DE102009009913A1

DE102009009913A1 - Motorpositionsregler

Info

Publication number: DE102009009913A1
Application number: DE102009009913A
Authority: DE
Inventors: Hirokazu Nagura; Hironori Ohashi; Yuri Takano
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2008-06-17
Filing date: 2009-02-20
Publication date: 2009-12-31
Also published as: JP2009303432A

Abstract

Ein Motorpositionsregler, der entworfen ist, um erfasste Motorpositionen befohlenen Positionswerten folgen zu lassen, umfasst ein Geschwindigkeitsbezugsmodell (10) zum Ausgeben von befohlenen Geschwindigkeitsbezugswerten, eine Geschwindigkeitsregelungseinheit (12), einen Geschwindigkeitsvorwärtskopplungsabschnitt (13) zum Ausgeben von Geschwindigkeitsvorwärtskopplungs-Ausgabesignalen, ein Positionsbezugsmodell (16) zum Ausgeben befohlener Positionsbezugswerte, eine Positionsregelungseinheit (18) und einen Positionsvorwärtskopplungsabschnitt (19) zum Ausgeben von Positionsvorwärtskopplungs-Ausgabesignalen. Der Motorpositionsregler kann unabhängig ein Positionsvorwärtskopplungsregelungssystem und ein Geschwindigkeitsvorwärtskopplungsregelungssystem nach Maßgabe einer Frequenzansprechung, unabhängig von dem Aufbau und dem Ansprechen eines Rückkopplungsregelungssystems, einstellen.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Motorpositionsregler für Industriemaschinen und dergleichen, und insbesondere einen Positionsregler für Motoren, die Regelungsziele einschließlich Maschinen antreiben.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bei dem Versuch, die Stabilisierungszeit von Positionierungseinheiten, die einen Motor, Roboterarme und dergleichen verwenden, zu reduzieren, muss als erstes das rückgekoppelte Regelungssystem zu einem schnelleren Ansprechen veranlasst werden. Wenn jedoch das rückgekoppelte Regelungssystem zu einem schnelleren Ansprechen veranlasst ist, wird das System aufgrund unzureichender Präzision von Geschwindigkeitssensoren und Positionsmessfühler und der erfassten mechanischen Schwingung instabil. Als allgemeine Lösung für dieses Problem wird eine vorwärtsgekoppelte Regelung, die nicht zu dem Erfassungssystem in Beziehung steht, zusammen mit dem rückgekoppelten Regelungssystem eingesetzt. Das als Stand der Technik zitierte Patentdokument 1 offenbart, dass ein Positionsbefehl differenziert wird, um das Ausmaß der Positionsvorwärtskopplungsregelung zu erhalten, das erhaltene Ausmaß der Positionsvorwärtskopplungsregelung wird zu dem Ausmaß der Regelung, das durch die Positionsschleifenregelung erhalten wird, addiert, um einen Geschwindigkeitsbefehl zu erzeugen, das erhaltene Ausmaß der Positionsvorwärtskopplungsregelung wird differenziert, um das Ausmaß der Geschwindigkeitspositionsvorwärtskopplungsregelung zu erhal ten, und das erhaltene Ausmaß der Geschwindigkeitsvorwärtskopplungsregelung wird zu einem Wert addiert, der durch die Geschwindigkeitsschleifenregelung erhalten wird, um einen Drehmomentstrombefehl zu erzeugen, wie in 2 gezeigt. Ebenfalls offenbart ist, dass der Geschwindigkeitsvorwärtskopplungskoeffizient α2 im Allgemeinen einen Wert nahe J/k_t annimmt (J: Trägheitsmoment, k_t: Drehmomentkonstante) und der Positionsvorwärtskopplungskoeffizient α1 wird nach Maßgabe der Motorkenndaten experimentell bestimmt.

Patentdokument 1: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. Hei 3(1991)-15911
Nicht-Patentdokument 1: Nonami, Nishimura „MATLAB Niyoru Seigyoriron No Kiso (Fundamental Control Theory with MATLAB – Grundlegende Regelungstheorie mit MATLAB)", Tokyo Denki University Press

