誘導電動機の速度制御装置
【課題】本発明は、連続工程ラインにおいて張力及び位置センサーを用いないオープン−ループ速度制御を行って、ベクトルインバータの機能を向上するための誘導電動機の速度制御装置を提供する。
【解決手段】本発明の装置は、張力指令、摩擦損補償を利用して、速度制御部の出力に対するトルク制限を計算し、これを利用して誘導電動機の速度を制限して、連続工程ラインで張力センサー及び位置センサーを用いることなく、ベクトル制御方式のインバータの性能を向上することができる。
【解決手段】本発明の装置は、張力指令、摩擦損補償を利用して、速度制御部の出力に対するトルク制限を計算し、これを利用して誘導電動機の速度を制限して、連続工程ラインで張力センサー及び位置センサーを用いることなく、ベクトル制御方式のインバータの性能を向上することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導電動機の速度制御装置に関し、より詳細には連続工程システムで用いるための誘導電動機の速度制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、鉄鋼、製紙、繊維、フィルム産業等の連続的な製品生産ラインにおいては、複数の電動機が同時に多数のローラを駆動する。
【０００３】
連続工程用ローラの制御は、生産ラインの線速度（ｌｉｎｅ ｓｐｅｅｄ）を一定に保持し、素材にかかる張力を一定に保持することを目的とする。ローラ間の速度偏差によって過度な張力が生じると素材が破断し、低過ぎた張力が生じると蛇行の原因となりうる。
【０００４】
従って、一般の連続工程システムにおいて、上位制御器は、線速度指令に応じて素材の径（ｄｉａｍｅｔｅｒ）を計算して電動機の指令トルクを計算して、これをインバータに指令すると、インバータは指令トルクにより電動機を駆動する。
【０００５】
このような方式の連続工程システムでは、インバータに線速度と基準張力を指令する場合、張力センサーのロードセル（ｌｏａｄｃｅｌｌ）と位置センサーのダンサー（ｄａｎｃｅｒ）を利用するが、これは精度が求められる製品では適宜用いられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、一般的な線材を加工するシステムにおいては、このようなロードセル及びダンサーを用いない場合があり、この場合素材の張力を保持する手段がなく、連続工程ラインの蛇行が生じる問題がある。
【０００７】
発明が解決しようとする技術的課題は、連続工程ラインにおいて張力及び位置センサーを用いないオープン−ループ速度制御を行って、ベクトルインバータの機能を向上するための誘導電動機の速度制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる技術的課題を解決するために、少なくとも一つ以上の上位ユニットと少なくとも一つ以上の下位ユニットを含む変転自動化システムにおける本発明のリレー二重化装置は、所定の通信方式で前記下位ユニットから電力データを受信して前記上位ユニットに伝達し、前記上位ユニットから制御命令を受信して前記下位ユニットに伝達する複数の第１リレー、及び前記通信方式によって前記複数の第１リレー各々と通信を行って、前記複数のリレー中エラーが生じるリレーを代替する第２リレーを含む。
【０００９】
本発明の一実施形態において、前記複数の第１リレーは、前記電力データ及び前記制御命令を含むデータを保存する第１保存部を各々含むことが好ましい。
【００１０】
本発明の一実施形態において、前記第２リレーは、前記複数の第１リレーが通信するデータを前記複数の第１リレーから受信して保存する第２保存部を含むことが好ましい。
【００１１】
本発明の一実施形態において、前記第２リレーは、前記複数の第１リレーとリアルタイムで通信を行うことが好ましい。
【００１２】
本発明の一実施形態において、前記第２リレーは、前記複数の第１リレーと所定の周期によって周期的に通信を行うことが好ましい。
【００１３】
本発明の一実施形態において、前記第２リレーは、前記複数の第１リレー中エラーが発生したリレーの誤りを感知して、前記上位ユニットに通知することが好ましい。
【００１４】
本発明の一実施形態において、前記上位ユニットは、前記エラーが発生したリレーを前記第２リレーに代替する切替命令を前記第２リレーに伝送することが好ましい。
【００１５】
本発明の一実施形態において、前記第２リレーは、前記エラーが発生したリレーを代替することが好ましい。
【００１６】
本発明の一実施形態において、前記少なくとも一つ以上の上位ユニットと前記複数の第１リレー及び前記第２リレーをスイッチングする第１ハーブをさらに含むことが好ましい。
【００１７】
本発明の一実施形態において、前記複数の第１リレー及び前記第２リレーと前記少なくとも一つ以上の下位ユニットをスイッチングする第２ハーブをさらに含むことが好ましい。
【００１８】
本発明の一実施形態において、前記所定の通信方式は、イーサネットであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、張力指令、摩擦損補償を利用して速度制御部の出力に対するトルク制限を計算し、これを利用して誘導電動機の速度を制限して、連続工程ラインで張力センサー及び位置センサーを用いることなく、ベクトル制御方式のインバータの性能を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来の誘導電動機の速度制御装置の構成図である。
【図２】本発明に係る速度制御装置の一実施形態構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明は、多様な変更を加えることができ、多様な実施形態を有し、特定実施形態を図面に例示して詳細に説明する。
【００２２】
しかし、これは本発明を特定の実施形態に対して限定しようとするものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれる全ての変更、均等物乃至代替物を含むものと理解しなければならない。
【００２３】
第１、第２のような序数を含む用語は、多様な構成要素を説明するために用いられるが、前記構成要素は前記用語によって限定されない。
【００２４】
前記用語は、一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的だけで用いられる。例えば、本発明の権利範囲を逸脱しない限り、第２構成要素は第１構成要素に命名でき、同様に第１構成要素も第２構成要素と命名できる。
【００２５】
ある構成要素が他の構成要素に「連結されて」いる、または「接続されて」いると記述する場合には、その他の構成要素に直接的に連結されていたり、または接続されていてもよいが、その中間に他の構成要素が存在してもよいことを理解しなければならない。一方、ある構成要素が、他の構成要素に「直接連結されて」いる、または「直接接続されて」いると記述する場合には、その中間に他の構成要素が存在しないことを理解しなければならない。
【００２６】
本願に用いられた用語は、単に特定の実施形態を説明するために用いられたものであって、本発明を限定する意図はない。単数の表現は文脈上明白に異なることを意味しない限り、複数の表現を含む。
【００２７】
