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巻取装置の制御について

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  • 質問No.9556736
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お礼率 83% (5/6)

線材の巻取制御で悩んでいます。
添付のようにモータ2個を使ってボビンにまかれた線材を巻取る装置を考えています。一方はトルク制御とし、もう一方は速度制御とします。
ボビンの直径はどちらも同じです。

トルクはモータの電流値で調整します。
ここでトルク制御側のトルクをT、回転速度をω、電圧をE、電流をIとします。
モータトルクは電流に比例するのでT=K・I(Kは定数)と考えています。・・・(1)
分からないのが
電気的に動力を考えた場合はP=E・I、機械的に考えた場合はP=T・ωなので
E・I=T・ωとなります。・・・(2)
とすると電流Iを一定のまま速度制御側で回転速度ωを変えたときトルクTが変わってしまい(1)と矛盾します。
大きな勘違いをしているのは分かっているのですがいくら考えてもわかりません。どなたか何を間違えているのか教えていただけないでしょうか?
なお現実的に知りたいのはトルク制御のIの計算にωをパラメータとして設ける必要があるか?また、その場合はどのように設ければ良いのか?ということです。

回答 (全6件)

  • 回答No.6

ベストアンサー率 53% (624/1168)

製造業・ものづくり カテゴリマスター
回答(5)再出

回答(2)さんのお礼文中にある
>今回トルク制御側のモータのトルクはフィードバックされていないのですが、
これはどーゆー意味ですか?
トルク制御用モータは三菱電機のサーボモータでは無いのですか?

現代の日本製産業用サーボモータはどこのメーカのでも
標準でモータ電流を実測してフィードバックしてます
つまりトルクをフィードバックしてます

また、サーボモータでなくブラシレスDCモータやベクトルインバータも
同様にトルクフィードバックしてます

因みにベクトルインバータの「ベクトル」の意味は
負荷電流からトルクをベクトル演算してるって言う意味です
ただ単に高級そうって言うだけの営業トーク用に作った用語ではありません
http://www.mitsubishielectric.co.jp/fa/products/drv/inv/pmerit/fr_a/fr_a800/a801.html
センサレスベクトル制御って言うのも
速度センサが無いって言う意味であって、電流センサも無いっていう意味では有りません
電流センサは標準装備してます

まぁ、海外製の安物はその限りでは無いかも知れませんが
感謝経済
  • 回答No.5

ベストアンサー率 53% (624/1168)

製造業・ものづくり カテゴリマスター
回答3です

ブラシ付きDCモータのトルク特性
http://ednjapan.com/edn/articles/1605/25/news042.html
電圧一定で駆動すると回転数はトルクと反比例する

これは何も制御してないブラシ付きDCモータ単体のトルク特性です
このモータの電圧を下げるとトルクが下がってトルク制御できます
設定したトルクになるまで勝手に回転数が上昇します

このブラシ付きDCモータの特性をエミュレートするように
ブラシレスDCモータやACサーボモータは設計されてます

サーボモータの回転数は周波数に比例します
基本は同期モータなので、回転磁界と回転子が正確に同期してる必要が有ります
その為にエンコーダフィードバックしてる

で、具体的なトルク制御の方式ですが
負荷電流をモニタして設定電流になるまで回転速度を上げます
(トルク=負荷電流xトルク係数)
負荷電流が下がれば周波数(回転数)を上げる
負荷電流が上がれば周波数(回転数)を下げる

結果的に負荷トルクとバランスする回転数に落ち着きます

因みに、前回に挙げたテンションコントローラは
負荷電流でなくて、負荷の張力をセンサで直接検出して
張力が一定になるように速度制御します
結果的に、トルク制御と同じ事になりますけど


>トルク一定で速度が変化しているのに本当に電流が一定でよいのか
厳密にはトルクは一定であったとしても電流が一定になる事はありません
トルク一定に追従制御するために電流は微細な振動を繰り返すから
http://www.mitsubishielectric.co.jp/fa/products/drv/servo/pmerit/mr_j4/amp/machine.html#pageUnit02
お礼コメント
ikno0776

お礼率 83% (5/6)

丁寧な回答いただきありがとうございました。
勉強になりました。
投稿日時 - 2018-11-12 21:36:07
  • 回答No.4

ベストアンサー率 59% (121/204)

製造業・ものづくり カテゴリマスター
回答(2)再出
>つまり速度ωが早くなる場合は電圧を上げて動力を増加させているということでしょうか?
そうです。
電流を一定に保つように電圧を制御すれば、結果としてそのようになります。
お礼コメント
ikno0776

お礼率 83% (5/6)

了解しました。ありがとうございました。
投稿日時 - 2018-11-11 19:36:38
  • 回答No.3

ベストアンサー率 53% (624/1168)

製造業・ものづくり カテゴリマスター
本件のモータはどんなモータでしょうか?
いにしえのブラシ付きDCモータでしょうか?
それもブラシレスDCモータでしょうか?
はたまた三相汎用誘導モータ+ベクトルインバータ
或いはACサーボモータか?

>電流Iを一定のまま速度制御側で回転速度ωを変えたとき
これは不可能です

多くの物理屋さんが直面する問題ですね
そもそもどーやって電流値を変更もしくは一定にするんでしょう?
或いはどーやって速度を変更するんしょう?

