処理が施された周波数依存演算値を、加算部６４にて、最終的に前周期での出力周波数Ｆｏｕｔ（ｎ−１）と加算し、加算結果を今周期での今回の出力周波数Ｆｏｕｔ（ｎ）として、電動機１１に出力する。
【００５２】
図４は、本実施例の実験結果による巻取り装置のモータ回転速度−巻取り時間特性、図５は、従来例の実験結果による巻取り装置のモータ回転速度−巻取り時間特性をそれぞれグラフに示したものである。この実験は、巻取り装置の線速度を３２００ｍ／分とし、インバータ２１の出力周波数Ｆｏｕｔを６０分で１２０［Ｈｚ］から３０［Ｈｚ］に可変制御したときの巻取り装置のモータ回転速度−巻取り時間特性を調べたものである。両実験結果によれば、従来例では、巻取り装置のモータ回転速度が大きいときに回転リップルが発生したが、本実施例ではそのような回転リップルの発生が大幅に抑制されていることが確認された。これにより、本実施例では、ＰＩＤ演算結果を出力周波数の大きさにより補正制御し、さらにリミット処理により最大変化を制限することができ、その結果、ＰＩＤ出力（ＰＩＤ演算結果）の急峻な変化を抑制し、安定した高速紡績巻取り装置の線速度一定制御が可能となることが分かった。
【００５３】
従って、本実施形態によれば、線速度一定制御には、線速度を検出する速度センサ等を用い、この線速度検出情報を、電動機を駆動するための電源装置であるインバータに与え、インバータ内部でその線速度検出値と線速度指令値がほぼ同じになるように、ＰＩＤ線速度一定制御を行う構成において、電動機の回転速度が高い場合のＰＩＤ演算結果と低い場合の演算結果に変化を与え、低速になるほど、ＰＩＤ演算結果を小さく補正しているため、高速巻取り状態を安定化させることができる。また、ＰＩＤ演算結果を過剰に出力させないようにリミッタ機構により制限を持たせているため、高速巻取り状態をより一層安定化させることができる。このようにして、本実施形態では、調整が容易で、なおかつ追加周辺機器等を必要としない安価なシステム構成で、高速紡績装置の高精度線速度一定制御を実現することが可能となる。
【００５４】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明に属する範囲内において、上記実施形態を様々に変形して実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施の形態に係る巻取り装置の全体構成を示す概略ブロック図である。
【図２】図１に示すインバータの速度制御装置内のＰＩＤ制御構成を示す概略ブロック図である。
【図３】図２に示すパルス／周波数変換部を示す概略ブロック図である。
【図４】図２に示すＰＩＤ制御構成を用いた場合（実施例）の実験結果による巻取り装置のモータ回転速度−巻取り時間特性を示すグラフである。
【図５】図６に示すＰＩＤ制御構成を用いた場合（従来例）の実験結果による巻取り装置のモータ回転速度−巻取り時間特性を示すグラフである。
【図６】従来例のＰＩＤ制御構成を示す概略ブロック図である。
【符号の説明】
【００５６】
１…巻取り装置
２…巻取りボビン
３…誘導ボビン
４…交換ボビン
５…支持機構
１０…速度センサ（ＰＧ）
２１、２２…インバータ（ＩＮＶ）
３５…満巻センサ
４２…コントローラ
５０…加減速部
５１…減算部
５２…ＰＩＤ演算部
５３…パルス／周波数変換部
５４…ＰＩＤ演算結果補正部
６０…前回周波数入力部
６１…減算部
６２…周波数依存演算部
６３…リミッタ部
６４…加算部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速紡績巻取り装置等の巻取り装置の速度制御方法及び速度制御装置に係り、特に巻取りボビンを駆動する電動機の電源装置としてインバータを使用し、電動機の回転速度をインバータの出力周波数により可変にして巻取り装置の線速度一定制御を行う巻取り装置の安定した線速度制御法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高速紡績巻取り装置等の線速度一定制御に用いられる従来の制御手法としては、与えられた線速度指令にフィードバック線速度が追従するように、電動機の電源装置であるインバータを用いて一般的なＰＩＤ（比例積分微分）制御を行うものが知られている。
【０００３】