本願において、「含む」または「有する」等の用語は、明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品、またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定するものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品、またはこれらを組み合わせたもの等の存在または付加可能性を予め排除しないものと理解しなければならない。
【００２８】
また、本願に添付された図面は、説明の便宜のために、拡大または縮小して示されたものと理解しなければならない。
【００２９】
以下、添付図面を参照して、従来の誘導電動機の速度制御装置について説明した後、本発明に係る好ましい一実施形態を詳細に説明する。
【００３０】
図１は、従来の誘導電動機の速度制御装置の構成図である。その動作を説明すると下記の通りである。
【００３１】
従来の速度制御装置は、誘導電動機（ＩＭ）１１８が回転すると、速度検出器（ＰＧ）１１７で回転速度（ωr）を検出し、その検出した速度を出力する。第１比較器１０９は、外部から入力される比例−積分−微分（以下、「ＰＩＤ」という）指令及び実際ＰＩＤフィードバック（ＰＩＤ Ｆｂｋ）を比較し、その比較による誤差を出力する。ＰＩＤ制御器１１０は、第１比較器１０９の出力の出力誤差を補償する。
【００３２】
第１加算器１０１は、外部から入力される指令速度と、ＰＩＤ制御器１１０の出力を足して速度指令（ωr*）を出力する。速度指令（ωr*）が、第２比較器１０２の非反転端子（＋）に入力されると、第２比較器１０２は、反転端子（−）に入力される速度検出器１１７からの回転速度（ωr）を受信して、２つの値の誤差を求めて、速度制御器１０３に出力する。速度制御器１０３は、第２比較器１０２から出力される速度による誤差を補償するためのトルク電流指令（iqse*）を出力する。
【００３３】
一方、誘導電動機１１８の回転時、誘導電動機１１８で検出した３相電流（ias、ibs、ics）を２相電流変換器１１６から固定座標系上の２相電流（idss、iqss）に各々出力する。２相電流変換器１１６から出力した固定座標系の２相電流（idss、iqss）は、電流座標変換器１１５に入力され、電流座標変換器 １１５は、回転座標の実際磁束電流（idse）とトルク電流（iqse）を出力する。
【００３４】
第３比較器１１１は、非反転端子（＋）に外部から入力される磁束電流指令（idse*）を受信し、反転端子（−）に電流座標変換器１１５から出力される磁束電流（idse）を受信して、磁束電流指令（idse*）と磁束電流（idse）との誤差を求めて電流制御器１０５に出力する。
【００３５】
また、第４比較器１０４は、電流座標変換器１１５から出力されるトルク電流（iqse）と速度制御器１０３から出力されるトルク電流指令（iqse*）との誤差を求めて、電流制御器１１５に出力する。
【００３６】
第４比較器１０４は、速度制御器１０３から出力されるトルク電流指令（iqse*）を非反転端子（＋）に受信し、電流座標変換器１１５から出力されるトルク電流（iqse）を反転端子（−）も受信して、二つの値の誤差を求めて電流制御器１０５に出力し、電流制御器１０５は磁束電圧指令（vdse*）とトルク電圧指令（vqse*）を出力する。
【００３７】
電圧座標変換器１０６は、電流制御器１０５から磁束電圧指令（vdse*）とトルク電圧指令（vqse*）を受信して、回転座標で固定座標に変換する。３相電圧変換器１０７は、固定座標における磁束電圧指令（vdse*）とトルク電圧指令（vqse*）を固定座標系上の３相電圧（vas、vbs、vcs）に変換する。
【００３８】
インバータ部１０８は、３相電圧変換器１０７の３相電圧（vas、vbs、vcs）をパルス幅変調（ＰＷＭ）信号により変換して、誘導電動機１１８に印加して、誘導電動機１１８が回転するように制御する。従って、誘導電動機１１８は回転する。
【００３９】
スリップ演算器１１２は、速度制御器１０３から出力されるトルク電流指令（iqse*）と、外部から入力される磁束電流指令（idse*）と、誘導電動機回転子時定数を利用してスリップ周波数（ωsl）を計算して、第２加算器１１３の一側端子に出力する。
【００４０】
第２加算器１１３は、速度検出器１１７から出力される速度（ωr）とスリップ演算器１１２から出力されるスリップ周波数（ωsl）を足して積分器１１４に出力し、積分器１１４は、第２加算器１１３の出力を積分した値、即ち回転子磁束の位置（θ）を電圧座標変換器１０６と電流座標変換器１１５に出力する。
【００４１】
従って、電圧座標変換器１０６と電流座標変換器１１５は、積分器１１４から入力される回転子磁束の位置（θ）により座標変換を制御し、以後の動作は前記と同様である。
【００４２】
このような従来の速度制御装置は、ＰＩＤフィードバックを得るために張力センサーのロードセルと位置センサーのダンサーを利用するが、これは精度が求められる製品には適宜用いられるが、一般的な線材を加工する張力／位置制御にはこのようなセンサーが求められない。
【００４３】
しかし、張力／位置センサーを用いない従来の速度制御装置では、ＰＩＤ指令とＰＩＤフィードバックとの誤差を補償するためのＰＩＤ制御器１１０が用いられないため、素材の張力を保持する手段がなくなることになる。
【００４４】
従って、前記問題を解決するために張力／位置センサーを用いないオープン−ループ（ｏｐｅｎ−ｌｏｏｐ）張力制御技術が求められる。
【００４５】
本発明は、上位制御器がインバータに線速度と張力を指令した場合、インバータは印加された線速度と電動機速度を利用して素材の径を計算し、素材の径と線速度を利用して指令速度を計算し、指令速度と速度バイアスを利用して電動機最終指令速度を計算する。
【００４６】
即ち、本発明は、張力指令、摩擦損補償を利用して速度制御器の出力に対するトルク制限を計算し、これを利用して誘導電動機の運転速度を制限して、連続工程ラインで張力／位置センサーを用いないオープン−ループ速度制御を行うことによって、ベクトル制御方式のインバータの性能を向上する。
【００４７】
図２は、本発明に係る速度制御装置の一実施形態構成図である。
【００４８】
図面に示したように、本発明の速度制御装置は、指令速度演算部１、第１加算部２、第１比較部３、速度制御部４、トルク制限部５、第２比較部６、電流制御部７、電圧座標変換部８、３相電圧変換部９、インバータ部１０、径演算部１１、トルク制限演算部１２、第３比較部１３、スリップ演算部１４、第２加算部１５、積分部１６、電流座標変換部１７、２相電流変換部１８、速度検出部１９、及び誘導電動機２０を含む。
【００４９】
まず、線速度検出部１９は、誘導電動機２０の回転速度（ωr）を検出する。
【００５０】
径演算部１１は、上位制御部（図示せず）から入力される線速度指令、素材の最小径（Dmin）及び誘導電動機２０の最大速度（RPMmax）と、速度検出部１９から入力される誘導電動機２０の回転速度（ωr）を利用して素材の径を演算する。
【００５１】
指令速度演算部１は、上位制御部（図示せず）から入力される線速度指令と径演算部１１が演算した素材の径を受信して、指令速度を演算する。
【００５２】
第１加算部２は、指令速度演算部１が演算した指令速度に上位制御部（図示せず）から入力される速度バイアスを加算する。
【００５３】
第１比較部３は、速度検出部１９から出力される回転速度（ωr）と、第１加算部２からの出力（ωr*）を比較して、その比較に基づいて、速度による誤差を出力する。
【００５４】
速度制御部４は、第１比較部３から出力される速度による誤差を補償して、トルク電流指令（iqse*）を出力する。
【００５５】
トルク制限部５は、速度制御部４の出力であるトルク電流指令（iqse*）を所定範囲に制限する。これについては、後に詳細に説明する。
