巻取装置の制御について

Question

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。

Accepted Answer

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

Answer

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

Answer

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

Answer

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

Answer

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。

Answer

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

巻取装置の制御について