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In dem in 2 gezeigten Stand der Technik wird der Positionsvorwärtskopplungskoeffizient α1 durch Versuch und Irrtum eingestellt. Ein weiteres Problem mit dem Stand der Technik wird durch Interferenz zwischen einem rückgekoppelten System und einem vorwärts gekoppelten System verursacht; wenn in einem System eine Einstellung geändert wird, muss auch das andere System neu eingestellt werden; ansonsten würde zuviel Überlauf bzw. Überfahren erzeugt werden.
Mit der vorliegenden Erfindung werden diese Probleme durch Anwendung des Konzepts einer Modellanpassungsregelung bei sowohl einem Geschwindigkeitsregelungssystem als auch einem Positionsrege lungssystem angesprochen. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass, wenn das Positionsregelungssystem als Modellanpassungsregelungssystem konfiguriert ist, ein integrierter Wert für ein Geschwindigkeitsbezugsmodell in dem Geschwindigkeitsregelungssystem, das vorab als weiteres Modellanpassungsregelungssystem konfiguriert ist, als Regelungsziel in dem Positionsregelungssystem ausgewählt wird. Nachstehend wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf den in 3 gezeigten Strukturplan des Modellanpassungsregelungssystems beschrieben (siehe Nicht-Patentdokument 1). In 3 steht M(s) für ein Bezugsmodell, K_b(s) steht für eine Rückkopplungsregelungseinheit und P(s) steht für ein nominelles bzw. Soll-Modell, das das Regelungsziel ist. Es ist bekannt, dass bei dieser Art von Modellanpassungsregelungssystem eine Zielansprechempfindlichkeit als Bezugsmodell M(s) gegeben sein kann und dann kann die Stör-Ansprechempfindlichkeit unter Verwendung der Rückkopplungsregelungseinheit K_b(s) individuell eingestellt werden. Dementsprechend wird, wenn das Ansprechen des Bezugsmodells M(s) auf einen höheren Wert als das Ansprechen der Rückkopplungsregelungseinheit K_b(s) eingestellt wird, eine hohe Objektrückverfolgbarkeit erzielt, ohne dass die Stabilität des Regelungssystems beeinträchtigt wird.
In der vorliegenden Erfindung ist das Geschwindigkeitsregelungssystem zunächst als Modellanpassungsregelungssystem konfiguriert. Das in 4 gezeigte starre Lastmodell wird als Regelungsziel betrachtet. In 4 steht J_M für das Trägheitsmoment auf der Motorseite, J_L steht für das Trägheitsmoment auf der Lastseite, k_t steht für eine Drehmomentkonstante, I_q steht für einen erfassten Drehmomentstromwert im Motor und ω_M steht für einen erfassten Motorgeschwindigkeitswert. Wenn angenommen wird, dass das Ansprechen in einem Stromregelungswert viel höher als das Ansprechen im Geschwindigkeitsregelungssystem ist, wenn J aus praktischen Gründen gleich J_M + J_L ist, kann das nominelle Modell P_S(s), das das Regelungsziel in dem Geschwindigkeitsregelungssystem ist, wie in Gleichung (21) dargestellt werden. [Gleichung 1]
Wenn das Geschwindigkeitsbezugsmodell M_S(s) im Geschwindigkeitsregelungssystem als die primären Verzögerungskenndaten der Geschwindigkeitsbezugsansprechungswinkelfrequenz ω_SC [rad/s] spezifiziert ist, kann das Geschwindigkeitsreferenzmodell M_S(s) wie in Gleichung (22) dargestellt werden. [Gleichung 2]
Die Übertragungsfunktion P_S ^–1(s)M_S(s) in einem Geschwindigkeitsvorwärtskopplungssystem kann wie in Gleichung (23) dargestellt werden. [Gleichung 3]
Als Nächstes wird das Positionsregelungssystem wie ein Modellanpassungsregelungssystem konfiguriert. Die Gleichung (24), durch die das als Modellanpassungsregelungssystem konfigurierte Geschwindigkeitsbezugsmodell M_S(s) integriert wurde, diente zur Ableitung des nominellen Modells P_P(s), welches das Regelungsziel im Positionsregelungssystem ist. [Gleichung 4]
Wenn das Positionsreferenzmodell M_P(s) im Geschwindigkeitsregelungssystem als die sekundären Verzögerungskenndaten der Positionsbezugsansprechungswinkelfrequenz ω_PC [rad/s] spezifiziert ist, kann das Positionsbezugsmodell M_P(s) wie in Gleichung (25) dargestellt werden. [Gleichung 5]
Die Übertragungsfunktion P_P ^–1(s)M_P(s) in einem Positionsvorwärtskopplungsabschnitt kann wie in Gleichung (26) dargestellt werden, was anzeigt, dass die Übertragungsfunktion korrekt ist. Wenn das Positionsbezugsmodell M_P(s) in Gleichung (25) als die primären Verzögerungscharakteristiken spezifiziert worden ist, wird die Übertragungsfunktion P_P ^–1(s)M_P(s) in einem Positionsvorwärtskopplungsabschnitt zu einem nicht-korrekten System (die Anzahl der Dimensionen im Zähler ist größer als die Anzahl der Dimensionen im Nenner), was die Übertragungsfunktion undurchführbar macht. Dies ist der Grund, weshalb das Positionsbezugsmodell M_P(s) als die sekundären Kenndaten spezifiziert wurde. [Gleichung 6]
Dies vervollständigt die Beschreibung der Einrichtungen im Regelungssystem, wenn das Regelungsziel ein starres Lastmodell ist. Als Nächstes werden, wenn das Regelungsziel als Resonanzlastmodell, wie in 5 gezeigt, beschrieben wird, die Einrichtungen im Regelungssystem beschrieben. In 5 steht J_M für das Trägheitsmoment auf der Motorseite, J_L steht für das Trägheitsmoment auf der Lastseite, C_F steht für den viskosen Reibungskoeffizienten eines Drehmomentübertragungsmechanismus, K_F steht für eine Federkonstante, τ_M steht für ein motorerzeugtes Drehmoment, τ_S steht für ein lastreaktives Drehmoment, k_t steht für eine Drehmomentkonstante, I_q steht für einen erfassten Drehmomentstromwert im Motor, ω_M steht für einen erfassten Motorgeschwindigkeitswert und ω_L steht für die Winkelgeschwindigkeit auf der Lastseite. Die Übertragungsfunktion P_Sr(s) des erfassten Motorgeschwindigkeitswerts ω_M bezüglich des erfassten Drehmomentstromwerts I_q im Motor wird wie in Gleichung (27) dargestellt und die Übertragungsfunktion P_ML(s) der Lastgeschwindigkeit ω_L bezüglich des erfassten Motorgeschwindigkeitswerts ω_M wird wie in Gleichung (28) dargestellt. Bei der Berechnung der Gleichungen (27) und (28) wurden Ersetzungen in den Gleichungen (29) und (32) ausgeführt. In den Gleichungen (27) bis (32) ist ω_a eine Antiresonanzwinkelfrequenz, ξ_a ist ein Dämpfungskoeffizient auf der Antiresonanzwinkelfrequenz ω_a, ω_m ist eine Resonanzwinkelfrequenz und ξ_m ist ein Dämpfungskoeffizient auf der Resonanzwinkelfrequenz ω_m. [Gleichung 7]
[Gleichung 8]
[Gleichung 9]
[Gleichung 10]
[Gleichung 11]
[Gleichung 12]
Die vorstehenden Ergebnisse werden verwendet, um das nominelle Modell P_Sr(s) zu ergeben, welches das Regelungsziel im Geschwindigkeitsregelungssystem ist, wenn das Regelungsziel als Resonanzlastmodell gemäß Gleichung (27) beschrieben werden kann. Wie in dem Fall, in dem das Regelungsziel ein starres Lastmodell ist, ist das Geschwindigkeitsbezugsmodell M_S(s) im Geschwindigkeitsregelungssystem gemäß Gleichung (22) gegeben. Die Übertragungsfunktion P_Sr ^–1(s)M_S(s) im Geschwindigkeitsvorwärtskopplungsabschnitt kann wie in Gleichung (33) dargestellt werden. [Gleichung 13]
Das als Modellanpassungsregelungssystem konfigurierte Positionsregelungssystem ist exakt das gleiche, als wenn das starre Lastmodell verwendet wird. Dies liegt daran, dass das Geschwindigkeitsbezugsmodell M_S(s) im Geschwindigkeitsregelungssystem gemäß Gleichung (22) gegeben ist, wie in dem Fall, in dem das Regelungsziel ein starres Lastmodell ist.
Wenn die Resonanzkenndaten als Übertragungsfunktion der Geschwindigkeitsvorwärtskopplungsfunktion verwendet werden, wie durch Gleichung (33) angegeben, ist auf diese Weise die Wirkung der Unterdrückung von Schwingungskomponenten, die in dem erfassten Motorgeschwindigkeitswert ω_M und dem erfassten Motorpositionswert θ_M beinhaltet sind, von Bedeutung. Jedoch ist die Schwingung auf der Lastseite, auf der die Motorseite ein Knoten ist, erhöht. Zur Vermeidung dieses Problems dient ein Positionsschwingungsunterdrückungsfilter zur Unterdrückung von Schwingung auf der Lastseite. Die Übertragungsfunktion P_ML(s) der Lastgeschwindigkeit ω_L bezüglich des erfassten Motorgeschwindigkeitswerts ω_M, die in Gleichung (28) gezeigt ist, dient zur Untersuchung dieses Filters. Zunächst ist klar, dass die Gleichung (28) gleich der Übertragungsfunktion der Lastposition θ_L bezüglich des erfassten Motorpositionswerts θ_M ist. Wenn angenommen wird, dass die Übertragungsfunktion des als Modellanpassungsregelungssystem konfigurierten Positionsregelungssystems gleich dem Positionsbezugsmodell M_P(s) im Positionsregelungssystem ist, ist, da das Positionsregelungssystem die Motorposition regelt, die Übertragungsfunktion θ_L/θ_M*, die im Bereich vom befohlenen Positionswert θ_M* bis zur Lastposition θ_L liegt, gleich M_P(s)P_ML(s) und dadurch gilt die Gleichung (34). [Gleichung 14]
Gleichung (34) beinhaltet die intrinsische Winkelfrequenz ω_a und den Schwingungspol des Dämpfungskoeffizienten ξ_a. Dementsprechend wird, wenn ξ_a kleiner 1 ist, die Schwingung an der Lastposition erzeugt. Ein Positionsschwingungsunterdrückungsfilter zur Reduzierung der Schwingung an der Lastposition wird dann zwischen einem Positionsbefehl und dem Positionsbezugsmodell eingefügt, wie in 8 oder 9 gezeigt. Wenn angenommen wird, dass die Übertragungsfunktion des Positionsschwingungsunterdrückungsfilters G_VS(s) ist, ist die Übertragungsfunktion θ_L/θ_M*, die im Bereich vom befohlenen Positionswert θ_M* mit dem Positionsschwingungsunterdrückungsfilter bis zur Lastposition θ_L liegt, gleich G_VS(s)M_P(s)P_ML(s), wie in Gleichung (35) gezeigt. [Gleichung 15]
Für die maximale Wirksamkeit des Positionsschwingungsunterdrückungsfilters genügt es, den Schwingungspol aus Gleichung (35) zu löschen. Zur Löschung des Schwingungspols wird s² + 2ξ_aω_as + ω_a ² im Zähler der Übertragungsfunktion G_VS(s) des Positionsschwingungsunterdrückungsfilters verwendet. Weiterhin muss zur Bildung von G_VS(s) als korrektem System (die Anzahl der Dimensionen im Nenner ist gleich der oder größer als die Anzahl der Dimensionen im Zähler) die Anzahl der Dimensionen im Nenner von G_VS(s) zwei oder mehr betragen. Es ist wünschenswert für das Positionsschwingungsunterdrückungsfilter, dass der Schwingungspol nicht in G_VS(s) selbst beinhaltet ist. Zusätzlich muss die Niedrigfrequenzverstärkung 1 sein. Der Nenner, der diese Bedingungen erfüllt, ist s² + 2ω_as + ω_a ². Dementsprechend wurde bestimmt, dass die Übertragungsfunktion G_VS(s) des Positionsschwingungsunterdrückungsfilters aus Gleichung (36) zu erhalten war. [Gleichung 36]