【００５６】
トルク制限演算部１２は、径演算部１１の出力の素材の径と、上位制御部（図示せず）から入力される素材の最小径（Dmin）、張力指令、及び連続工程ラインシステムの摩擦損補償を利用して、トルク制限部５のトルク制限範囲を決める。
【００５７】
第２比較部６は、トルク制限部５から出力されるトルク電流指令（iqse*）と実際トルク電流（iqse）を比較して、誤差を出力し、第３比較部１３は、外部から入力される磁束電流指令（idse*）と実出力される磁束電流（idse）を比較して、その誤差を出力する。
【００５８】
電流制御部７は、第２比較部６及び第３比較部１３の出力を利用して、各々トルク電圧指令（vqse*）と磁束電圧指令（vdse*）を生成して出力する。
【００５９】
電圧座標変換部８は、電流制御部７が出力する回転座標の磁束電圧指令（vdse*）とトルク電圧指令（vqse*）を回転座標系から固定座標系に変換する。３相電圧変換部９は、固定座標における磁束電圧指令（vdse*）とトルク電圧指令（vqse*）を固定座標系の３相電圧（vas、vbs、vcs）に変換する。
【００６０】
インバータ部１０は、３相電圧変換部９の３相電圧（vas、vbs、vcs）をＰＷＭ制御により変換して誘導電動機２０に印加して、誘導電動機２０が回転するように制御する。
【００６１】
２相電流変換部１８は、誘導電動機２０で回転時検出される３相電流（ias、ibs、ics）を受信して、固定座標系のｄ軸とｑ軸に変換した電流（idss、iqss）を出力する。
【００６２】
電流座標変換部１７は、２相電流変換部１８で出力される固定座標の電流（idss、iqss）を、回転座標系の実際磁束電流（idse）とトルク電流（iqse）に変換する。
【００６３】
スリップ演算部１４は、トルク制限部５の出力であるトルク電流指令（iqse*）と上位制御部（図示せず）から入力される磁束電流指令（idse*）と誘導電動機２０の回転子時定数（Tr）を利用して、スリップ周波数（ωsl）を計算する。
【００６４】
第２加算部１５は、スリップ演算部１４で演算したスリップ周波数（ωsl）と速度検出部１９から検出された回転速度（ωr）を加算する。
【００６５】
積分部１６は、第２加算部１５の出力を積分して、電圧座標変換部８と電流座標変換部１７で用いられる回転子磁束位置（θ）を出力する。
【００６６】
このように構成された本発明の動作を説明すると下記の通りである。
【００６７】
誘導電動機２０が回転すると、速度検出部１９は、その回転速度（ωr）を検出する。径演算部１１は、速度検出部１９が検出した回転速度（ωr）と外部の上位制御部（図示せず）から入力される素材の最小径（Dmin）、誘導電動機２０の最大速度（RPMmax）及び線速度指令を利用して、下記式（１）に基づいて素材の径を演算する。演算された径は、指令速度演算部１に入力されて、指令速度の演算に利用される。
【００６８】
【数１】
【００６９】
指令速度演算部１は、径演算部１１が演算した素材の径と、外部から入力される線速度指令を利用して、次の式（２）によって指令速度を演算する。
【００７０】
【数２】
【００７１】
この時、Dcurは、径演算部１１が演算した現在素材の径である。
【００７２】
指令速度演算部１が演算した指令速度と、上位制御部（図示せず）から入力される速度バイアスを第１加算部２が足して最終指令速度（ωr*）を出力し、この最終指令速度（ωr*）が第１比較部３の非反転端子（＋）に入力される。第１比較部３は、反転端子（−）に回転速度（ωr）を受信して、２つの値の誤差を求めて速度制御部４に出力する。
【００７３】
速度制御部４は、速度による誤差を補償して、トルク電流指令（iqse*）を出力する。これは、トルク制限部５に入力される。
【００７４】
トルク制限演算部１２は、径演算部１１の出力と外部の上位制御部（図示せず）から入力される張力指令、最小径及び摩擦損補償を利用して、トルク制限を設定し、これは速度制御部４の出力を制限するトルク制限部５に入力される。
【００７５】
トルク制限部５の出力は、第２比較部６の非反転端子（＋）に入力され、外部から入力される磁束電流指令（idse*）は、第３比較部１３の非反転端子（＋）に入力される。
【００７６】
一方、誘導電動機２０の回転時誘導電動機２０で検出した３相電流（ias、ibs、ics）に対して、２相電流変換部１８が固定座標２相電流（idss、iqss）を各々出力する。
【００７７】
２相電流変換部１８が出力した固定座標２相電流（idss、iqss）を受信し、電流座標変換部１７は、回転座標の実際磁束電流（idse）とトルク電流（iqse）を出力する。電流座標変換部１７が出力する磁束電流（idse）は、第３比較部１３の反転端子（−）に入力される。
【００７８】
第３比較部１３は、外部の上位制御部（図示せず）から入力される磁束電流指令（idse*）と電流座標変換部１７が出力する実際磁束電流（idse）との誤差を求めて電流制御部７に出力する。
【００７９】
第２比較部６は、トルク制限部５が出力するトルク電流指令（iqse*）を非反転端子（＋）に受信し、電流座標変換部１７が出力する実際トルク電流（iqse）を反転端子（−）に受信して２つの値の誤差を求め、その求めた誤差を電流制御部７に出力する。
【００８０】
第２比較部６の出力のトルク電流と第３比較部１３の出力の磁束電流を入力として、電流制御部７は磁束電圧指令（vdse*）とトルク電圧指令（vqse*）を出力する。
【００８１】
電圧座標変換部８は、回転座標系上の磁束電圧指令（vdse*）とトルク電圧指令（vqse*）を受信して、固定座標系上に変換し、３相電圧変換部９は、固定座標の磁束電圧指令（vdse*）とトルク電圧指令（vqse*）を３相電圧（vas、vbs、vcs）に変換する。
【００８２】
インバータ部１０は、３相電圧（vas、vbs、vcs）を受信し、これを変換して誘導電動機２０に印加する。これにより誘導電動機２０は回転する。
【００８３】
この時、電流座標変換部１７と２相電流変換部１８は、実際回転座標でd軸とq軸に変換した実際磁束電流（idse）とトルク電流（iqse）を生成し、このように生成された電流中、磁束電流（idse）は、第３比較部１３に、トルク電流（iqse）は、第２比較部６に出力される。
【００８４】
また、スリップ演算部１４は、トルク制限部５が出力するトルク電流指令（iqse*）と外部の上位制御部から入力される磁束電流指令（idse*）、誘導電動機２０の回転子時定数（Tr）を利用して、スリップ周波数（ωsl）を演算して、第２加算部１５の一側端子に出力する。
【００８５】
第２加算部１５は、速度検出部１９が出力する速度（ωr）とスリップ演算部１４が出力するスリップ周波数（ωsl）を足して積分部１６に出力し、積分部１６はこれを積分した値、即ち、回転子磁束の位置（θ）を電圧座標変換部８と電流座標変換部１７に出力する。
【００８６】
従って、電圧座標変換部８と電流座標変換部１７は、積分部１６から入力される回転子磁束の位置（θ）に応じて座標変換を制御する。
【００８７】
本発明の速度制御装置のワインダー（ｗｉｎｄｅｒ）動作は、下記の通りである。
【００８８】
現在、ワインダー（即ち、誘導電動機２０）の負荷が５０％であり、速度指令が１００ｒｐｍであると仮定すると、トルク制限部５のトルク制限を４５％に設定すると、５％の負荷に対する出力が足りないため、誘導電動機２０の回転速度は、１００ｒｐｍ以下（例えば、９５ｒｐｍ）で回転する。
【００８９】
