ACコントロールドライブのサプライヤーとして、さまざまな産業用途のパフォーマンスと効率性に対するカスケード制御モードの変革的影響を直接目撃しました。このブログでは、ACコントロールドライブのカスケード制御モードがどのように機能するかについての複雑さを掘り下げ、その原則、利点、および実用的なアプリケーションに光を当てます。
カスケード制御モードの理解
Cascade Controlは、プロセス変数の正確で安定した制御を実現するためにタンデムで動作する複数の制御ループを使用する洗練された制御戦略です。 ACコントロールドライブのコンテキストでは、カスケード制御モードは通常、電気モーターの速度、トルク、またはその他の重要なパラメーターを調節するために使用されます。
Cascade Controlの背後にある基本概念は、制御タスクを2つ以上のレベルに分割することです。それぞれが独自の制御パラメーターと目的セットを備えています。外側のループとも呼ばれる一次制御ループは、モーター速度など、制御するプロセス変数を監視します。セカンダリコントロールループ、または内側ループは、モーター電流などの主要な変数に影響を与えるために、より簡単に操作できる関連変数に焦点を当てています。
カスケード制御構造を使用することにより、シングルループ制御システムと比較して、より良い制御性能を実現できます。内側のループは、プロセスの障害と変化に迅速に応答しますが、外側のループは、プロセス全体の要件に基づいて内部ループの設定点を調整することにより、長期の安定性と精度を提供します。
ACコントロールドライブでカスケード制御モードの仕組み
ACコントロールドライブでカスケード制御モードがどのように実装されているかを詳しく見てみましょう。簡単にするために、誘導モーターの速度を制御したい典型的なアプリケーションに焦点を当てます。
ステップ1：プライマリセットポイントの設定
Cascade Controlの最初のステップは、主要な設定値を定義することです。これは、制御するプロセス変数の望ましい値を表すことです。この例では、主な設定値は望ましいモーター速度です。このセットポイントは、通常、ユーザーインターフェイスまたは通信ネットワークを介してACコントロールドライブの制御システムに入力されます。
ステップ2：プライマリ変数の測定
プライマリセットポイントが確立されると、ACコントロールドライブはプライマリ変数の実際の値を継続的に測定します。この場合、モーター速度です。これは通常、コントロールシステムにフィードバックを提供するエンコーダーやタコメーターなどの速度センサーを使用して行われます。
ステップ3：主要なエラーの計算
制御システムは、プライマリ変数の測定値をプライマリセットポイントと比較して、プライマリエラーを計算します。一次誤差は、モーター速度の望ましい値と実際の値の差を表します。
ステップ4：セカンダリセットポイントの調整
一次誤差に基づいて、外側のコントロールループは、セカンダリコントロールループの新しいセットポイントを計算します。このセカンダリセットポイントは、主要なエラーを最小限に抑え、モーター速度を目的の値に近づけるように設計されています。
ステップ5：セカンダリ変数の測定
次に、セカンダリコントロールループは、セカンダリ変数の実際の値を測定します。これは、この例ではモーター電流です。この測定は、セカンダリコントロールループにフィードバックを提供し、目的の範囲内で動作していることを確認するために使用されます。
ステップ6：セカンダリエラーの計算
一次制御ループと同様に、セカンダリコントロールループは、二次変数の測定値を二次設定点と比較して、二次誤差を計算します。二次誤差は、モーター電流の目的の値と実際の値の差を表します。
ステップ7：制御出力の調整
最後に、セカンダリコントロールループはセカンダリエラーを使用して適切な制御出力を計算します。これは、通常、モーターに送信される電圧または電流信号であり、速度を調整します。制御出力はリアルタイムで調整され、二次誤差を最小限に抑え、モーター電流が目的の範囲内に残ることを確認します。
ACコントロールドライブでのカスケード制御モードの利点
カスケード制御モードは、従来のシングルループ制御システムよりもいくつかの大きな利点を提供し、幅広い産業用アプリケーションに人気のある選択肢となっています。重要な利点には次のものがあります。
コントロールパフォーマンスが向上しました
複数の制御ループを使用することにより、カスケード制御モードは、プロセス変数のより正確で安定した制御を提供できます。内側のループは、プロセスの障害と変化に迅速に応答しますが、外側のループは、プロセス全体の要件に基づいて内部ループの設定点を調整することにより、長期の安定性と精度を提供します。
妨害拒絶の強化
カスケード制御モードは、プロセス変数に影響を与える可能性のある障害を拒否するのに特に効果的です。内側のループは、負荷の変化や電気ノイズなどの短期障害を迅速に補償できますが、外側のループは、プロセス環境や機器の摩耗の変化など、長期的な障害を説明するために内側ループの設定点を調整できます。
システムの柔軟性の向上
Cascade Control Modeは、制御システム設計の柔軟性を高めることができます。複数の制御ループを使用することにより、各ループの制御パラメーターを個別に調整して、さまざまな動作条件に対してシステムのパフォーマンスを最適化することができます。
エネルギー効率が向上しました
多くのアプリケーションでは、カスケード制御モードは、モーターのエネルギー消費を削減することにより、エネルギー効率を改善するのに役立ちます。カスケード制御モードは、目的の範囲内でモーターの速度と電流を維持することにより、モーターの過負荷または負荷に関連する損失を最小限に抑え、時間の経過とともに大幅なエネルギー節約をもたらします。
ACコントロールドライブでのカスケード制御モードの実用的なアプリケーション
カスケード制御モードは、プロセス変数の正確で安定した制御が必要なさまざまな産業用途で広く使用されています。一般的なアプリケーションには次のものがあります。
ポンプとファンのコントロール
ポンプおよびファンアプリケーションでは、カスケード制御モードを使用して、システムの流量または圧力要件に基づいてモーターの速度を調節できます。モーター速度をリアルタイムで調整することにより、カスケード制御モードは、ポンプまたはファンが最適な効率ポイントで動作し、エネルギー消費を削減し、機器の寿命を延ばすことができます。
コンベアベルト制御
コンベアベルトアプリケーションでは、カスケード制御モードを使用して、材料の流量またはベルト上の製品の位置に基づいてコンベアベルトの速度を制御できます。一定の速度と位置を維持することにより、カスケード制御モードはコンベアシステムの精度と効率を改善し、製品の損傷やダウンタイムのリスクを減らします。
工作機械制御
工作機械用途では、カスケード制御モードを使用して、ワークピースの切断要件に基づいて、スピンドルモーターの速度とトルクを調節できます。モーターの速度とトルクをリアルタイムで調整することにより、カスケード制御モードは、工作機械が最適な切断条件で動作することを保証し、機械加工プロセスの品質と精度を改善します。
結論
結論として、ACコントロールドライブのカスケード制御モードは、制御性能、外乱の拒否、システムの柔軟性、およびエネルギー効率の点で大きな利点を提供する強力で汎用性の高い制御戦略です。タンデムで動作する複数の制御ループを使用することにより、カスケード制御モードはプロセス変数の正確で安定した制御を提供することができ、幅広い産業用途に理想的な選択肢となります。
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参照
- ジョンソン、R。（2018）。産業制御システム：原則とアプリケーション。 McGraw-Hill Education。
- スミス、J。（2019）。電気ドライブの高度な制御技術。 Wiley-Ieee Press。
- ブラウン、A。（2020）。カスケード制御：理論と実践。スプリンガー。
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