Die vorstehenden Einrichtungen zur Lösung des Problems ermöglichten es, dass das Konzept eines Modellanpassungsregelungssystems nicht nur auf das Geschwindigkeitsregelungssystem, sondern auch auf das Positionsregelungssystem angewendet wird. Das Positionsvorwärtskopplungsregelungssystem und das Geschwindigkeitsvorwärtskopplungsregelungssystem können dadurch nach Maßgabe der Frequenzkenndaten, unabhängig von Struktur und Ansprechen der Rückkopplungsregelungseinheit, eingestellt werden. Zusätzlich ist eine Schwingungsunterdrückung für eine Last in einem Schwingungssystem möglich, indem nur, für ein Positionsabwurffilter, der Dämpfungskoeffizient ξ_a und die Antiresonanzwinkelfrequenz ω_a in einer Übertragungsfunktion zwischen einem befohlenen Drehmomentstromwert und einem erfassten Motorgeschwindigkeitswert eingestellt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können das Positionsvorwärtskopplungsregelungssystem und das Geschwindigkeitsvorwärtskopplungsregelungssystem nach Maßgabe der Frequenzkenndaten, unabhängig von Struktur und Ansprechen der Rückkopplungsregelungseinheit, eingestellt werden. Zusätzlich ist eine Schwingungsunterdrückung für eine Last in einem Schwingungssystem möglich, indem nur die Antiresonanzwinkelfrequenz ω_a und der Dämpfungskoeffizient ξ_a eingestellt werden. Da alle Einstellungsparameter nach Maßgabe der Frequenzkenndaten unabhängig eingestellt werden können, können Einstellungen leicht vorhergesagt werden und die Betriebszeit verkürzen. Es ist auch möglich, alle Parameter relativ zu ω_a in der Antiresonanzwinkelfrequenz ω_a eines mechanischen Systems gleichzeitig einzustellen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm, das eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist ein Blockdiagramm, das den Stand der Technik zeigt.
3 ist ein Blockdiagramm, das ein Modellanpassungssystem zeigt.
4 ist ein Blockdiagramm, das ein starres Lastmodell zeigt.
5 ist ein Blockdiagramm, das ein Resonanzlastmodell (Zwei-Trägheitenmodell) zeigt.
6A und 6B sind Grafiken, die Positionierungswellenformen mit unterschiedlichen Rückkopplungsansprechungen vergleichen.
7 ist ein Blockdiagramm, das eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
8 ist ein Blockdiagramm, das eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
9 ist eine Grafik, die Positionierungswellenformen für eine Resonanzlast (zweite Ausführungsform) zeigt.
10 ist eine Grafik, die Positionierungswellenformen für eine Resonanzlast (dritte Ausführungsform) zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen eingehend erläutert.
[Erste Ausführungsform]
Unter Bezugnahme auf 1 wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. In der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform wurde das Konzept einer Anpassungsmodellregelung auf sowohl ein Geschwindigkeitsregelungssystem als auch ein Positionsregelungssystem angewendet. Die erste Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass sie unter der Annahme der Verwendung des in 4 gezeigten starren Lastmodells als Hauptregelungsziel entworfen wurde.
Die erste Ausführungsform in 1 beinhaltet einen Motor 1, eine angetriebene Last 2, die vom Motor 1 angetrieben wird, eine Verbindungsachse 3 zum Verbinden des Motors 1 mit der angetriebenen Last 2, einen elektrischen Wandler 4 zum Ansteuern des Motors 1, eine Positionserfassungsvorrichtung 5 zum Ausgeben des erfassten Positionswerts θ_M für die Drehachse des Motors 1, wobei die Positionserfassungsvorrichtung an der Drehachse des Motors 1 angebracht ist, eine Stromerfassungsvorrichtung 6 zum Erhalten des dem Motor 1 zugeführten erfassten Drehmomentstromwerts I_q, einen Subtrahierer 7 zum Berechnen der Drehmomentstromdifferenz I_e zwischen dem befohlenen Drehmomentstromwert I_q* und dem erfassten Drehmomentstromwert I_q, der dem Motor 1 zugeführt wird, eine Stromregelungseinheit 8 zum Einstellen des von dem elektrischen Wandler 4 zugeführten Ausgangsstroms nach Maßgabe der Drehmomentstromdifferenz I_e, eine Geschwindigkeitsberechnungseinheit 9 zum Berechnen des erfassten Geschwindigkeitswerts ω_M des Motors 1 von einer Änderung des erfassten Positionswerts θ_M im Lauf der Zeit, ein Geschwindigkeitsbezugsmodell 10 zum Empfangen des befohlenen Motorgeschwindigkeitswerts ω_M* und Ausgeben des befohlenen Geschwindigkeitsbezugswerts ω_mdl*, einen Subtrahierer 11 zum Berechnen der Motorgeschwindigkeitsdifferenz ω_e zwischen dem befoh lenen Geschwindigkeitsbezugswert θ_mdl* und dem erfassten Motorgeschwindigkeitswert ω_M, eine Geschwindigkeitsregelungseinheit 12 zum Empfangen der Motorgeschwindigkeitsdifferenz ω_e und Ausgeben des Geschwindigkeitsregelungseinheits-Ausgabesignals I_fbc zur Reduzierung der Motorgeschwindigkeitsdifferenz ω_e auf Null, einen Geschwindigkeitsvorwärtskopplungsabschnitt 13 zum Empfangen des befohlenen Motorgeschwindigkeitswerts ω_M* und Ausgeben des Geschwindigkeitsvorwärtskopplungs-Ausgabesignals I_ffc, einen Addierer 14 zum Berechnen des befohlenen Drehmomentstromwerts I_q* durch Addieren des Geschwindigkeitsvorwärtskopplungs-Ausgabesignals I_ffc zu dem Geschwindigkeitsregelungseinheits-Ausgabesignal I_fbc, eine Positionsbefehlserzeugungseinrichtung 15 zum Ausgeben des befohlenen Positionswerts θ_M*, ein Positionsbezugsmodell 16 zum Empfangen des befohlenen Positionswerts θ_M* und Ausgeben des befohlenen Positionsbezugswerts θ_mdl*, einen Subtrahierer 17 zum Berechnen der Positionsdifferenz θ_e zwischen dem befohlenen Positionsbezugswert θ_mdl* und dem erfassten Positionswert θ_M, eine Positionsreglereinheit 18 zum Empfangen der Positionsdifferenz θ_e und Ausgeben des Positionsreglereinheits-Ausgabesignals ω_fbc zur Reduzierung der Positionsdifferenz θ_e auf Null, einen Positionsvorwärtskopplungsabschnitt 19 zum Empfangen des befohlenen Positionswerts θ_M* und Ausgeben des Positionsvorwärtskopplungs-Ausgabesignals ω_ffc und einen Addierer 20 zum Berechnen des befohlenen Motorgeschwindigkeitswerts ω_M* durch Addieren des Positionsvorwärtskopplungs-Ausgabesignals ω_ffc zum Positionsreglereinheits-Ausgabesignal ω_fbc.
Zur Implementierung der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform wurde das Konzept einer Modellanpassungsregelung auf sowohl ein Geschwindigkeitsregelungssystem als auch ein Positionsregelungssystem angewendet. Insbesondere ist die erste Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, dass, wenn das Positionsregelungssystem als Modellanpassungsregelungssystem konfiguriert ist, ein integrierter Wert eines Geschwindigkeitsbezugsmodells im Geschwindigkeitsregelungssystem, das vorab als weiteres Modellanpassungsregelungssystem konfiguriert ist, als Regelungsziel im Positionsregelungssystem ausgewählt wird. Die erste Ausführungsform wird nachstehend unter Bezugnahme auf das Strukturdiagramm des in 3 gezeigten Modellanpassungsregelungssystems beschrieben (siehe Nicht-Patentdokument 1). In 3 steht M(s) für ein Bezugsmodell, K_b(s) steht für eine Rückkopplungsregelungseinheit und P(s) steht für ein nominelles Modell, das das Regelungsziel ist. Es ist bekannt, dass bei dieser Art von Modellanpassungsregelungssystem eine Zielansprechempfindlichkeit als Bezugsmodell M(s) gegeben sein kann und dann kann eine Stör-Ansprechempfindlichkeit unter Verwendung der Rückkopplungsregelungseinheit K_b(s) individuell eingestellt werden. Dementsprechend wird, wenn das Ansprechen des Bezugsmodells M(s) auf einen höheren Wert als das Ansprechen der Rückkopplungsregelungseinheit K_b(s) eingestellt ist, eine hohe Objektrückverfolgbarkeit erzielt, ohne dass die Stabilität des Regelungssystems beeinträchtigt wird. In der ersten Ausführungsform wird das Geschwindigkeitsregelungssystem zunächst als Modellanpassungsregelungssystem konfiguriert. Das in 4 gezeigte starre Lastmodell wird als Regelungsziel betrachtet. In 4 steht J_M für das Trägheitsmoment auf der Motorseite, J_L steht für das Trägheitsmoment auf der Lastseite, k_t steht für eine Drehmomentkonstante, I_q steht für einen erfassten Drehmomentstromwert im Motor und ω_M steht für einen erfassten Motorgeschwindigkeitswert. Wenn angenommen wird, dass das Ansprechen in einem Stromregelungssystem viel höher als das Ansprechen im Geschwindigkeitsregelungssystem ist, wenn J aus praktischen Gründen gleich J_M + J_L ist, kann das nominelle Modell P_S(s), das im Geschwindigkeitsregelungssystem das Regelungsziel ist, wie in Gleichung (21) dargestellt werden. Zusätzlich wurde das Geschwindigkeitsbezugsmodell M_S(s) im Geschwindigkeitsregelungssystem als die primären Verzögerungskenndaten der Geschwindigkeits bezugsansprechungswinkelfrequenz ω_SC [rad/s] in Gleichung (22) spezifiziert. Die Übertragungsfunktion P_S ^–1(s)M_S(s) in einem Geschwindigkeitsvorwärtskopplungsabschnitt wird gemäß Gleichung (23) berechnet.
Als Nächstes wird das Positionsregelungssystem als Modellanpassungsregelungssystem konfiguriert. Die Gleichung (24), durch die das als Modellanpassungsregelungssystem konfigurierte Geschwindigkeitsbezugsmodell M_S(s) integriert wurde, diente zur Ableitung des nominellen Modells P_P(s), das im Positionsregelungssystem das Regelungsziel ist. Zusätzlich wurde das Positionsbezugsmodell M_P(s) im Positionsregelungssystem als die sekundären Verzögerungskenndaten der Positionsbezugsansprechungswinkelfrequenz ω_PC [rad/s] in Gleichung (25) spezifiziert. Die Übertragungsfunktion P_P ^–1(s)M_P(s) in einem Positionsvorwärtskopplungsabschnitt wird gemäß Gleichung (26) berechnet. Dies beendet die Beschreibung des Aufbaus in der ersten Ausführungsform.
Als Nächstes wird beschrieben, wie Regelungsparameter eingestellt werden. Die vorstehend beschriebenen Modellanpassungsregelungssysteme sind dadurch gekennzeichnet, dass sie unabhängig von Struktur und Ansprechen der Rückkopplungsregelungseinheit eingesetzt werden können. Als spezifische Beispiele werden die Übertragungsfunktion G_P(s) der Positionsreglereinheit und die Übertragungsfunktion G_S(s) der Geschwindigkeitsregelungseinheit jeweils wie in den Gleichungen (37) und (38) dargestellt.
[Gleichung 17]