本発明の速度制御装置は、誘導電動機の回転速度を利用して径演算部１１で９５ｒｐｍに該当する素材の径を演算して、この演算された径を利用して、指令速度演算部１は指令速度を再度演算する。
【００９０】
ワインダーモードで、素材の径が増加するほど、誘導電動機２０の回転速度は落ち、誘導電動機２０の負荷は増加する。従って、増加した径分トルク制限演算部１２でトルク制限を演算して、トルク制限部５のトルク制限を設定する。速度制御部４の出力は、トルク制限によって制限される。トルク制限演算部１２は、次の式（３）を利用して演算することができる。
【００９１】
【数３】
【００９２】
ワインダーモードの場合、演算されたトルク制限部５の出力は、摩擦損を足したものであり、アンワインダー（ｕｎｗｉｎｄｅｒ）モードの場合、摩擦損を引いたものである。
【００９３】
ワインダーモードにおける誘導電動機２０は、指令速度と速度バイアスの合計である最終指令速度で回転しなければならないが、素材の径と摩擦損によって演算されたトルク制限によって設定された最終指令速度より小さく回転しながら素材の一定張力を保持する。
【００９４】
最終指令速度より低く誘導電動機２０が回転するため、素材の径は増加したものとして演算され、トルク制限演算部１２は、増加した径だげ大きくトルク制限を演算して、トルク制限部５に出力する。
【００９５】
摩擦損は、連続工程ラインの運行中に生じる要素であり、システムの制御性能を邪魔する要素であるため、損失として働く。連続工程ラインを駆動する前にこのような摩擦損を測定して補償するが、誘導電動機２０の最大速度（RPMmax）を１０区間に分けて各区間速度に応じた平均トルク損失を測定できる。測定した各区間損失を利用して下記式（４）のように速度に対する連続工程ラインの損失を推定して、前記式（３）に補償する。
【００９６】
【数４】
【００９７】
ここで、Ｓ1及びＳ2は、誘導電動機２０の最大速度を１０区間に分けたものの中から第１及び第２区間の電動機速度を示し、Ｔ1及びＴ2は、各々その時のトルクを示す。
【００９８】
本発明によると、指令速度演算部１で外部から入力される線速度指令と径演算部１１で演算された現在径を利用して、速度制御に必要な指令速度を演算する。
【００９９】
本発明では、径演算部１１で演算された現在の素材の径と外部から入力される張力指令、最小径及び連続工程ラインの誘導電動機摩擦損補償を利用して、トルク制限演算部４でトルク制限を演算して、速度制御部４の出力トルクを制限するトルク制限部５に適用する。
【０１００】
また、本発明では、指令速度演算部１で演算した速度に速度バイアスを足した値を最終指令速度として、誘導電動機２０を駆動して、トルク制限部５のトルク制限によって誘導電動機２０を駆動することによって、最終指令速度以下に誘導電動機２０が駆動するようにする。この時の誘導電動機２０の速度を利用して、径演算部１１で素材の径を演算するが、最終指令速度より低い速度で誘導電動機２０が駆動されるため径が増加し、これにより素材の張力を一定に保持するための張力センサー及び位置センサーであるロードセル及びダンサーを用いることなく誘導電動機２０の速度を安定的に制御することができる。
【０１０１】
以上から代表的な実施形態をもって本発明について詳細に説明したが、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者は、上述した実施形態に対して本発明の範疇から逸脱しない限り多様な変形が可能であることを理解するだろう。従って、本発明の権利範囲は、説明された実施形態に限って定まることなく、後述する特許請求範囲だけでなくこの特許請求範囲と均等物等によって定まらなければならない。
【符号の説明】
【０１０２】
１ 指令速度演算部
２、１５ 加算部
３、６、１３ 比較部
４ 速度制御部
５ トルク制限部
７ 電流制御部
８ 電圧座標変換部
９ ３相電圧変換部
１０ インバータ部
１１ 径演算部
１２ トルク制限演算部
１４ スリップ演算部
１６ 積分部
１７ 電流座標変換部
１８ ２相電流変換部
１９ 速度検出部
２０ 誘導電動機
１０１、１１３ 加算器
１０２、１０４、１０９、１１１ 比較器
１０３ 速度制御器
１０５ 電流制御器
１０６ 電圧座標変換器
１０７ ３相電圧変換器
１０８ インバータ部
１１０ ＰＩＤ制御器
１１２ スリップ演算器
１１４ 積分器
１１５ 電流座標変換器
１１６ ２相電流変換器
１１７ 速度検出器
１１８ 誘導電動機
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導電動機の速度制御装置に関し、より詳細には連続工程システムで用いるための誘導電動機の速度制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、鉄鋼、製紙、繊維、フィルム産業等の連続的な製品生産ラインにおいては、複数の電動機が同時に多数のローラを駆動する。
【０００３】
連続工程用ローラの制御は、生産ラインの線速度（ｌｉｎｅ ｓｐｅｅｄ）を一定に保持し、素材にかかる張力を一定に保持することを目的とする。ローラ間の速度偏差によって過度な張力が生じると素材が破断し、低過ぎた張力が生じると蛇行の原因となりうる。
【０００４】
従って、一般の連続工程システムにおいて、上位制御器は、線速度指令に応じて素材の径（ｄｉａｍｅｔｅｒ）を計算して電動機の指令トルクを計算して、これをインバータに指令すると、インバータは指令トルクにより電動機を駆動する。
【０００５】
このような方式の連続工程システムでは、インバータに線速度と基準張力を指令する場合、張力センサーのロードセル（ｌｏａｄｃｅｌｌ）と位置センサーのダンサー（ｄａｎｃｅｒ）を利用するが、これは精度が求められる製品では適宜用いられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、一般的な線材を加工するシステムにおいては、このようなロードセル及びダンサーを用いない場合があり、この場合素材の張力を保持する手段がなく、連続工程ラインの蛇行が生じる問題がある。
【０００７】
発明が解決しようとする技術的課題は、連続工程ラインにおいて張力及び位置センサーを用いないオープン−ループ速度制御を行って、ベクトルインバータの機能を向上するための誘導電動機の速度制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる技術的課題を解決するために、少なくとも一つ以上の上位ユニットと少なくとも一つ以上の下位ユニットを含む変転自動化システムにおける本発明のリレー二重化装置は、所定の通信方式で前記下位ユニットから電力データを受信して前記上位ユニットに伝達し、前記上位ユニットから制御命令を受信して前記下位ユニットに伝達する複数の第１リレー、及び前記通信方式によって前記複数の第１リレー各々と通信を行って、前記複数のリレー中エラーが生じるリレーを代替する第２リレーを含む。
【０００９】
本発明の一実施形態において、前記複数の第１リレーは、前記電力データ及び前記制御命令を含むデータを保存する第１保存部を各々含むことが好ましい。
【００１０】
本発明の一実施形態において、前記第２リレーは、前記複数の第１リレーが通信するデータを前記複数の第１リレーから受信して保存する第２保存部を含むことが好ましい。
【００１１】
本発明の一実施形態において、前記第２リレーは、前記複数の第１リレーとリアルタイムで通信を行うことが好ましい。
【００１２】
本発明の一実施形態において、前記第２リレーは、前記複数の第１リレーと所定の周期によって周期的に通信を行うことが好ましい。
【００１３】