図６は、従来の巻取り装置で用いられるインバータ（ＩＮＶ）の速度制御部の主要部構成を示す。図６の例では、インバータは、図示しない巻取り装置の巻取りボビンを回転駆動する電動機（Ｍ）１１の電源装置として用いられる。このインバータは、機能上、コントローラ４２からの線速度指令に対応する周波数指令ＦＲ［Ｈｚ］に所定の加減速勾配を与えて線速度指令値に対応する周波数指令値Ｆｉｎ［Ｈｚ］を出力する加減速部５０と、電動機１１の回転速度［ｒｐｍ］をＰＩＤ演算で求まる出力周波数Ｆｏｕｔ［Ｈｚ］により可変に制御する速度制御部とを有している。
【０００４】
速度制御部は、加減速部５０からの周波数指令値Ｆｉｎと、電動機１１の駆動軸に機械的に連結されたパルスジェネレータ（ＰＧ）から成る速度センサ１０により検出された線速度検出値に対応する周波数検出値Ｆｂ［Ｈｚ］との偏差ΔＦを演算する減算部５１と、減算部５１からの偏差ΔＦが常に０になるようにＰＩＤ演算し、そのＰＩＤ演算結果をインバータの出力周波数Ｆｏｕｔとして電動機１１に出力するＰＩＤ演算部５２とを備える。これにより、与えられた線速度指令にフィードバック線速度が追従するように電動機１１の回転速度を制御することにより、巻取り装置の線速度一定制御を行う。
【０００５】
これに関する先行技術として、線材又はシート材を一方の供給装置から他方の異形ボビンに巻き取る又は巻き戻す装置において、張力基準値と張力検出値の比較値をＰＩＤ演算し、そのＰＩＤ演算出力によるフィードバック制御とその出力が減少するように形状補正及び径補正されるフィードフォワード制御とによって速度変化が極小となるように補正することにより、異形ボビンであっても一定張力となるように速度を制御する巻取り・巻戻し装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平０８−１８８３０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した従来の高速紡績巻取り装置等の線速度一定制御に、一般的なＰＩＤ制御を用いる場合は、定常運転中でも、負荷の外乱等で線速度に振動が発生してしまう場合がある。
【０００７】
即ち、一般的なＰＩＤ制御でも巻取り装置の線速度一定制御は可能であるが、高速な線速度（３０００ｍ／分以上）になると、巻取り時の線速度が振動する場合がある。高速紡績巻取り装置では、線速度の安定性は、±０．１％以下を要求される場合が多く、通常のＰＩＤ制御では、ＰＩＤゲインの調整が非常に困難になってくる。例えば、応答性を向上させるために、ＰＩＤゲインを大きく設定すると、ＰＩＤ演算結果が大きく変化し、線速度がハンチングする傾向になり、また、ＰＩＤゲインを小さく設定すると、ハンチングは低下するものの、過渡的な負荷状態変化や、線速度検出値のノイズ等による変化時に、安定状態へ復帰するまでの時間が非常に遅くなってしまうという問題がある。
【０００８】
このような巻取り作業時の線速度の変化は、製品の品質に大きく反映されるため、高精度の安定した線速度制御が要求されている。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的としては、高速紡績巻取り装置等の線速度一定制御を行う巻取り装置において、安定した線速度一定制御を実現し、制御精度の要求を満足させることができる巻取り装置の速度制御方法及び速度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】
【００１０】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明に係る巻取り装置の速度制御方法は、線材を巻き取るボビンを駆動する電動機と、前記線材の線速度を検出する速度検出器とを備えた巻取り装置に用いられ、前記電動機の回転速度を前記速度検出器の検出値に基づいてフィードバック制御して前記線材の線速度一定制御を行う速度制御方法であって、前記速度検出器の検出値と与えられた線速度指令値とが実質的に同一となるようにＰＩＤ演算を行う演算ステップと、前記電動機の回転速度が低速になる程、前記ＰＩＤ演算結果が小さくなるように前記電動機に出力する出力周波数の大きさに依存して前記ＰＩＤ演算結果を補正し、補正後のＰＩＤ演算結果を前記電動機に出力する出力周波数に変換して所定周期で前記電動機に出力する補正ステップとを有することを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