GP(s) = ωfbc/θe = ωpcfb (37)

[Gleichung 18]
In den Gleichungen (37) und (38) steht ω_pcfb für die Positionsregleransprechungswinkelfrequenz der Positionsreglereinheit, J steht für den Gesamtträgheitsmoment einer anzutreibenden Last und des Motors, k_t steht für die Drehmomentkonstante des Motors, ω_scfb steht für die Geschwindigkeitsregelungsansprechungswinkelfrequenz der Geschwindigkeitsregelungseinheit, N steht für eine positive Konstante und s steht für einen Laplace-Operator. Es wurde angenommen, dass das in 4 gezeigte starre Lastmodell das Regelungsziel in der ersten Ausführungsform ist. In der Praxis jedoch fungiert das Modell als Resonanzlastmodell, wie in 5 gezeigt, in einem hohen Frequenzband. In 5 steht J_M für das Trägheitsmoment auf der Motorseite, J_L steht für das Trägheitsmoment auf der Lastseite, C_F steht für den viskosen Reibungskoeffizienten eines Drehmomentübertragungsmechanismus, K_F steht für eine Federkonstante, τ_M steht für ein vom Motor erzeugtes Drehmoment, τ_s steht für ein lastreaktives Drehmoment, k_t steht für eine Drehmomentkonstante, I_q steht für einen erfassten Drehmomentstromwert im Motor, ω_M steht für einen erfassten Motorgeschwindigkeitswert und ω_L steht für die Winkelgeschwindigkeit auf der Lastseite. Ersetzungen in den Gleichungen (29) bis (32) werden ausgeführt, um die Übertragungsfunktion P_Sr(s) des erfassten Motorgeschwindigkeitswerts ω_M bezüglich des erfassten Drehmomentstromwerts I_q im Motor wie in Gleichung (27) darzustellen und die Übertragungsfunktion P_ML(s) der Lastgeschwindigkeit ω_L bezüglich des erfassten Motorgeschwindigkeitswerts ω_M wie in Gleichung (28) darzustellen. In den Gleichungen (27) bis (32) ist ω_a eine Antiresonanzwinkelfrequenz, ξ_a ist ein Dämpfungskoeffizient auf der Antiresonanzwinkelfrequenz ω_a, ω_m ist eine Resonanzwinkelfrequenz und ξ_m ist ein Dämpfungskoeffizient auf der Resonanzwinkelfrequenz ω_m. Das heißt, wenn der erfasste Drehmomentstromwert I_q einschließlich der Frequenzkomponente der Winkelfrequenz ω_a erzeugt wird, verur sacht die Last eine Resonanz auf der Winkelfrequenz ω_a, was eine wünschenswerte Regelung verhindert. Um dies zu vermeiden, werden Regelungsparameter wie nachstehend beschrieben unter Beachtung der Antiresonanzwinkelfrequenz ω_a eingestellt.
Wenn das Zielpositionsansprechungsresonanzverhältnis α_vib als reale Zahl, die größer oder gleich 0,3 und kleiner oder gleich 1 ist, definiert ist, wird die Positionsbezugsansprechungswinkelfrequenz ω_PC gemäß Gleichung (39) berechnet.
[Gleichung 19]