本発明の一実施形態において、前記第２リレーは、前記複数の第１リレー中エラーが発生したリレーの誤りを感知して、前記上位ユニットに通知することが好ましい。
【００１４】
本発明の一実施形態において、前記上位ユニットは、前記エラーが発生したリレーを前記第２リレーに代替する切替命令を前記第２リレーに伝送することが好ましい。
【００１５】
本発明の一実施形態において、前記第２リレーは、前記エラーが発生したリレーを代替することが好ましい。
【００１６】
本発明の一実施形態において、前記少なくとも一つ以上の上位ユニットと前記複数の第１リレー及び前記第２リレーをスイッチングする第１ハーブをさらに含むことが好ましい。
【００１７】
本発明の一実施形態において、前記複数の第１リレー及び前記第２リレーと前記少なくとも一つ以上の下位ユニットをスイッチングする第２ハーブをさらに含むことが好ましい。
【００１８】
本発明の一実施形態において、前記所定の通信方式は、イーサネットであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、張力指令、摩擦損補償を利用して速度制御部の出力に対するトルク制限を計算し、これを利用して誘導電動機の速度を制限して、連続工程ラインで張力センサー及び位置センサーを用いることなく、ベクトル制御方式のインバータの性能を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来の誘導電動機の速度制御装置の構成図である。
【図２】本発明に係る速度制御装置の一実施形態構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明は、多様な変更を加えることができ、多様な実施形態を有し、特定実施形態を図面に例示して詳細に説明する。
【００２２】
しかし、これは本発明を特定の実施形態に対して限定しようとするものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれる全ての変更、均等物乃至代替物を含むものと理解しなければならない。
【００２３】
第１、第２のような序数を含む用語は、多様な構成要素を説明するために用いられるが、前記構成要素は前記用語によって限定されない。
【００２４】
前記用語は、一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的だけで用いられる。例えば、本発明の権利範囲を逸脱しない限り、第２構成要素は第１構成要素に命名でき、同様に第１構成要素も第２構成要素と命名できる。
【００２５】
ある構成要素が他の構成要素に「連結されて」いる、または「接続されて」いると記述する場合には、その他の構成要素に直接的に連結されていたり、または接続されていてもよいが、その中間に他の構成要素が存在してもよいことを理解しなければならない。一方、ある構成要素が、他の構成要素に「直接連結されて」いる、または「直接接続されて」いると記述する場合には、その中間に他の構成要素が存在しないことを理解しなければならない。
【００２６】
本願に用いられた用語は、単に特定の実施形態を説明するために用いられたものであって、本発明を限定する意図はない。単数の表現は文脈上明白に異なることを意味しない限り、複数の表現を含む。
【００２７】
本願において、「含む」または「有する」等の用語は、明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品、またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定するものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品、またはこれらを組み合わせたもの等の存在または付加可能性を予め排除しないものと理解しなければならない。
【００２８】
また、本願に添付された図面は、説明の便宜のために、拡大または縮小して示されたものと理解しなければならない。
【００２９】
以下、添付図面を参照して、従来の誘導電動機の速度制御装置について説明した後、本発明に係る好ましい一実施形態を詳細に説明する。
【００３０】
図１は、従来の誘導電動機の速度制御装置の構成図である。その動作を説明すると下記の通りである。
【００３１】
従来の速度制御装置は、誘導電動機（ＩＭ）１１８が回転すると、速度検出器（ＰＧ）１１７で回転速度（ωr）を検出し、その検出した速度を出力する。第１比較器１０９は、外部から入力される比例−積分−微分（以下、「ＰＩＤ」という）指令及び実際ＰＩＤフィードバック（ＰＩＤ Ｆｂｋ）を比較し、その比較による誤差を出力する。ＰＩＤ制御器１１０は、第１比較器１０９の出力の出力誤差を補償する。
【００３２】
第１加算器１０１は、外部から入力される指令速度と、ＰＩＤ制御器１１０の出力を足して速度指令（ωr*）を出力する。速度指令（ωr*）が、第２比較器１０２の非反転端子（＋）に入力されると、第２比較器１０２は、反転端子（−）に入力される速度検出器１１７からの回転速度（ωr）を受信して、２つの値の誤差を求めて、速度制御器１０３に出力する。速度制御器１０３は、第２比較器１０２から出力される速度による誤差を補償するためのトルク電流指令（iqse*）を出力する。
【００３３】
一方、誘導電動機１１８の回転時、誘導電動機１１８で検出した３相電流（ias、ibs、ics）を２相電流変換器１１６から固定座標系上の２相電流（idss、iqss）に各々出力する。２相電流変換器１１６から出力した固定座標系の２相電流（idss、iqss）は、電流座標変換器１１５に入力され、電流座標変換器 １１５は、回転座標の実際磁束電流（idse）とトルク電流（iqse）を出力する。
【００３４】
第３比較器１１１は、非反転端子（＋）に外部から入力される磁束電流指令（idse*）を受信し、反転端子（−）に電流座標変換器１１５から出力される磁束電流（idse）を受信して、磁束電流指令（idse*）と磁束電流（idse）との誤差を求めて電流制御器１０５に出力する。
【００３５】
また、第４比較器１０４は、電流座標変換器１１５から出力されるトルク電流（iqse）と速度制御器１０３から出力されるトルク電流指令（iqse*）との誤差を求めて、電流制御器１１５に出力する。
【００３６】
第４比較器１０４は、速度制御器１０３から出力されるトルク電流指令（iqse*）を非反転端子（＋）に受信し、電流座標変換器１１５から出力されるトルク電流（iqse）を反転端子（−）も受信して、二つの値の誤差を求めて電流制御器１０５に出力し、電流制御器１０５は磁束電圧指令（vdse*）とトルク電圧指令（vqse*）を出力する。
【００３７】
電圧座標変換器１０６は、電流制御器１０５から磁束電圧指令（vdse*）とトルク電圧指令（vqse*）を受信して、回転座標で固定座標に変換する。３相電圧変換器１０７は、固定座標における磁束電圧指令（vdse*）とトルク電圧指令（vqse*）を固定座標系上の３相電圧（vas、vbs、vcs）に変換する。
【００３８】
インバータ部１０８は、３相電圧変換器１０７の３相電圧（vas、vbs、vcs）をパルス幅変調（ＰＷＭ）信号により変換して、誘導電動機１１８に印加して、誘導電動機１１８が回転するように制御する。従って、誘導電動機１１８は回転する。
【００３９】
スリップ演算器１１２は、速度制御器１０３から出力されるトルク電流指令（iqse*）と、外部から入力される磁束電流指令（idse*）と、誘導電動機回転子時定数を利用してスリップ周波数（ωsl）を計算して、第２加算器１１３の一側端子に出力する。
【００４０】
