[发明专利]电动机速度控制方法及装置

说明书

本发明涉及一种电动机速度的控制装置，它能对由于作用在负载与驱动负载的电动机之间轴上的转矩引起的振荡加以阻止或抑制，以及涉及电动机速度控制的方法。

对驱动作为负载的滚轧机、例如滚轧钢机的电动机速度控制的一种装置使用的速度控制系统如图3所示。

如图3所示的、该速度控制系统包括一个速度控制环及一个电流控制小环。该速度控制环包括一个速度检测器4，用于检测一个直流电动机3的转速，该电动机经过轴2与负载1连接，第一减法器5用于求得在指令速度值与由速度检测器4检测到的检测速度值之间的差，一个速度控制器6对第一减法器5传来的速度差作出响应，用于在一给定控制理论基础上输出一个指令电流值。该电流控制小环包括一个检测电动机3电流的电流检测器7，第二减法器8用于求得在由速度控制器6提供的指令电流值及由电流检测器7检测的检测电流值之间的差，及一个电流控制器9用于响应由第二减法器8提供的电流差，并在一给定控制理论的基础上将一指令电压值输出到控制电源10。该速度控制单元6及电流控制单元9一般地包括一个比例加积分的电路。

在速度控制装置中作控制目标的负载1与电动机受控制的情况下，如果电动机与负载的连接轴2具有足够的刚性，则该速度控制系统不会出现问题。但另一方面、如果该轴2呈现足够的弹性，则会观察到由作用在该轴上的转矩引起的电机速度与负载速度中的振荡，其原因将在下面给出，这样就显著地降低了速度控制能力。

在上述的电机控制装置中，所包括的电流控制小环是用来控制电枢电流的，也即正比于电动机产生的转矩的转矩电流。因此，不可能相应于电机速度直接地控制加速转矩，甚至在作用于轴上的转矩能被控制时也是为此。

作为一个例子，在公开的已审查日本专利申请63-1839中公开了一种用于抑制由作用在电机与负载连接轴上的转矩引起的振荡的电动机速度控制装置。

图4是表示一种电动机速度控制装置的方框图。图4中使用了与图3相同的标号用来表示与该图中对应相同的部分或元件。以下只对其不同的部分或元件作出详细的说明。作为一个用以直接相应于电动机速度控制产生的转矩之系统，在与电流控制系统相关的一个反馈系统中设置了一个轴转矩监测器30，它从速度检测器4及电流检测器7上接收检测速度值及检测速度值及检测电流值。该轴转矩监测器基于接收到的检测速度值及检测电流值实行算术运算，以获得一个估算的轴转矩值并将该估算值回输到电流控制的第二减法器8上。在这种情况下，利用算术计算由检测速度值及检测电流值及一个仅确定用于控制目标的数学模型，演算出该轴矩的模拟值。

这个包括轴转矩监测器30的电动机速度控制装置可预期用来抑制电动机轴的振荡到某种程度。

但是，该轴转矩监测器30有时不能得到估算的正确数值，因为其涉及这一问题：诸为估算的误差或对真实值的收敛率。也即，轴转矩监测器30是径由基于一给定理论的数学运算来估算轴转矩的，然而某些物理现象、诸为噪音并不象理论那样，常在真实应用环境中显露出来。因为这样的现象并未完全在数学模型中被考虑到，有时轴转矩的估算值是完全与所得的监测值相偏离的。在这种状况下，由于轴转矩监测器30的存在使速度控制特性降低了。

根据“监测器”理论，轴转矩监测器30需要对其作出监测的被控制对象的一个数学模型，但是对于电动机/负载系统要获得一个正确的数学模型是必定不容易的。如果基于一个不正确的模型，所得的轴转矩将会偏离真实的轴转矩，这是很显然的。

此外，如果被控制对象的参数、例如机械惯及粘性阻力在电动机工作时随着变化，即使当该数学模型在一个时间点或一个工作点上是正确时，也不能期望在整个工作期间或在整个工作区域上均有正确的估算。如果机械惯性是涉及到一个在电动机上连接轧辊的系统（用于滚轧机的轧辊），例如用于滚轧钢材或类似物的驱动系统中使用的，即使这时将惯性结合到数学模型中，也被证实是不能满足的，其理由在下文中给出。在滚轧钢材时，钢板的质量从它进入轧辊中间到它们离开滚轧现场的过程中是变化着的。在这时对所涉及的质量作出考虑是必要的。人们知道，当利用卷板机卷钢板时，被卷钢板的质量是随卷板操作过程的推进而渐渐增加的，因此，负载的质量在卷板操作开始至完成的时间中变化很大。即使机械惯性已明确地结合在数学模型中，也不可能作到的估算轴扭矩。

相似地，被监测对象的参数也需要用于建立数学模型，但是当被监测的一个对象被转换到另一个被监测对象上时每次负载的参数均有变化，要求对每次数学模型的调整作出麻烦的工作。