ωPC = αvib·ωa (39)

Wenn das Geschwindigkeits-/Positionsansprechungsverhältnis α_spr als reale Zahl, die größer oder gleich 4 und kleiner oder gleich 7 ist, definiert ist, wird die Geschwindigkeitsbezugsansprechungswinkelfrequenz ω_SC gemäß Gleichung (40) berechnet.
[Gleichung 20]

ωSC = αspr·ωPC (40)

Wenn das Rückkopplungsansprechungsreduktionsverhältnis α_fbr als reale Zahl, die größer oder gleich 0,5 und kleiner oder gleich 1 definiert ist, wird die Positionsregleransprechungswinkelfrequenz ω_pcfb unter Verwendung der Positionsbezugsansprechungswinkelfrequenz ω_PC wie in Gleichung (41) berechnet.
[Gleichung 21]

ωpcfb = αfbr·ωPC (41)

Wenn das Geschwindigkeitspositionsansprechungsresonanzverhältnis α_spr als reale Zahl, die größer oder gleich 4 und kleiner oder gleich 7 ist, definiert ist, wird die Geschwindigkeitsregelungsansprechungswinkelfrequenz ω_scfb gemäß Gleichung (42) berechnet.
[Gleichung 22]

ωscfb = αspr·ωpcfb (42)