の発明では、前記補正ステップは、前記演算ステップによるＰＩＤ演算結果をＰＩＤ出力とし、前記出力周波数のうち今周期での出力周波数をＦｏｕｔ（ｎ）とし、前周期での出力周波数をＦｏｕｔ（ｎ−１）とし、前記線速度指令値に対応する周波数指令値をＦｉｎとしたときに、前記ＰＩＤ出力及び前記前周期での出力周波数Ｆｏｕｔ（ｎ−１）を用いて、ＰＩＤ演算値偏差＝ＰＩＤ出力−Ｆｏｕｔ（ｎ−１）の式でＰＩＤ演算値偏差を演算するステップと、前記ＰＩＤ演算値偏差、前記前周期での出力周波数Ｆｏｕｔ（ｎ−１）、及び前記周波数指令値Ｆｉｎを用いて、周波数依存演算値＝ＰＩＤ演算値偏差×（Ｆｏｕｔ（ｎ−１）／Ｆｉｎ）の式で周波数依存演算値を演算するステップと、前記周波数依存演算値をリミット周波数に基づいて制限するステップと、前記リミット処理された周波数依存演算値と前記前周期での出力周波数Ｆｏｕｔ（ｎ−１）とを加算するステップと、この加算された結果を前記今周期での出力周波数Ｆｏｕｔ（ｎ）として前記電動機に出力するステップとを有することを特徴とする。
【００１２】
また請求項３記載の発明に係る巻取り装置の速度制御装置は、線材を巻き取るボビンを駆動する電動機と、前記線材の線速度を検出する速度検出器とを備えた巻取り装置に用いられ、前記電動機の回転速度を前記速度検出器の検出値に基づいてフィードバック制御して前記線材の線速度一定制御を行う速度制御装置であって、前記速度検出器の検出値と与えられた線速度指令値とが実質的に同一となるようにＰＩＤ演算を行う演算手段と、前記電動機の回転速度が低速になる程、前記ＰＩＤ演算結果が小さくなるように前記電動機に出力する出力周波数の大きさに依存して前記ＰＩＤ演算結果を補正し、補正後のＰＩＤ演算結果を前記電動機に出力する出力周波数に変換して所定周期で前記電動機に出力する補正手段とを有することを特徴とする。
【００１３】
請求項４記載の発明では、前記補正手段は、前記演算手段によるＰＩＤ演算結果をＰＩＤ出力とし、前記出力周波数のうち今周期での出力周波数をＦｏｕｔ（ｎ）とし、前周期での出力周波数をＦｏｕｔ（ｎ−１）とし、前記線速度指令値に対応する周波数指令値をＦｉｎとしたときに、前記ＰＩＤ出力及び前記前周期での出力周波数Ｆｏｕｔ（ｎ−１）を用いて、ＰＩＤ演算値偏差＝ＰＩＤ出力−Ｆｏｕｔ（ｎ−１）の式でＰＩＤ演算値偏差を演算する減算部と、前記ＰＩＤ演算値偏差、前記前周期での出力周波数Ｆｏｕｔ（ｎ−１）、及び前記周波数指令値Ｆｉｎを用いて、周波数依存演算値＝ＰＩＤ演算値偏差×（Ｆｏｕｔ（ｎ−１）／Ｆｉｎ）の式で周波数依存演算値を演算する演算部と、前記周波数依存演算値をリミット周波数に基づいて制限するリミッタ部と、前記リミット処理された周波数依存演算値と前記前周期での出力周波数Ｆｏｕｔ（ｎ−１）とを加算する加算部とを有し、この加算された結果を前記今周期での出力周波数Ｆｏｕｔ（ｎ）として前記電動機に出力することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１、２、３、及び４記載の発明によれば、ＰＩＤ演算結果を電動機に出力する出力周波数の大きさにより補正制御することで、ＰＩＤ演算結果の急峻な変化を抑制して、制御精度の要求を満足させることができ、これにより安定した巻取り装置の線速度一定制御が可能となる。
【００１５】
請求項２及び４記載の発明によれば、上記効果に加え、リミット処理により最大変化を制限することで、線速度安定性をより向上させ、巻取り状態をより一層安定化させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る巻取り装置の速度制御方法及び速度制御装置を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は、本発明の実施の形態に係る高速紡績巻取り装置（以下、単に「巻取り装置」とする）の全体構成図を示す。
【００１８】
図１に示す本実施形態の巻取り装置１は、例えば複数の円筒状ボビンＢ１〜Ｂｎ（図中の例ではｎ＝５）にそれぞれ巻き取られた線状部材である源糸（「糸条」）Ｓ１〜Ｓｎを高速に巻き取るもので、円筒状の巻取りボビン２が所定位置（「巻取り位置」）に配置される。巻取りボビン２は、各円筒状ボビンＢ１〜Ｂ５からの糸条Ｓ１〜Ｓ５を同時に巻き取る。
【００１９】