どんなモータであってもトルクや電流値は任意で変更できません
それは成り行きで決まるものです

ブラシ付きDCモータは電圧を任意に変更出来ますが
それ以外のパラメータは成り行きです

それ以外の上記に挙げたモータは速度のみ任意で変更可能です
トルクや電流値は成り行きです

成り行きとは負荷に拠って変わるという意味です
無負荷ではトルクはゼロ固定です
https://www.renesas.com/jp/ja/solutions/key-technology/motor-control/motor-types.html
https://www.renesas.com/jp/ja/solutions/key-technology/motor-control/motor-algorithms.html

テンションコントローラ
http://www.mitsubishielectric.co.jp/fa/products/drv/tencon/index.html
http://www.nireco.jp/product/web/index.html#62
アプリケーション事例
http://www.mitsubishielectric.co.jp/fa/products/drv/tencon/pmerit/case/index.html
補足コメント
ikno0776

お礼率 83% (5/6)

すみません。URLを間違えていました。訂正します。
<http://fa-faq.mitsubishielectric.co.jp/print/faq/10810?category_id=570>
投稿日時 - 2018-11-11 18:59:39
お礼コメント
ikno0776

お礼率 83% (5/6)

丁寧な回答ありがとうございました。
モータは三菱のACサーボモータを使用して速度制御とトルク制御を行っています。
電流を一定制御については三菱のQ&Aに「トルク(⼒)は電流に⽐例する」とした上で「トルク制御は巻取り装置などで、速度が変わっても材料に加わる⼒(張⼒)が常に⼀定とする時に使⽤します。」と書かれています。これを鵜呑みにすると速度ωについては無視すればよいような気がするのですが、トルク一定で速度が変化しているのに本当に電流が一定でよいのか疑問に感じ運転法案に確信が持てない状況に陥っています。
以下が三菱のQ&AのURLと内容です。

<https://mori.nc-net.or.jp/answer/thanks?aid=26688127&qid=9556736>
-----------------------------------------------
トルク制限とトルク制御の違いは︖両者の使い分けは︖
◆トルク(⼒)は電流に⽐例する
モータの発⽣するトルクは電流に⽐例しますので、ACサーボモータの電流を制御すればモータが発⽣するトルクを⾃在にコントロールすることができます。通常、ACサーボモータ(同期形)は300%余りの最⼤トルクを有しますが、任意の値以上にトルクが発⽣しないように制御するのを『トルク制限』と呼び、リミット機能となります。
⼀⽅、モータ の発⽣トルクが常にある値に⼀定に保つよう制御(コントロール機能)するのが『トルク制御』です。トルク制限は負荷や機械に必要以上の⼒が加わらないようにするとき、トルク制御は巻取り装置などで、速度が変わっても材料に加わる⼒(張⼒)が常に⼀定とする時に使⽤します。
◆トルクの⼤きさは⾃在に設定できる
制限または制御したいトルクの値は、通常、サーボアンプに与えるアナログ電圧(直流電圧)の⼤きさによって⾏えます。
◆トルク制限による停⽌時は 溜りパルスは残っている。
位置制御をしていてピンの圧⼊にトルク制限を使⽤している場合、トルク制限により停⽌した時は 偏差カウンタに溜りパルスが残っています。この状態でもとの待機位置に戻せば、位置ずれも無く継続して運転できますが、溜りパルスがあるからといって 偏差カウンタクリアをすると位置ずれをしますので注意が必要です。
また、トルク制限中にピンを取るなど負荷トルクが無くなると 溜りパルス分動いてしまいますので この点に関しましても注意が必要です。
◆トルク制御では⾼速回転に対する留意が必要
トルク制御の運転中に負荷がなくなると、発⽣トルクが全て加速トルクとなりモータの回転速度が上昇します。過速度アラームにならないように 使⽤するモータ速度にたいして数100r/min余裕を⾒込んで『速度制限』をかけるようにします。
投稿日時 - 2018-11-11 18:38:54
  • 回答No.2

ベストアンサー率 59% (121/204)

製造業・ものづくり カテゴリマスター
>電気的に動力を考えた場合はP=E・I
回転速度ωに対応して、モーターの電圧Eも変化するのです。
言い換えれば、所要のトルクを発生させために、電圧Eを可変できる駆動回路を使って、電流Iを一定化させるように印加電圧を制御するのです。
お礼コメント
ikno0776

お礼率 83% (5/6)

回答ありがとうございました。
今回トルク制御側のモータのトルクはフィードバックされていないのですが、それは関係なく電流が一定なるようにドライバー側で電圧を調整しているということでしょうか?つまり速度ωが早くなる場合は電圧を上げて動力を増加させているということでしょうか?
投稿日時 - 2018-11-11 18:52:24
  • 回答No.1

ベストアンサー率 33% (523/1553)

 モーターはトルク発生器だと言っているようではモーターに与えたエネルギの大部分が熱になるからです。トルクが電流に比例するなんてあなたの願いに過ぎないと思いますよ。紙の上で頑張るのは無駄です。
お礼コメント
ikno0776

お礼率 83% (5/6)

回答ありがとうございました。
現場で苦労しないように頑張ります。
投稿日時 - 2018-11-11 18:54:52
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