Wenn diese Einstellungen ausgeführt sind, können alle Parameter, die zur Einstellung des Regelungssystems erforderlich sind, wie etwa die Positionsbezugsansprechungswinkelfrequenz ω_PC, die Geschwindigkeitsbezugsansprechungswinkelfrequenz ω_SC, die Positionsregleransprechungswinkelfrequenz ω_pcfb und die Geschwindigkeitsregelungsansprechungswinkelfrequenz ω_scfb, einfach durch Einstellen der Antiresonanzwinkelfrequenz ω_a berechnet werden. Wenn der Wert der Antiresonanzwinkelfrequenz ω_a unbekannt ist, genügt es, zunächst einen kleinen Wert für ω_a einzusetzen und den Wert von ω_a allmählich innerhalb eines Bereichs zu erhöhen, in dem das Regelungssystem stabil bleibt.
Als Nächstes werden in 1 konfigurierte Positionierungswellenformen in der ersten Ausführungsform mit Positionierungswellenformen, die im in 2 gezeigten Stand der Technik konfiguriert sind, verglichen, wobei eine Rückkopplungsregelungsansprechung für diese Positionierungswellenformen geändert wird, und es werden die Vergleichsergebnisse. 6A zeigt Positionierungswellenformen für das starre Lastmodell, wenn Parameter α_vib, α_spr und α_fbr im Regelungssystem auf 0,83 bzw. 6 bzw. 0,5 in der ersten Ausführungsform festgesetzt werden, wobei die Parameter vorab eingestellt werden; die Wellenform 40 steht für den befohlenen Positionswert, die Wellenform 41 steht für den erfassten Motorpositionswert θ_M, wenn die Einstellung der Antiresonanzwinkelfrequenz ω_a, die bei der Berechnung der Gleichung (39) verwendet wird, auf 251 [rad/s] eingestellt ist, und die Wellenform 42 steht für den erfassten Motorpositionswert θ_M, wenn die Einstellung der Antiresonanzwinkelfrequenz ω_a, die bei der Berechnung der Gleichung (39) verwendet wird, auf 503 [rad/s] eingestellt ist, was das Doppelte der Einstellung der Wellenform 41 ist. Für die Wellenform 41 ist ω_PC auf 209 [rad/s] gemäß Gleichung (39) eingestellt, ω_SC ist auf 1256 [rad/s] gemäß Gleichung (40) eingestellt, ω_pcfb ist auf 105 [rad/s] gemäß Gleichung (41) eingestellt und ω_scfb ist auf 628 [rad/s] gemäß Gleichung (42) eingestellt. Für die Wellenform 42 ist ω_PC auf 417 [rad/s] gemäß Gleichung (39) eingestellt, ω_SC ist auf 2503 [rad/s] gemäß Gleichung (40) eingestellt, ω_pcfb ist auf 209 [rad/s] gemäß Gleichung (41) eingestellt und ω_scfb ist auf 1252 [rad/s] gemäß Gleichung (42) eingestellt. Wie aus dem Vergleich zwischen den Wellenformen 41 und 42 ersichtlich ist, können Ansprechungen in dem gesamten Regelungssystem in der ersten Ausführungsform einfach durch Ändern der Einstellung der Antiresonanzwinkelfrequenz ω_a leicht geändert werden, ohne diese Wellenformen vor und nach der Änderung zu stören.
6B zeigt Positionierungswellenformen für das starre Lastmodell, wenn vorab eingestellte Regelungssystemparameter α1 und α2 auf 0,95 bzw. 1,0 festgesetzt sind; die Wellenform 43 steht für den befohlenen Positionswert, die Wellenform 44 steht für den erfassten Motorpositionswert θ_M, wenn ω_pcfb und ω_scfb auf 105 bzw. 628 [rad/s] eingestellt sind, und die Wellenform 45 steht für den erfassten Motorpositionswert θ_M, wenn ω_pcfb und ω_scfb auf 209 bzw. 1252 [rad/s] eingestellt sind, die bei einem Vergleich mit der Wellenform 44 der doppelten Rückkopplungsregelungsansprechung entsprechen. Wie aus dem Vergleich zwischen den Wellenformen 44 und 45 ersichtlich ist, tritt im Stand der Technik ein Überlauf auf, wenn nicht die Verstärkungen α1 und α2, die Vorwärtskopplungsparameter sind, nach Maßgabe der Änderungen in den Rückkopplungsregelparametern neu eingestellt werden.
[Zweite Ausführungsform]
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. In der in 7 gezeigten zweiten Ausführungsform wurde das Konzept der Anpassungsmodellregelung sowohl auf ein Geschwindigkeitsregelungssystem als auch ein Positionsregelungssystem angewendet. Die zweite Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass sie unter der Annahme der Verwendung des in 5 gezeigten Resonanzlastmodells (Zwei-Trägheitenmodell) als dem Hauptregelungsziel entworfen wurde.
Die zweite Ausführungsform in 7 beinhaltet einen Motor 1, eine angetriebene Last 2, die vom Motor 1 angetrieben wird, eine Verbindungsachse 3 zum Verbinden des Motors 1 mit der angetriebenen Last 2, einen elektrischen Wandler 4 zum Ansteuern des Motors 1, eine Positionserfassungsvorrichtung 5 zum Ausgeben des erfassten Positionswerts θ_M für die Drehachse des Motors 1, wobei die Positionserfassungsvorrichtung an der Drehachse des Motors 1 angebracht ist, eine Stromerfassungsvorrichtung 6 zum Erhalten des dem Motor 1 zugeführten erfassten Drehmomentstromwerts I_q, einen Subtrahierer 7 zum Berechnen der Drehmomentstromdifferenz I_e zwischen dem befohlenen Drehmomentstromwert I_q* und dem erfassten Drehmomentstromwert I_q, der dem Motor 1 zugeführt wird, eine Stromregelungseinheit 8 zum Einstellen des von dem elektrischen Wandler 4 zugeführten Ausgangsstroms nach Maßgabe der Drehmomentstromdifferenz I_e, eine Geschwindigkeitsberechnungseinheit 9 zum Berechnen des erfassten Geschwindigkeitswerts ω_M des Motors 1 von einer Änderung des erfassten Positionswerts θ_M im Lauf der Zeit, ein Geschwindigkeitsbezugsmodell 10 zum Empfangen des befohlenen Motorgeschwindigkeitswerts ω_M* und Ausgeben des befohlenen Geschwindigkeitsbezugswerts ω_mdl*, einen Subtrahierer 11 zum Berechnen der Motorgeschwindigkeitsdifferenz ω_e zwischen dem befoh lenen Geschwindigkeitsbezugswert θ_mdl* und dem erfassten Motorgeschwindigkeitswert ω_M, eine Geschwindigkeitsregelungseinheit 12 zum Empfangen der Motorgeschwindigkeitsdifferenz ω_e und Ausgeben des Geschwindigkeitsregelungseinheits-Ausgabesignals I_fbc zur Reduzierung der Motorgeschwindigkeitsdifferenz ω_e auf Null, einen Geschwindigkeitsvorwärtskopplungsabschnitt 27 zum Empfangen des befohlenen Motorgeschwindigkeitswerts ω_M* und Ausgeben des Geschwindigkeitsvorwärtskopplungs-Ausgabesignals I_ffc, wobei der Geschwindigkeitsvorwärtskopplungsabschnitt ein Resonanzmodell einschließt, einen Addierer 14 zum Berechnen des befohlenen Drehmomentstromwerts I_q* durch Addieren des Geschwindigkeitsvorwärtskopplungs-Ausgabesignals I_ffc zu dem Geschwindigkeitsregelungseinheits-Ausgabesignal I_fbc, eine Positionsbefehlserzeugungseinrichtung 15 zum Ausgeben des befohlenen Positionswerts θ_M*, ein Positionsschwingungsunterdrückungsfilter 26 zum Empfangen des befohlenen Positionsgeschwindigkeitswerts θ_M* und Ausgeben des Positionsschwingungsunterdrückungsfilter-Ausgabesignals θ_VS*, ein Positionsbezugsmodell 16 zum Empfangen des Positionsschwingungsunterdrückungsfilter-Ausgabesignals θ_VS* und Ausgeben des befohlenen Positionsbezugswerts θ_mdl*, einen Subtrahierer 17 zum Berechnen der Positionsdifferenz θ_e zwischen dem befohlenen Positionsbezugswert θ_mdl* und dem erfassten Positionswert θ_M, eine Positionsreglereinheit 18 zum Empfangen der Positionsdifferenz θ_e und Ausgeben des Positionsreglereinheits-Ausgabesignals ω_fbc zur Reduzierung der Positionsdifferenz θ_e auf Null, einen Positionsvorwärtskopplungsabschnitt 19 zum Empfangen des Positionsschwingungsunterdrückungsfilter-Ausgabesignals θ_VS* und Ausgeben des Positionsvorwärtskopplungs-Ausgabesignals ω_ffc und einen Addierer 20 zum Berechnen des befohlenen Motorgeschwindigkeitswerts ω_M* durch Addieren des Positionsvorwärtskopplungs-Ausgabesignals ω_ffc zum Positionsreglereinheits-Ausgabesignal ω_fbc.
