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解決済みの質問

巻取装置の制御について

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。

投稿日時 - 2018-11-11 11:17:13

QNo.9556736

すぐに回答ほしいです

質問者が選んだベストアンサー

下記マニュアルをダウンロードして熟読してください
LE7-40GU形 テンションコントローラ
http://www.mitsubishielectric.co.jp/fa/products/drv/tencon/pmerit/full_auto/le7-40gu.html
http://www.mitsubishielectric.co.jp/fa/products/drv/tencon/pmerit/full_auto/le-40mt.html
「巻径演算オプションの巻径データやライン速度/ライン加速度データから、」
「折線テーパ機能や慣性補償ゲインの自動演算などが可能になり、高機能な張力制御を行うことができます。」

「折線テーパ機能は、8点まで設定することができ」
この折れ線テーパの数も何故8点も要るのか?3点でいーじゃん?
ライン速度は分かるがライン加速度ってなんやねん?
「メカロス補正」ってなんやねん?

これらの機能は
>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)
この理論通りで行けるなら不要な機能です

>QD77MS シンプルモーション
これにはそれら自動補正機能は無いのでご自身で補正プログラムを作成する必要があります

一般的にそれら補正機能が必要になるのは
ニットや薄いフィルム等の延びやすいワークの場合は必須になります
綿布や鉄板とか全く伸びないワークには補正は不要だったりします

投稿日時 - 2018-11-19 22:21:40

お礼

いろいろご指導ありがとうございました。
メーカとも相談してみます。

投稿日時 - 2018-11-24 12:16:12

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回答(8)

ANo.7

テンションコントローラで張力制御してるなら
形式を開示して頂ければ話は早い
http://www.mitsubishielectric.co.jp/fa/products/drv/tencon/pmerit/full_auto/index.html
http://www.nireco.jp/product/web/index.html#62
もしかしてモーションコントローラとか?
http://www.mitsubishielectric.co.jp/fa/products/cnt/ssc/pmerit/ssciqr/r32mt/point.html

>速度制御モータで速度を上げると電流値は変わらないのにテンションが下がり、
>それを元に戻すためにPLCがモータの電流値をあげに行きました。

前回にも回答しましたがPLCから直接電流値を上げることは出来ません
PLCから可能な事はトルク制限だけです
まぁ、トルク制限値を上げたダケと言う事で

勝手ながら制御ブロック図を編集してみました
恐らく、このような制御システムになってると思います


1、モータAに速度指令を与えて運転する
2、モータAの速度が上がる
3、張力が下がってたるむ
4、テンションコントローラが張力低下を検出する
5、テンションコントローラがモータBにトルク指令出力する
6、モータBが加速する
7、テンションが上がる
8、設定した張力を超えたらモータBへの出力を下げる
9、設定した張力を下回ったらモータBへの出力を上げる


トルク制御が困難なのはトルク自体を直接制御できない事に有ります
トルクは負荷の反力として存在します
負荷が無かったらトルクは発生しません
本件では負荷を上げるには回転数を上げるしかありません
つまり、トルクを上げることは回転数を上げることに他なりません

ただ、更なる問題も
回転数を上げる=加速する=加速トルクが発生する
つまり、回転数を上げる為の余分なトルクが必要になる事です
まぁ、この問題を解決するのがテンションコントローラなんですけど

この辺りの事情を知らない方々は
「なんでテンションコントローラが要るんだ?」
と、なる

投稿日時 - 2018-11-18 21:54:37

補足

「制御システムはご推測の通り」ではなく「制御の流れはご推測の通り」でした。失礼いたしました。

投稿日時 - 2018-11-19 00:03:45

お礼

回答ありがとうございました。
使用機器は下記になります
LM-10WA-CCL形テンションメータ
QD77MS シンプルモーション
シンプルモーションのパラメータ設定でトルク制御モードを選択しています。
制御システムはご推測の通りです。
今回の装置では速度一定でトルクを変える、あるいはトルク一定で速度を変えるというようにそれぞれ独立して制御するように考えています。実機の検証でトルクを制御する電流値Iは速度の影響を受けるのは分かったのですが、それがなぜなのか?またIとωの関係がどのようになるのかというところで分からなくなってしまっています。

投稿日時 - 2018-11-19 00:01:14

ANo.6

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

投稿日時 - 2018-11-12 22:40:07

補足

「フィードバック制御をしていない」としていましたが、私の書き間違いです。実際にはテンションコントローラを使ってテンションが一定になるようにPLCでフィードバック制御しています。すみませんでした。
本件、実機で動作確認しました。その結果ですが、速度制御モータで速度を上げると電流値は変わらないのにテンションが下がり、それを元に戻すためにPLCがモータの電流値をあげに行きました。
RI^2=Tω・・・(1)
からするとTが規制されている場合はωとI^2が比例し、T=KI(Kはトルク定数)は成り立たないということなのでしょうか?訳が分からなくなってきました。

投稿日時 - 2018-11-18 18:44:53

ANo.5

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

投稿日時 - 2018-11-11 22:18:08

お礼

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

ANo.4

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。

投稿日時 - 2018-11-11 19:22:32

補足

実機で動作確認してみました。結果は電流一定でトルク一定にはなりませんでした。
その前に、前回のお礼の中で「フィードバック制御をしていない」としていましたが、実際にはテンションコントローラを使ってテンションが一定になるようにPLCでフィードバック制御しています。私の書き間違いです。
動作確認の結果ですが、速度制御モータで速度を上げると電流値は変わらないのにテンションが下がり、それを元に戻すためにPLCがモータの電流値をあげに行きました。
RI^2=Tω・・・(1)
からするとTが規制されている場合はωとI^2が比例し、T=KI(Kはトルク定数)は成り立たないということなのでしょうか?訳が分からなくなってきました。

投稿日時 - 2018-11-18 18:38:59

お礼

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

ANo.3

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

投稿日時 - 2018-11-11 12:43:37

補足

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

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

ANo.2

>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。

投稿日時 - 2018-11-11 12:42:00

お礼

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

ANo.1

 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。

投稿日時 - 2018-11-11 11:58:23

お礼

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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