巻取りボビン２には、誘導ボビン３が接離自在に支持される。誘導ボビン３は、巻取りボビン２による糸条Ｓ１〜Ｓ５の巻取り時に、巻取りボビン２に対し所定の接圧で当接して一体に回転しながら糸条Ｓ１〜Ｓ５を誘導する。
【００２０】
巻取りボビン２の交換用として、交換ボビン４が所定位置（「待機位置」）に配設される。交換ボビン４は、巻取りボビン２と同数のボビンから成る。
【００２１】
巻取りボビン２および交換ボビン４は、支持機構５により着脱および回動自在に支持される。支持機構５は、巻取りボビン２を待機位置に、交換ボビン４を巻取り位置にそれぞれ移動するよう駆動する。
【００２２】
巻取りボビン２の回転軸には、電動機（Ｍ）１１の駆動軸が連結される。電動機１１は、巻取りボビン２を所定の回転速度で回転駆動させる。同様に、交換ボビン４の回転軸にも、電動機（Ｍ）１２の駆動軸が連結される。電動機１２は、交換ボビン４を所定の回転速度で回転駆動させる。
【００２３】
巻取りボビン２の巻取り位置近傍には、満巻センサ３５が設置される。満巻センサ３５は、巻取り位置で回転する巻取りボビン２あるいは交換ボビン４の満巻き時を含む巻取り状態として、例えば満巻状態に対する所定比率（例えば７０％）に到達した状態、および満巻き状態に到達した状態（満巻き時）を検出し、それぞれ満巻前パルスおよび満巻パルスとして出力する。
【００２４】
誘導ボビン３の回転軸には、パルスジェネレータ（Pulse Generator:「ＰＧ」）からなる速度センサ１０が直接又は間接的に取り付けられる。速度センサ１０は、誘導ボビン３の回転速度をパルス出力として検出する。
【００２５】
速度センサ１０および電動機１１には、電動機１１を駆動する電源装置であり且つその電動機１１の回転速度を可変制御する速度制御装置を搭載したインバータ（ＩＮＶ）２１が電気的に接続される。インバータ２１は、電動機１１へ供給する出力電圧および出力周波数を可変制御して電動機１１の回転速度を制御する。
【００２６】
同様に、速度センサ１０および電動機１２にも、電動機１２を駆動する電源装置であり且つその電動機１２の回転速度を可変制御する速度制御装置を搭載したインバータ（ＩＮＶ）２２が電気的に接続される。インバータ２２は、電動機１２へ供給する出力電圧および出力周波数を可変制御して電動機１２の回転速度を制御する。
【００２７】
両インバータ２１、２２は、ハードウェア構成として、図示しないダイオード等の整流素子、コンデンサ等の平滑化素子、トランジスタ等の複数のスイッチング素子およびメモリ内蔵型のマイクロプロセッサ等を備える。
【００２８】
インバータ２１には、抵抗Ｒ３１が電気的に接続される。抵抗Ｒ３１は、巻取りボビン２の満巻時の慣性エネルギーに基づく電動機１１の回生エネルギー（電動機１１の発電機動作による電気的エネルギー）を熱エネルギーとして消費する。
【００２９】
同様に、インバータ２２にも、抵抗Ｒ３２が電気的に接続されている。抵抗Ｒ３２は、交換ボビン４の満巻時の慣性エネルギーに基づく電動機１２の回生エネルギーを熱エネルギーとして消費する。
【００３０】
インバータ２１、インバータ２２および満巻センサ３５には、コントローラ４２が電気的に接続される。コントローラ４２は、満巻センサ３５から出力された満巻前パルスおよび満巻パルスに応じてインバータ２１およびインバータ２２に対し周波数指令を含む駆動制御信号を出力する。
【００３１】
図１に示す巻取り装置１には、２台の巻取りボビンが装備され、片方のボビンが巻取り終了後、もう片方のボビンへの自動切り替えを行う方式である。この方式では、インバータを用いて、その出力周波数をＰＩＤ制御する。インバータは、周波数と電圧を出力し、電動機を駆動する電源装置であるため、ＰＩＤ制御は、周波数を入力要素として制御する。
【００３２】
図２は、インバータ２１の速度制御装置内のＰＩＤ制御構成を示す。図２は、図６のインバータにパルス／周波数変換部５３及びＰＩＤ演算結果補正部５４を加えたものである。なお、インバータ２２も、これと同様のため、その説明は省略する。
【００３３】
誘導ボビン３は、巻取りボビン２の糸条Ｓ１〜Ｓ５巻取り時に、巻取りボビン２の回転に応じて回転して糸条Ｓ１〜Ｓ５を誘導する機能を有し、それ自身で糸条Ｓ１〜Ｓ５を巻き取る動作を行わないため、糸条巻取りによる膨張（巻き太り）に起因した線速度上昇が発生しない。そこで、本実施例では、誘導ボビン３の回転速度を速度センサ１０により検出し、その回転速度を一定に保つように巻取りボビン２の回転速度をインバータ２１により制御し、これにより巻取りボビン２に巻き取られる糸条の線速度を一定に維持する。