Zur Implementierung der in 7 gezeigten zweiten Ausführungsform wurde das Konzept einer Modellanpassungsregelung auf sowohl ein Geschwindigkeitsregelungssystem als auch ein Positionsregelungssystem in derselben Art und Weise wie in der ersten Ausführungsform angewendet. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, dass angenommen wurde, dass das in 5 gezeigte Resonanzlastmodell (Zwei-Trägheitenmodell) das Hauptregelungsziel ist. Die in einem Modellanpassungsregelungssystem beinhalteten Einrichtungen werden für einen Fall beschrieben, in dem das Regelungsziel als das Resonanzlastmodell beschrieben ist, das in 5 gezeigt ist. In 5 steht J_M für das Trägheitsmoment auf der Motorseite, J_L steht für das Trägheitsmoment auf der Lastseite, C_F steht für den viskosen Reibungskoeffizienten eines Drehmomentübertragungsmechanismus, K_F steht für eine Federkonstante, τ_M steht für ein vom Motor erzeugtes Drehmoment, τ_s steht für ein lastreaktives Drehmoment, k_t steht für eine Drehmomentkonstante, I_q steht für einen erfassten Drehmomentstromwert im Motor, ω_M steht für einen erfassten Motorgeschwindigkeitswert und ω_L steht für die Winkelgeschwindigkeit auf der Lastseite. Die Übertragungsfunktion P_Sr(s) des erfassten Motorgeschwindigkeitswerts ω_M bezüglich des erfassten Drehmomentstromwerts I_q im Motor wird wie in Gleichung (27) dargestellt und die Übertragungsfunktion P_ML(s) der Lastgeschwindigkeit ω_L bezüglich des erfassten Motorgeschwindigkeitswerts ω_M wird wie in Gleichung (28) dargestellt. Beim Berechnen der Gleichungen (27) und (28) wurden Ersetzungen in den Gleichungen (29) bis (32) ausgeführt. In den Gleichungen (27) bis (32) ist ω_a eine Antiresonanzwinkelfrequenz, ξ_a ist ein Dämpfungskoeffizient auf der Antiresonanzwinkelfrequenz ω_a, ω_m ist eine Resonanzwinkelfrequenz und ξ_m ist ein Dämpfungskoeffizient auf der Resonanzwinkelfrequenz ω_m. Die obigen Ergebnisse dienen dazu, das nominelle Modell P_Sr(s), das das Regelungsziel in dem Geschwindigkeitsregelungssystem ist, wenn das Regelungsziel als Resonanzlastmodell beschrieben werden kann, gemäß Gleichung (27) zu ergeben. Wie in dem Fall, in dem das Regelungsziel das starre Lastmodell ist, ist das Geschwindigkeitsbezugsmodell M_S(s) im Geschwindigkeitsregelungssystem gemäß Gleichung (22) gegeben. Die Übertragungsfunktion P_Sr ^–1(s)M_S(s) im Geschwindigkeitsvorwärtskopplungsabschnitt kann wie in Gleichung (33) dargestellt werden. Das Positionsregelungssystem, das als Modellanpassungsregelungssystem konfiguriert ist, ist exakt das gleiche, als wenn das starre Lastmodell verwendet wird. Dies liegt daran, dass das Geschwindigkeitsbezugsmodell M_S(s) im Geschwindigkeitsregelungssystem gemäß Gleichung (22) gegeben ist, wie in dem Fall, in dem das Regelungsziel das starre Lastmodell ist.
Wenn die Resonanzkenndaten als Übertragungsfunktion der Geschwindigkeitsvorwärtskopplungsfunktion verwendet werden, wie durch Gleichung (33) angegeben, ist auf diese Weise die Wirkung der Unterdrückung von Schwingungskomponenten, die in dem erfassten Motorgeschwindigkeitswert ω_M und dem erfassten Motorpositionswert θ_M eingeschlossen sind, von Bedeutung. Jedoch ist die Schwingung auf der Lastseite, auf der die Motorseite ein Knoten ist, erhöht. Zur Vermeidung dieses Problems dient ein Positionsschwingungsunterdrückungsfilter zur Unterdrückung von Schwingung auf der Lastseite. Die Übertragungsfunktion P_ML(s) der Lastgeschwindigkeit ω_L bezüglich des erfassten Motorgeschwindigkeitswerts ω_M, die in Gleichung (28) gezeigt ist, wird zur Untersuchung dieses Filters verwendet. Zunächst ist klar, dass die Gleichung (28) der Übertragungsfunktion der Lastposition θ_L bezüglich des erfassten Motorpositionswerts θ_M gleichwertig ist. Wenn angenommen wird, dass die Übertragungsfunktion des als Modellanpassungsregelungssystem konfigurierten Positionsregelungssystems gleich dem Positionsbezugsmodell M_P(s) im Positionsregelungssystem ist, ist, da das Positionsregelungssystem die Motorposition regelt, die Übertragungsfunktion θ_L/θ_M*, die im Bereich vom befohlenen Positionswert θ_M* bis zur Lastposition θ_L liegt, gleich M_P(s)P_ML(s) und dadurch gilt die Gleichung (34). Die Gleichung (34) beinhaltet die intrinsische Winkelfrequenz ω_a und den Schwingungspol des Dämpfungskoeffizienten ξ_a. Dementsprechend wird, wenn ξ_a kleiner 1 ist, die Schwingung an der Lastposition erzeugt. Ein Positionsschwingungsunterdrückungsfilter zur Reduzierung der Schwingung an der Lastposition wird dann zwischen einem Positionsbefehl und dem Positionsbezugsmodell eingefügt, wie in 7 gezeigt. Wenn angenommen wird, dass die Übertragungsfunktion des Positionsschwingungsunterdrückungsfilters G_VS(s) ist, ist die Übertragungsfunktion θ_L/θ_M*, die im Bereich vom befohlenen Positionswert θ_M* mit dem Positionsschwingungsunterdrückungsfilter bis zur Lastposition θ_L liegt, gleich G_VS(s)M_P(s)P_ML(s), wie in Gleichung (35) gezeigt. Für die maximale Wirksamkeit des Positionsschwingungsunterdrückungsfilters genügt es, den Schwingungspol aus Gleichung (35) zu löschen. Zur Löschung des Schwingungspols wird s² + 2ξ_aω_as + ω_a ² im Zähler der Übertragungsfunktion G_VS(s) des Positionsschwingungsunterdrückungsfilters verwendet. Weiterhin muss zur Bildung von G_VS(s) als korrektem System (die Anzahl der Dimensionen im Nenner ist gleich der oder größer als die Anzahl der Dimensionen im Zähler) die Anzahl der Dimensionen im Nenner von G_VS(s) zwei oder mehr betragen. Mit dem Positionsschwingungsunterdrückungsfilter sollte der Schwingungspol nicht in G_VS(s) selbst beinhaltet sein und die Niedrigfrequenzverstärkung muss 1 sein. Der Nenner, der diese Bedingungen erfüllt, ist s² + 2ω_as + ω_a ². Dementsprechend wurde bestimmt, dass die Übertragungsfunktion G_VS(s) des Positionsschwingungsunterdrückungsfilters aus Gleichung (36) zu erhalten war. Die Regelungsparameter in der zweiten Ausführungsform werden auf die gleiche Weise eingestellt, wie die Regelungsparameter in der ersten Ausführungsform eingestellt werden.