第２加算器１１３は、速度検出器１１７から出力される速度（ωr）とスリップ演算器１１２から出力されるスリップ周波数（ωsl）を足して積分器１１４に出力し、積分器１１４は、第２加算器１１３の出力を積分した値、即ち回転子磁束の位置（θ）を電圧座標変換器１０６と電流座標変換器１１５に出力する。
【００４１】
従って、電圧座標変換器１０６と電流座標変換器１１５は、積分器１１４から入力される回転子磁束の位置（θ）により座標変換を制御し、以後の動作は前記と同様である。
【００４２】
このような従来の速度制御装置は、ＰＩＤフィードバックを得るために張力センサーのロードセルと位置センサーのダンサーを利用するが、これは精度が求められる製品には適宜用いられるが、一般的な線材を加工する張力／位置制御にはこのようなセンサーが求められない。
【００４３】
しかし、張力／位置センサーを用いない従来の速度制御装置では、ＰＩＤ指令とＰＩＤフィードバックとの誤差を補償するためのＰＩＤ制御器１１０が用いられないため、素材の張力を保持する手段がなくなることになる。
【００４４】
従って、前記問題を解決するために張力／位置センサーを用いないオープン−ループ（ｏｐｅｎ−ｌｏｏｐ）張力制御技術が求められる。
【００４５】
本発明は、上位制御器がインバータに線速度と張力を指令した場合、インバータは印加された線速度と電動機速度を利用して素材の径を計算し、素材の径と線速度を利用して指令速度を計算し、指令速度と速度バイアスを利用して電動機最終指令速度を計算する。
【００４６】
即ち、本発明は、張力指令、摩擦損補償を利用して速度制御器の出力に対するトルク制限を計算し、これを利用して誘導電動機の運転速度を制限して、連続工程ラインで張力／位置センサーを用いないオープン−ループ速度制御を行うことによって、ベクトル制御方式のインバータの性能を向上する。
【００４７】
図２は、本発明に係る速度制御装置の一実施形態構成図である。
【００４８】
図面に示したように、本発明の速度制御装置は、指令速度演算部１、第１加算部２、第１比較部３、速度制御部４、トルク制限部５、第２比較部６、電流制御部７、電圧座標変換部８、３相電圧変換部９、インバータ部１０、径演算部１１、トルク制限演算部１２、第３比較部１３、スリップ演算部１４、第２加算部１５、積分部１６、電流座標変換部１７、２相電流変換部１８、速度検出部１９、及び誘導電動機２０を含む。
【００４９】
まず、線速度検出部１９は、誘導電動機２０の回転速度（ωr）を検出する。
【００５０】
径演算部１１は、上位制御部（図示せず）から入力される線速度指令、素材の最小径（Dmin）及び誘導電動機２０の最大速度（RPMmax）と、速度検出部１９から入力される誘導電動機２０の回転速度（ωr）を利用して素材の径を演算する。
【００５１】
指令速度演算部１は、上位制御部（図示せず）から入力される線速度指令と径演算部１１が演算した素材の径を受信して、指令速度を演算する。
【００５２】
第１加算部２は、指令速度演算部１が演算した指令速度に上位制御部（図示せず）から入力される速度バイアスを加算する。
【００５３】
第１比較部３は、速度検出部１９から出力される回転速度（ωr）と、第１加算部２からの出力（ωr*）を比較して、その比較に基づいて、速度による誤差を出力する。
【００５４】
速度制御部４は、第１比較部３から出力される速度による誤差を補償して、トルク電流指令（iqse*）を出力する。
【００５５】
トルク制限部５は、速度制御部４の出力であるトルク電流指令（iqse*）を所定範囲に制限する。これについては、後に詳細に説明する。
【００５６】
トルク制限演算部１２は、径演算部１１の出力の素材の径と、上位制御部（図示せず）から入力される素材の最小径（Dmin）、張力指令、及び連続工程ラインシステムの摩擦損補償を利用して、トルク制限部５のトルク制限範囲を決める。
【００５７】
第２比較部６は、トルク制限部５から出力されるトルク電流指令（iqse*）と実際トルク電流（iqse）を比較して、誤差を出力し、第３比較部１３は、外部から入力される磁束電流指令（idse*）と実出力される磁束電流（idse）を比較して、その誤差を出力する。
【００５８】
電流制御部７は、第２比較部６及び第３比較部１３の出力を利用して、各々トルク電圧指令（vqse*）と磁束電圧指令（vdse*）を生成して出力する。
【００５９】
電圧座標変換部８は、電流制御部７が出力する回転座標の磁束電圧指令（vdse*）とトルク電圧指令（vqse*）を回転座標系から固定座標系に変換する。３相電圧変換部９は、固定座標における磁束電圧指令（vdse*）とトルク電圧指令（vqse*）を固定座標系の３相電圧（vas、vbs、vcs）に変換する。
【００６０】
インバータ部１０は、３相電圧変換部９の３相電圧（vas、vbs、vcs）をＰＷＭ制御により変換して誘導電動機２０に印加して、誘導電動機２０が回転するように制御する。
【００６１】
２相電流変換部１８は、誘導電動機２０で回転時検出される３相電流（ias、ibs、ics）を受信して、固定座標系のｄ軸とｑ軸に変換した電流（idss、iqss）を出力する。
【００６２】
電流座標変換部１７は、２相電流変換部１８で出力される固定座標の電流（idss、iqss）を、回転座標系の実際磁束電流（idse）とトルク電流（iqse）に変換する。
【００６３】
スリップ演算部１４は、トルク制限部５の出力であるトルク電流指令（iqse*）と上位制御部（図示せず）から入力される磁束電流指令（idse*）と誘導電動機２０の回転子時定数（Tr）を利用して、スリップ周波数（ωsl）を計算する。
【００６４】
第２加算部１５は、スリップ演算部１４で演算したスリップ周波数（ωsl）と速度検出部１９から検出された回転速度（ωr）を加算する。
【００６５】
積分部１６は、第２加算部１５の出力を積分して、電圧座標変換部８と電流座標変換部１７で用いられる回転子磁束位置（θ）を出力する。
【００６６】
このように構成された本発明の動作を説明すると下記の通りである。
【００６７】
誘導電動機２０が回転すると、速度検出部１９は、その回転速度（ωr）を検出する。径演算部１１は、速度検出部１９が検出した回転速度（ωr）と外部の上位制御部（図示せず）から入力される素材の最小径（Dmin）、誘導電動機２０の最大速度（RPMmax）及び線速度指令を利用して、下記式（１）に基づいて素材の径を演算する。演算された径は、指令速度演算部１に入力されて、指令速度の演算に利用される。
【００６８】
【数１】
【００６９】
指令速度演算部１は、径演算部１１が演算した素材の径と、外部から入力される線速度指令を利用して、次の式（２）によって指令速度を演算する。
【００７０】
【数２】
【００７１】
この時、Dcurは、径演算部１１が演算した現在素材の径である。
【００７２】
指令速度演算部１が演算した指令速度と、上位制御部（図示せず）から入力される速度バイアスを第１加算部２が足して最終指令速度（ωr*）を出力し、この最終指令速度（ωr*）が第１比較部３の非反転端子（＋）に入力される。第１比較部３は、反転端子（−）に回転速度（ωr）を受信して、２つの値の誤差を求めて速度制御部４に出力する。
【００７３】
速度制御部４は、速度による誤差を補償して、トルク電流指令（iqse*）を出力する。これは、トルク制限部５に入力される。
【００７４】
トルク制限演算部１２は、径演算部１１の出力と外部の上位制御部（図示せず）から入力される張力指令、最小径及び摩擦損補償を利用して、トルク制限を設定し、これは速度制御部４の出力を制限するトルク制限部５に入力される。
【００７５】