【００３４】
こういった速度センサ１０を介した電動機１１のフィードバック制御を行うため、インバータ２１は、図２に示すように電動機１１の回転速度（巻取りボビン２の回転速度）を制御する速度制御部を有する。
【００３５】
速度制御部は、コントローラ４２からの線速度指令に対応する周波数指令ＦＲ［Ｈｚ］を入力する加減速部５０と、パルス／周波数変換部５３からの線速度検出値に対応する周波数検出値Ｆｂ［Ｈｚ］と加減速部５０からの線速度指令値に対応する周波数指令値Ｆｉｎ［Ｈｚ］とを入力する減算部５１と、減算部５１の出力側に接続されるＰＩＤ演算部５２とを有する。
【００３６】
加減速部５０は、コントローラ４２から供給された周波数指令ＦＲ［Ｈｚ］の加減速時定数を設定する。加速時定数とは、停止状態の電動機１１がＶ（電圧）／Ｆ（周波数）一定制御に基づき設定された最大周波数（例えば３００［Ｈｚ］）に到達するまでの時間を意味し、減速時定数とは、電動機１１が最大周波数３００［Ｈｚ］の運転状態から０［Ｈｚ］の運転停止状態になるまでの時間を意味する。
【００３７】
減算部５１は、加減速部５０により加減速時定数が設定された周波数指令値Ｆｉｎから、周波数検出値Ｆｂを減算してその偏差ΔＦを求める。
【００３８】
ＰＩＤ演算部５２は、偏差ΔＦが常に０になるようにＰＩＤ演算するもので、比例演算部、積分演算部、微分演算部、及び加算部を有する。
【００３９】
比例演算部は、偏差ΔＦに所定の比例ゲインＰを掛け、比例演算値Ｐ＊ΔＦを求める。積分演算部は、偏差ΔＦに所定の積分ゲインＩを掛け、演算値Ｉ＊ΔＦを時間的に積算し、積分演算値を求める。微分演算部は、偏差ΔＦに所定の微分ゲインＤを掛け、演算値Ｄ＊ΔＦを時間的に微分し、微分演算値を求める。加算部は、比例演算値、積分演算値、微分演算値を加算し、加算値（ＰＩＤ演算結果）をＰＩＤ演算結果補正部５４に出力する。
【００４０】
パルス／周波数変換部５３は、図３に示すように、速度センサ１０により検出されたパルス出力［ｒａｄ／ｓ］を回転数［ｒｐｍ］に変換後にゲイン調整（×Ｇ）を行い、ゲイン調整された回転数を周波数［Ｈｚ］に換算して変換し、周波数検出値Ｆｂ（例えば、Ｆｂ＝３００［Ｈｚ］）として減算部５１に出力する。
【００４１】
本実施形態では、図６に示すインバータのＰＩＤ制御構成に加え、ＰＩＤ演算結果の出力に対し、２種の制御、即ち（１）ＰＩＤ演算結果の出力を出力周波数により補正する演算を行い、（２）その演算結果にリミッタを加味する構成を追加している。
【００４２】
一般に高速巻取り装置の電動機回転速度は、巻き始めは高速であるが、巻取り時間が経過する毎に徐々に低速となる。したがって、インバータの出力周波数も徐々に低周波数に制御される。即ち、インバータの出力周波数が小さくなる程、ＰＩＤ演算結果がインバータの出力周波数の変化に大きく反映されることになる。そこで、本実施形態では、インバータ２１内に、出力周波数が小さくなる程、ＰＩＤ演算結果も小さくなるように補正制御するためのＰＩＤ演算結果補正部（補正手段）５４を備える。
【００４３】
ＰＩＤ演算結果補正部５４は、前周期での出力周波数Ｆｏｕｔ（ｎ−１）（前回、インバータ２１が電動機１１に出力した出力周波数）を入力する前回周波数入力部６０と、ＰＩＤ演算部５２から出力される今周期でのＰＩＤ演算結果から、前回周波数入力部６０から出力される前周期での出力周波数Ｆｏｕｔ（ｎ−１）を減算しその偏差を求める減算部６１と、減算部６１の出力側に順次接続される周波数依存演算部６２、リミッタ部６３、及び加算部６４とを有する。
【００４４】
ここで、ＰＩＤ演算結果補正部５４による演算例を説明する。
【００４５】
一般に、ＰＩＤ制御は、一定周期で繰り返し演算されており、前周期での出力周波数をＦｏｕｔ（ｎ−１）とし、今周期での出力周波数をＦｏｕｔ（ｎ）とし、周波数指令値をＦｉｎとする。
【００４６】
ＰＩＤ演算部５２から出力されるＰＩＤ演算結果（ＰＩＤ出力）は、従来例では出力周波数であるが、本実施例ではその出力周波数を電動機１１にそのまま出力しないで、減算部６１により、次式により、ＰＩＤ出力と前周期での出力周波数Ｆｏｕｔ（ｎ−１）との偏差を演算する。
【００４７】
ＰＩＤ演算値偏差＝ＰＩＤ出力−Ｆｏｕｔ（ｎ−１） …（式１）