トルク制限部５の出力は、第２比較部６の非反転端子（＋）に入力され、外部から入力される磁束電流指令（idse*）は、第３比較部１３の非反転端子（＋）に入力される。
【００７６】
一方、誘導電動機２０の回転時誘導電動機２０で検出した３相電流（ias、ibs、ics）に対して、２相電流変換部１８が固定座標２相電流（idss、iqss）を各々出力する。
【００７７】
２相電流変換部１８が出力した固定座標２相電流（idss、iqss）を受信し、電流座標変換部１７は、回転座標の実際磁束電流（idse）とトルク電流（iqse）を出力する。電流座標変換部１７が出力する磁束電流（idse）は、第３比較部１３の反転端子（−）に入力される。
【００７８】
第３比較部１３は、外部の上位制御部（図示せず）から入力される磁束電流指令（idse*）と電流座標変換部１７が出力する実際磁束電流（idse）との誤差を求めて電流制御部７に出力する。
【００７９】
第２比較部６は、トルク制限部５が出力するトルク電流指令（iqse*）を非反転端子（＋）に受信し、電流座標変換部１７が出力する実際トルク電流（iqse）を反転端子（−）に受信して２つの値の誤差を求め、その求めた誤差を電流制御部７に出力する。
【００８０】
第２比較部６の出力のトルク電流と第３比較部１３の出力の磁束電流を入力として、電流制御部７は磁束電圧指令（vdse*）とトルク電圧指令（vqse*）を出力する。
【００８１】
電圧座標変換部８は、回転座標系上の磁束電圧指令（vdse*）とトルク電圧指令（vqse*）を受信して、固定座標系上に変換し、３相電圧変換部９は、固定座標の磁束電圧指令（vdse*）とトルク電圧指令（vqse*）を３相電圧（vas、vbs、vcs）に変換する。
【００８２】
インバータ部１０は、３相電圧（vas、vbs、vcs）を受信し、これを変換して誘導電動機２０に印加する。これにより誘導電動機２０は回転する。
【００８３】
この時、電流座標変換部１７と２相電流変換部１８は、実際回転座標でd軸とq軸に変換した実際磁束電流（idse）とトルク電流（iqse）を生成し、このように生成された電流中、磁束電流（idse）は、第３比較部１３に、トルク電流（iqse）は、第２比較部６に出力される。
【００８４】
また、スリップ演算部１４は、トルク制限部５が出力するトルク電流指令（iqse*）と外部の上位制御部から入力される磁束電流指令（idse*）、誘導電動機２０の回転子時定数（Tr）を利用して、スリップ周波数（ωsl）を演算して、第２加算部１５の一側端子に出力する。
【００８５】
第２加算部１５は、速度検出部１９が出力する速度（ωr）とスリップ演算部１４が出力するスリップ周波数（ωsl）を足して積分部１６に出力し、積分部１６はこれを積分した値、即ち、回転子磁束の位置（θ）を電圧座標変換部８と電流座標変換部１７に出力する。
【００８６】
従って、電圧座標変換部８と電流座標変換部１７は、積分部１６から入力される回転子磁束の位置（θ）に応じて座標変換を制御する。
【００８７】
本発明の速度制御装置のワインダー（ｗｉｎｄｅｒ）動作は、下記の通りである。
【００８８】
現在、ワインダー（即ち、誘導電動機２０）の負荷が５０％であり、速度指令が１００ｒｐｍであると仮定すると、トルク制限部５のトルク制限を４５％に設定すると、５％の負荷に対する出力が足りないため、誘導電動機２０の回転速度は、１００ｒｐｍ以下（例えば、９５ｒｐｍ）で回転する。
【００８９】
本発明の速度制御装置は、誘導電動機の回転速度を利用して径演算部１１で９５ｒｐｍに該当する素材の径を演算して、この演算された径を利用して、指令速度演算部１は指令速度を再度演算する。
【００９０】
ワインダーモードで、素材の径が増加するほど、誘導電動機２０の回転速度は落ち、誘導電動機２０の負荷は増加する。従って、増加した径分トルク制限演算部１２でトルク制限を演算して、トルク制限部５のトルク制限を設定する。速度制御部４の出力は、トルク制限によって制限される。トルク制限演算部１２は、次の式（３）を利用して演算することができる。
【００９１】
【数３】
【００９２】
ワインダーモードの場合、演算されたトルク制限部５の出力は、摩擦損を足したものであり、アンワインダー（ｕｎｗｉｎｄｅｒ）モードの場合、摩擦損を引いたものである。
【００９３】
ワインダーモードにおける誘導電動機２０は、指令速度と速度バイアスの合計である最終指令速度で回転しなければならないが、素材の径と摩擦損によって演算されたトルク制限によって設定された最終指令速度より小さく回転しながら素材の一定張力を保持する。
【００９４】
最終指令速度より低く誘導電動機２０が回転するため、素材の径は増加したものとして演算され、トルク制限演算部１２は、増加した径だげ大きくトルク制限を演算して、トルク制限部５に出力する。
【００９５】
摩擦損は、連続工程ラインの運行中に生じる要素であり、システムの制御性能を邪魔する要素であるため、損失として働く。連続工程ラインを駆動する前にこのような摩擦損を測定して補償するが、誘導電動機２０の最大速度（RPMmax）を１０区間に分けて各区間速度に応じた平均トルク損失を測定できる。測定した各区間損失を利用して下記式（４）のように速度に対する連続工程ラインの損失を推定して、前記式（３）に補償する。
【００９６】
【数４】
【００９７】
ここで、Ｓ1及びＳ2は、誘導電動機２０の最大速度を１０区間に分けたものの中から第１及び第２区間の電動機速度を示し、Ｔ1及びＴ2は、各々その時のトルクを示す。
【００９８】
本発明によると、指令速度演算部１で外部から入力される線速度指令と径演算部１１で演算された現在径を利用して、速度制御に必要な指令速度を演算する。
【００９９】
本発明では、径演算部１１で演算された現在の素材の径と外部から入力される張力指令、最小径及び連続工程ラインの誘導電動機摩擦損補償を利用して、トルク制限演算部４でトルク制限を演算して、速度制御部４の出力トルクを制限するトルク制限部５に適用する。
【０１００】
また、本発明では、指令速度演算部１で演算した速度に速度バイアスを足した値を最終指令速度として、誘導電動機２０を駆動して、トルク制限部５のトルク制限によって誘導電動機２０を駆動することによって、最終指令速度以下に誘導電動機２０が駆動するようにする。この時の誘導電動機２０の速度を利用して、径演算部１１で素材の径を演算するが、最終指令速度より低い速度で誘導電動機２０が駆動されるため径が増加し、これにより素材の張力を一定に保持するための張力センサー及び位置センサーであるロードセル及びダンサーを用いることなく誘導電動機２０の速度を安定的に制御することができる。
【０１０１】
以上から代表的な実施形態をもって本発明について詳細に説明したが、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者は、上述した実施形態に対して本発明の範疇から逸脱しない限り多様な変形が可能であることを理解するだろう。従って、本発明の権利範囲は、説明された実施形態に限って定まることなく、後述する特許請求範囲だけでなくこの特許請求範囲と均等物等によって定まらなければならない。
【符号の説明】
【０１０２】
１ 指令速度演算部
２、１５ 加算部
３、６、１３ 比較部
４ 速度制御部
５ トルク制限部
７ 電流制御部
８ 電圧座標変換部
９ ３相電圧変換部
１０ インバータ部
１１ 径演算部
１２ トルク制限演算部
１４ スリップ演算部
１６ 積分部
１７ 電流座標変換部
１８ ２相電流変換部
１９ 速度検出部
２０ 誘導電動機
１０１、１１３ 加算器
１０２、１０４、１０９、１１１ 比較器
１０３ 速度制御器
１０５ 電流制御器
１０６ 電圧座標変換器
１０７ ３相電圧変換器
１０８ インバータ部
１１０ ＰＩＤ制御器
１１２ スリップ演算器
１１４ 積分器
１１５ 電流座標変換器
１１６ ２相電流変換器
１１７ 速度検出器
１１８ 誘導電動機
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導電動機の回転速度を検出する検出部を含む誘導電動機の速度制御装置であって、
前記回転速度と、素材の最小径、前記誘導電動機の最大速度、及び線速度指令を利用して、前記素材の径を演算する第１演算部、
前記第１演算部が演算した素材の径、前記線速度指令、前記最小径、及び前記誘導電動機の最大速度を利用して、指令速度を演算する第２演算部、
前記指令速度に速度バイアスを加算して最終指令速度を出力する第１加算部、
前記最終指令速度と前記回転速度との誤差を補償して、トルク電流指令を生成する速度制御部、
前記第１演算部が演算した素材の径と、張力指令、素材の最小径、及び摩擦損補償を利用して、トルク制限を演算する第３演算部、及び
前記トルク制限により、前記トルク電流指令を所定範囲に制限する制限部を含むことを特徴とする、速度制御装置。
【請求項２】
前記第１加算部の出力である最終指令速度と前記回転速度との誤差を求めて、前記速度制御部に出力する第１比較部をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の速度制御装置。
【請求項３】
前記第１加算部の出力は前記第１比較部の非反転端子に、前記回転速度は前記第１比較部の反転端子に入力されることを特徴とする、請求項１または２に記載の速度制御装置。
【請求項４】
前記第３演算部は、次の式によってトルク制限を演算することを特徴とする、請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の速度制御装置。
【数１】
（但し、ワインダーモードでは摩擦損補償を足して出力し、アンワインダーモードでは摩擦損補償を引いて出力する）
【請求項５】
前記誘導電動機から検出した３相電流を回転座標系上の磁束電流とトルク電流に変換する第１変換部、
前記制限部の出力であるトルク電流指令と前記第１変換部から出力されるトルク電流との誤差を求める第２比較部、
磁束電流指令と前記第１変換部から出力される磁束電流との誤差を求める第３比較部、
前記第２及び第３比較部の出力を受信して、磁束電圧指令及びトルク電圧指令を出力する電流制御部、
前記磁束電圧指令とトルク電圧指令を固定座標系上の３相電圧に変換する第２変換部、及び
前記第２変換部から受信した３相電圧を変換して、前記誘導電動機に印加するインバータ部をさらに含むことを特徴とする、請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の速度制御装置。
【請求項６】
前記磁束電流指令と前記制限部の出力であるトルク電流指令及び前記誘導電動機の回転子時定数を利用して、スリップ周波数を演算する第４演算部、
前記スリップ周波数と前記検出部が検出した回転速度を加算する第２加算部、及び
前記第２加算部の出力を積分して、回転子磁束の位置を出力する積分部をさらに含むことを特徴とする、請求項５に記載の速度制御装置。
【請求項７】
前記回転子磁束の位置は、前記第１変換部及び第２変換部に入力されて、座標変換制御に利用されることを特徴とする、請求項５または６に記載の速度制御装置。
【請求項１】
誘導電動機の回転速度を検出する検出部を含む誘導電動機の速度制御装置であって、
前記回転速度と、素材の最小径、前記誘導電動機の最大速度、及び線速度指令を利用して、前記素材の径を演算する第１演算部、
前記第１演算部が演算した素材の径、前記線速度指令、前記最小径、及び前記誘導電動機の最大速度を利用して、指令速度を演算する第２演算部、
前記指令速度に速度バイアスを加算して最終指令速度を出力する第１加算部、
前記最終指令速度と前記回転速度との誤差を補償して、トルク電流指令を生成する速度制御部、
前記第１演算部が演算した素材の径と、張力指令、素材の最小径、及び摩擦損補償を利用して、トルク制限を演算する第３演算部、及び
前記トルク制限により、前記トルク電流指令を所定範囲に制限する制限部を含むことを特徴とする、速度制御装置。
【請求項２】
前記第１加算部の出力である最終指令速度と前記回転速度との誤差を求めて、前記速度制御部に出力する第１比較部をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の速度制御装置。
【請求項３】
前記第１加算部の出力は前記第１比較部の非反転端子に、前記回転速度は前記第１比較部の反転端子に入力されることを特徴とする、請求項１または２に記載の速度制御装置。
【請求項４】
前記第３演算部は、次の式によってトルク制限を演算することを特徴とする、請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の速度制御装置。
【数１】
（但し、ワインダーモードでは摩擦損補償を足して出力し、アンワインダーモードでは摩擦損補償を引いて出力する）
【請求項５】
前記誘導電動機から検出した３相電流を回転座標系上の磁束電流とトルク電流に変換する第１変換部、
前記制限部の出力であるトルク電流指令と前記第１変換部から出力されるトルク電流との誤差を求める第２比較部、
磁束電流指令と前記第１変換部から出力される磁束電流との誤差を求める第３比較部、
前記第２及び第３比較部の出力を受信して、磁束電圧指令及びトルク電圧指令を出力する電流制御部、
前記磁束電圧指令とトルク電圧指令を固定座標系上の３相電圧に変換する第２変換部、及び
前記第２変換部から受信した３相電圧を変換して、前記誘導電動機に印加するインバータ部をさらに含むことを特徴とする、請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の速度制御装置。
【請求項６】
前記磁束電流指令と前記制限部の出力であるトルク電流指令及び前記誘導電動機の回転子時定数を利用して、スリップ周波数を演算する第４演算部、
前記スリップ周波数と前記検出部が検出した回転速度を加算する第２加算部、及び
前記第２加算部の出力を積分して、回転子磁束の位置を出力する積分部をさらに含むことを特徴とする、請求項５に記載の速度制御装置。
【請求項７】
前記回転子磁束の位置は、前記第１変換部及び第２変換部に入力されて、座標変換制御に利用されることを特徴とする、請求項５または６に記載の速度制御装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１３−１７３８５（Ｐ２０１３−１７３８５Ａ）
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１５１３７５（Ｐ２０１２−１５１３７５）
【出願日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．イーサネット
【出願人】（５９３１２１３７９）エルエス産電株式会社 (221)
【氏名又は名称原語表記】ＬＳＩＳ ＣＯ．， ＬＴＤ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．イーサネット
【出願人】（５９３１２１３７９）エルエス産電株式会社 (221)
【氏名又は名称原語表記】ＬＳＩＳ ＣＯ．， ＬＴＤ
【Ｆターム（参考）】
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