この場合、上記式１の演算結果であるＰＩＤ演算値偏差が大きい場合は、ＰＩＤ出力が急峻に変化し、線速度もハンチングしてしまう。
【００４８】
そこで、周波数依存演算部６２により、次式のように、上記式１の結果に出力周波数の大きさに依存させた演算を行う。
【００４９】
周波数依存演算値＝ＰＩＤ演算値偏差×（Ｆｏｕｔ（ｎ−１）／Ｆｉｎ） …（式２）
上記式２の演算は、周波数指令値Ｆｉｎと前周期での出力周波数Ｆｏｕｔ（ｎ−１）の大きさの比で、ＰＩＤ演算値偏差を低減させることに等しい。
【００５０】
上記式２の演算後、ＰＩＤ出力の急峻な変化をさらに抑制するため、演算された周波数依存演算値を、リミッタ部６３により、所定の設定分解能で予め設定された分解能のリミット周波数に従いその周波数の正負でリミット処理を施す。このとき、リミット周波数は、例えば使用者により周波数の単位で任意に設定可能となっている。また、リミット精度を向上させるため、設定分解能は例えば０．０１Ｈｚが望ましい。
【００５１】
上記のようにリミット処理が施された周波数依存演算値を、加算部６４にて、最終的に前周期での出力周波数Ｆｏｕｔ（ｎ−１）と加算し、加算結果を今周期での今回の出力周波数Ｆｏｕｔ（ｎ）として、電動機１１に出力する。
【００５２】
図４は、本実施例の実験結果による巻取り装置のモータ回転速度−巻取り時間特性、図５は、従来例の実験結果による巻取り装置のモータ回転速度−巻取り時間特性をそれぞれグラフに示したものである。この実験は、巻取り装置の線速度を３２００ｍ／分とし、インバータ２１の出力周波数Ｆｏｕｔを６０分で１２０［Ｈｚ］から３０［Ｈｚ］に可変制御したときの巻取り装置のモータ回転速度−巻取り時間特性を調べたものである。両実験結果によれば、従来例では、巻取り装置のモータ回転速度が大きいときに回転リップルが発生したが、本実施例ではそのような回転リップルの発生が大幅に抑制されていることが確認された。これにより、本実施例では、ＰＩＤ演算結果を出力周波数の大きさにより補正制御し、さらにリミット処理により最大変化を制限することができ、その結果、ＰＩＤ出力（ＰＩＤ演算結果）の急峻な変化を抑制し、安定した高速紡績巻取り装置の線速度一定制御が可能となることが分かった。
【００５３】
従って、本実施形態によれば、線速度一定制御には、線速度を検出する速度センサ等を用い、この線速度検出情報を、電動機を駆動するための電源装置であるインバータに与え、インバータ内部でその線速度検出値と線速度指令値がほぼ同じになるように、ＰＩＤ線速度一定制御を行う構成において、電動機の回転速度が高い場合のＰＩＤ演算結果と低い場合の演算結果に変化を与え、低速になるほど、ＰＩＤ演算結果を小さく補正しているため、高速巻取り状態を安定化させることができる。また、ＰＩＤ演算結果を過剰に出力させないようにリミッタ機構により制限を持たせているため、高速巻取り状態をより一層安定化させることができる。このようにして、本実施形態では、調整が容易で、なおかつ追加周辺機器等を必要としない安価なシステム構成で、高速紡績装置の高精度線速度一定制御を実現することが可能となる。
【００５４】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明に属する範囲内において、上記実施形態を様々に変形して実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施の形態に係る巻取り装置の全体構成を示す概略ブロック図である。
【図２】図１に示すインバータの速度制御装置内のＰＩＤ制御構成を示す概略ブロック図である。
【図３】図２に示すパルス／周波数変換部を示す概略ブロック図である。
【図４】図２に示すＰＩＤ制御構成を用いた場合（実施例）の実験結果による巻取り装置のモータ回転速度−巻取り時間特性を示すグラフである。
【図５】図６に示すＰＩＤ制御構成を用いた場合（従来例）の実験結果による巻取り装置のモータ回転速度−巻取り時間特性を示すグラフである。
【図６】従来例のＰＩＤ制御構成を示す概略ブロック図である。
【符号の説明】
【００５６】
１…巻取り装置
２…巻取りボビン
３…誘導ボビン
４…交換ボビン
５…支持機構
１０…速度センサ（ＰＧ）
２１、２２…インバータ（ＩＮＶ）
３５…満巻センサ
４２…コントローラ
５０…加減速部
５１…減算部
５２…ＰＩＤ演算部
５３…パルス／周波数変換部
５４…ＰＩＤ演算結果補正部
６０…前回周波数入力部
６１…減算部
６２…周波数依存演算部
６３…リミッタ部
６４…加算部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
線材を巻き取るボビンを駆動する電動機と、前記線材の線速度を検出する速度検出器とを備えた巻取り装置に用いられ、前記電動機の回転速度を前記速度検出器の検出値に基づいてフィードバック制御して前記線材の線速度一定制御を行う速度制御方法であって、
前記速度検出器の検出値と与えられた線速度指令値とが実質的に同一となるようにＰＩＤ演算を行う演算ステップと、
前記電動機の回転速度が低速になる程、前記ＰＩＤ演算結果が小さくなるように前記電動機に出力する出力周波数の大きさに依存して前記ＰＩＤ演算結果を補正し、補正後のＰＩＤ演算結果を前記電動機に出力する出力周波数に変換して所定周期で前記電動機に出力する補正ステップとを有することを特徴とする巻取り装置の速度制御方法。
【請求項２】
前記補正ステップは、
前記演算ステップによるＰＩＤ演算結果をＰＩＤ出力とし、前記出力周波数のうち今周期での出力周波数をＦｏｕｔ（ｎ）とし、前周期での出力周波数をＦｏｕｔ（ｎ−１）とし、前記線速度指令値に対応する周波数指令値をＦｉｎとしたときに、
前記ＰＩＤ出力及び前記前周期での出力周波数Ｆｏｕｔ（ｎ−１）を用いて、
ＰＩＤ演算値偏差＝ＰＩＤ出力−Ｆｏｕｔ（ｎ−１）
の式でＰＩＤ演算値偏差を演算するステップと、
前記ＰＩＤ演算値偏差、前記前周期での出力周波数Ｆｏｕｔ（ｎ−１）、及び前記周波数指令値Ｆｉｎを用いて、
周波数依存演算値＝ＰＩＤ演算値偏差×（Ｆｏｕｔ（ｎ−１）／Ｆｉｎ）
の式で周波数依存演算値を演算するステップと、
前記周波数依存演算値をリミット周波数に基づいて制限するステップと、
前記リミット処理された周波数依存演算値と前記前周期での出力周波数Ｆｏｕｔ（ｎ−１）とを加算するステップと、
この加算された結果を前記今周期での出力周波数Ｆｏｕｔ（ｎ）として前記電動機に出力するステップとを有することを特徴とする請求項１記載の巻取り装置の速度制御方法。
【請求項３】
線材を巻き取るボビンを駆動する電動機と、前記線材の線速度を検出する速度検出器とを備えた巻取り装置に用いられ、前記電動機の回転速度を前記速度検出器の検出値に基づいてフィードバック制御して前記線材の線速度一定制御を行う速度制御装置であって、
前記速度検出器の検出値と与えられた線速度指令値とが実質的に同一となるようにＰＩＤ演算を行う演算手段と、
前記電動機の回転速度が低速になる程、前記ＰＩＤ演算結果が小さくなるように前記電動機に出力する出力周波数の大きさに依存して前記ＰＩＤ演算結果を補正し、補正後のＰＩＤ演算結果を前記電動機に出力する出力周波数に変換して所定周期で前記電動機に出力する補正手段とを有することを特徴とする巻取り装置の速度制御装置。
【請求項４】
前記補正手段は、
前記演算手段によるＰＩＤ演算結果をＰＩＤ出力とし、前記出力周波数のうち今周期での出力周波数をＦｏｕｔ（ｎ）とし、前周期での出力周波数をＦｏｕｔ（ｎ−１）とし、前記線速度指令値に対応する周波数指令値をＦｉｎとしたときに、
前記ＰＩＤ出力及び前記前周期での出力周波数Ｆｏｕｔ（ｎ−１）を用いて、
ＰＩＤ演算値偏差＝ＰＩＤ出力−Ｆｏｕｔ（ｎ−１）
の式でＰＩＤ演算値偏差を演算する減算部と、
前記ＰＩＤ演算値偏差、前記前周期での出力周波数Ｆｏｕｔ（ｎ−１）、及び前記周波数指令値Ｆｉｎを用いて、
周波数依存演算値＝ＰＩＤ演算値偏差×（Ｆｏｕｔ（ｎ−１）／Ｆｉｎ）
の式で周波数依存演算値を演算する演算部と、
前記周波数依存演算値をリミット周波数に基づいて制限するリミッタ部と、
前記リミット処理された周波数依存演算値と前記前周期での出力周波数Ｆｏｕｔ（ｎ−１）とを加算する加算部とを有し、
この加算された結果を前記今周期での出力周波数Ｆｏｕｔ（ｎ）として前記電動機に出力することを特徴とする請求項３記載の巻取り装置の速度制御装置。
【請求項１】
線材を巻き取るボビンを駆動する電動機と、前記線材の線速度を検出する速度検出器とを備えた巻取り装置に用いられ、前記電動機の回転速度を前記速度検出器の検出値に基づいてフィードバック制御して前記線材の線速度一定制御を行う速度制御方法であって、
前記速度検出器の検出値と与えられた線速度指令値とが実質的に同一となるようにＰＩＤ演算を行う演算ステップと、
前記電動機の回転速度が低速になる程、前記ＰＩＤ演算結果が小さくなるように前記電動機に出力する出力周波数の大きさに依存して前記ＰＩＤ演算結果を補正し、補正後のＰＩＤ演算結果を前記電動機に出力する出力周波数に変換して所定周期で前記電動機に出力する補正ステップとを有することを特徴とする巻取り装置の速度制御方法。
【請求項２】
前記補正ステップは、
前記演算ステップによるＰＩＤ演算結果をＰＩＤ出力とし、前記出力周波数のうち今周期での出力周波数をＦｏｕｔ（ｎ）とし、前周期での出力周波数をＦｏｕｔ（ｎ−１）とし、前記線速度指令値に対応する周波数指令値をＦｉｎとしたときに、
前記ＰＩＤ出力及び前記前周期での出力周波数Ｆｏｕｔ（ｎ−１）を用いて、
ＰＩＤ演算値偏差＝ＰＩＤ出力−Ｆｏｕｔ（ｎ−１）
の式でＰＩＤ演算値偏差を演算するステップと、
前記ＰＩＤ演算値偏差、前記前周期での出力周波数Ｆｏｕｔ（ｎ−１）、及び前記周波数指令値Ｆｉｎを用いて、
周波数依存演算値＝ＰＩＤ演算値偏差×（Ｆｏｕｔ（ｎ−１）／Ｆｉｎ）
の式で周波数依存演算値を演算するステップと、
前記周波数依存演算値をリミット周波数に基づいて制限するステップと、
前記リミット処理された周波数依存演算値と前記前周期での出力周波数Ｆｏｕｔ（ｎ−１）とを加算するステップと、
この加算された結果を前記今周期での出力周波数Ｆｏｕｔ（ｎ）として前記電動機に出力するステップとを有することを特徴とする請求項１記載の巻取り装置の速度制御方法。
【請求項３】
線材を巻き取るボビンを駆動する電動機と、前記線材の線速度を検出する速度検出器とを備えた巻取り装置に用いられ、前記電動機の回転速度を前記速度検出器の検出値に基づいてフィードバック制御して前記線材の線速度一定制御を行う速度制御装置であって、
前記速度検出器の検出値と与えられた線速度指令値とが実質的に同一となるようにＰＩＤ演算を行う演算手段と、
前記電動機の回転速度が低速になる程、前記ＰＩＤ演算結果が小さくなるように前記電動機に出力する出力周波数の大きさに依存して前記ＰＩＤ演算結果を補正し、補正後のＰＩＤ演算結果を前記電動機に出力する出力周波数に変換して所定周期で前記電動機に出力する補正手段とを有することを特徴とする巻取り装置の速度制御装置。
【請求項４】
前記補正手段は、
前記演算手段によるＰＩＤ演算結果をＰＩＤ出力とし、前記出力周波数のうち今周期での出力周波数をＦｏｕｔ（ｎ）とし、前周期での出力周波数をＦｏｕｔ（ｎ−１）とし、前記線速度指令値に対応する周波数指令値をＦｉｎとしたときに、
前記ＰＩＤ出力及び前記前周期での出力周波数Ｆｏｕｔ（ｎ−１）を用いて、
ＰＩＤ演算値偏差＝ＰＩＤ出力−Ｆｏｕｔ（ｎ−１）
の式でＰＩＤ演算値偏差を演算する減算部と、
前記ＰＩＤ演算値偏差、前記前周期での出力周波数Ｆｏｕｔ（ｎ−１）、及び前記周波数指令値Ｆｉｎを用いて、
周波数依存演算値＝ＰＩＤ演算値偏差×（Ｆｏｕｔ（ｎ−１）／Ｆｉｎ）
の式で周波数依存演算値を演算する演算部と、
前記周波数依存演算値をリミット周波数に基づいて制限するリミッタ部と、
前記リミット処理された周波数依存演算値と前記前周期での出力周波数Ｆｏｕｔ（ｎ−１）とを加算する加算部とを有し、
この加算された結果を前記今周期での出力周波数Ｆｏｕｔ（ｎ）として前記電動機に出力することを特徴とする請求項３記載の巻取り装置の速度制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−２４８６５３（Ｐ２００６−２４８６５３Ａ）
【公開日】平成１８年９月２１日（２００６．９．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−６６０７２（Ｐ２００５−６６０７２）
【出願日】平成１７年３月９日（２００５．３．９）
【出願人】（０００１０６２７６）サンケン電気株式会社 (982)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月２１日（２００６．９．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月９日（２００５．３．９）
【出願人】（０００１０６２７６）サンケン電気株式会社 (982)
【Ｆターム（参考）】
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