Als Nächstes wurden Positionierungswellenformen in der in 7 konfigurierten zweiten Ausführungsform ausgewertet. 9 zeigt die Auswertungsergebnisse. In 9 steht die Wellenform 80 für den befohlenen Positionswert, die Wellenform 81 steht für den erfassten Motorpositionswert θ_M und die Wellenform 82 steht für die Lastposition θ_L. Parameter, die mechanische Resonanzkenndaten erfordern, sind die Antiresonanzwinkelfrequenz ω_a (251 [rad/s]), der Dämpfungskoeffizient ξ_a (0,01) auf der Antiresonanzwinkelfrequenz ω_a, die Resonanzwinkelfrequenz ω_m (317 [rad/s] und der Dämpfungskoeffizient ξ_m (0,0126) auf der Resonanzwinkelfrequenz ω_m. Parameter α_vib, α_spr und α_fbr im Regelungssystem wurden auf 0,83 bzw. 6 bzw. 0,5 festgesetzt, wobei die Parameter vorab eingestellt wurden. Dementsprechend ist unter diesen Bedingungen ω_PC auf 209 [rad/s] gemäß Gleichung (39) eingestellt, ω_SC ist auf 1256 [rad/s] gemäß Gleichung (40) eingestellt, ω_pcfb ist auf 105 [rad/s] gemäß Gleichung (41) eingestellt und ω_scfb ist auf 628 [rad/s] gemäß Gleichung (42) eingestellt. Gemäß der zweiten Ausführungsform ist aus den Wellenformen in 9 ersichtlich, dass für die Resonanzlast gleichfalls fast keine Schwingung erregt wird und dadurch können Ansprechungen in dem gesamten Regelungssystem leicht unter Verwendung von nur der Antiresonanzwinkelfrequenz ω_a eingestellt werden.
[Dritte Ausführungsform]
Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 8 beschrieben. In der in 8 gezeigten dritten Ausführungsform wurde das Konzept einer Anpassungsmodellregelung sowohl auf ein Geschwindigkeitsregelungssystem als auch ein Positionsregelungssystem angewendet. Die dritte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass sie unter der Annahme der Verwendung des in 4 gezeigten Resonanzlastmodells entworfen wurde. Wie bei der in 7 gezeigten zweiten Ausführungsform wird jedoch das Positionsschwingungsunterdrückungsfilter 26 verwendet. Dementsprechend weist die dritte Ausführungsform Zwischen schwingungsunterdrückungskenndaten zwischen der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform auf.
Die dritte Ausführungsform in 8 beinhaltet einen Motor 1, eine angetriebene Last 2, die vom Motor 1 angetrieben wird, eine Verbindungsachse 3 zum Verbinden des Motors 1 mit der angetriebenen Last 2, einen elektrischen Wandler 4 zum Ansteuern des Motors 1, eine Positionserfassungsvorrichtung 5 zum Ausgeben des erfassten Positionswerts θ_M für die Drehachse des Motors 1, wobei die Positionserfassungsvorrichtung an der Drehachse des Motors 1 angebracht ist, eine Stromerfassungsvorrichtung 6 zum Erhalten des dem Motor 1 zugeführten erfassten Drehmomentstromwerts I_q, einen Subtrahierer 7 zum Berechnen der Drehmomentstromdifferenz I_e zwischen dem befohlenen Drehmomentstromwert I_q* und dem erfassten Drehmomentstromwert I_q, der dem Motor 1 zugeführt wird, eine Stromregelungseinheit 8 zum Einstellen des von dem elektrischen Wandler 4 zugeführten Ausgangsstroms nach Maßgabe der Drehmomentstromdifferenz I_e, eine Geschwindigkeitsberechnungseinheit 9 zum Berechnen des erfassten Geschwindigkeitswerts ω_M des Motors 1 von einer Änderung des erfassten Positionswerts θ_M im Lauf der Zeit, ein Geschwindigkeitsbezugsmodell 10 zum Empfangen des befohlenen Motorgeschwindigkeitswerts ω_M* und Ausgeben des befohlenen Geschwindigkeitsbezugswerts ω_mdl*, einen Subtrahierer 11 zum Berechnen der Motorgeschwindigkeitsdifferenz ω_e zwischen dem befohlenen Geschwindigkeitsbezugswert ω_mdl* und dem erfassten Motorgeschwindigkeitswert ω_M, eine Geschwindigkeitsregelungseinheit 12 zum Empfangen der Motorgeschwindigkeitsdifferenz ω_e und Ausgeben des Geschwindigkeitsregelungseinheits-Ausgabesignals I_fbc zur Reduzierung der Motorgeschwindigkeitsdifferenz ω_e auf Null, einen Geschwindigkeitsvorwärtskopplungsabschnitt 13 zum Empfangen des befohlenen Motorgeschwindigkeitswerts ω_M* und Ausgeben des Geschwindigkeitsvorwärtskopplungs-Ausgabesignals I_ffc, einen Addierer 14 zum Berechnen des befohlenen Drehmomentstromwerts I_q* durch Addieren des Geschwindigkeitsvorwärtskopplungs-Ausgabesignals I_ffc zu dem Geschwindigkeitsregelungseinheits-Ausgabesignal I_fbc, eine Positionsbefehlserzeugungseinrichtung 15 zum Ausgeben des befohlenen Positionswerts θ_M*, ein Positionsschwingungsunterdrückungsfilter 26 zum Empfangen des befohlenen Positionsgeschwindigkeitswerts θ_M* und Ausgeben des Positionsschwingungsunterdrückungsfilter-Ausgabesignals θ_VS*, ein Positionsbezugsmodell 16 zum Empfangen des Positionsschwingungsunterdrückungsfilter-Ausgabesignals θ_VS* und Ausgeben des befohlenen Positionsbezugswerts θ_mdl*, einen Subtrahierer 17 zum Berechnen der Positionsdifferenz θ_e zwischen dem befohlenen Positionsbezugswert θ_mdl* und dem erfassten Positionswert θ_M, eine Positionsreglereinheit 18 zum Empfangen der Positionsdifferenz θ_e und Ausgeben des Positionsreglereinheits-Ausgabesignals ω_fbc zur Reduzierung der Positionsdifferenz θ_e auf Null, einen Positionsvorwärtskopplungsabschnitt 19 zum Empfangen des Positionsschwingungsunterdrückungsfilter-Ausgabesignals θ_VS* und Ausgeben des Positionsvorwärtskopplungs-Ausgabesignals ω_ffc und einen Addierer 20 zum Berechnen des befohlenen Motorgeschwindigkeitswerts ω_M* durch Addieren des Positionsvorwärtskopplungs-Ausgabesignals ω_ffc zum Positionsreglereinheits-Ausgabesignal ω_fbc. Zur Implementierung der in 8 gezeigten dritten Ausführungsform wurde das Konzept einer Modellanpassungsregelung auf sowohl ein Geschwindigkeitsregelungssystem als auch ein Positionsregelungssystem auf genau die gleiche Art und Weise wie bei der ersten Ausführungsform angewendet. Dementsprechend werden Regelungsparameter in der dritten Ausführungsform auf exakt die gleiche Weise eingestellt, wie die Regelungsparameter in der ersten Ausführungsform eingestellt werden.
Als Nächstes wurden Positionierungswellenformen in der in 8 konfigurierten dritten Ausführungsform ausgewertet. 10 zeigt die Auswertungsergebnisse. In 10 steht die Wellenform 83 für den befohlenen Positionswert, die Wellenform 84 steht für den erfassten Motorpositionswert θ_M und die Wellenform 85 steht für die Lastposition θ_L. Parameter, die mechanische Resonanzeigenschaften erfordern, und vorab eingestellte Regelungssystemparameter wurden unter den gleichen Bedingungen wie in der zweiten Ausführungsform eingestellt. Das heißt, die Antiresonanzwinkelfrequenz ω_a wurde auf 251 [rad/s] eingestellt, der Dämpfungskoeffizient ξ_a auf der Antiresonanzwinkelfrequenz ω_a wurde auf 0,01 eingestellt, die Resonanzwinkelfrequenz ω_m wurde auf 317 [rad/s] eingestellt, der Dämpfungskoeffizient ξ_m auf der Resonanzwinkelfrequenz ω_m wurde auf 0,0126 eingestellt, α_vib wurde auf 0,83 eingestellt, α_spr wurde auf 6 eingestellt und α_fbr wurde auf 0,5 eingestellt. Dementsprechend ist unter diesen Bedingungen ω_PC gemäß Gleichung (39) auf 209 [rad/s] eingestellt, ω_SC ist gemäß Gleichung (40) auf 1256 [rad/s] eingestellt, ω_pcfb ist gemäß Gleichung (41) auf 105 [rad/s] eingestellt und ω_scfb ist gemäß Gleichung (42) auf 628 [rad/s] eingestellt. Gemäß der dritten Ausführungsform ist aus den Wellenformen in 10 ersichtlich, dass, obwohl die Schwingungsunterdrückungswirkung geringfügig kleiner als in der zweiten Ausführungsform ist, für die Resonanzlast gleichfalls fast keine Schwingung erregt wird und dadurch Ansprechungen in dem gesamten Regelungssystem leicht unter Verwendung von nur der Einstellung der Antiresonanzwinkelfrequenz ω_a eingestellt werden können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- JP 3(1991)-15911 [0002]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Nonami, Nishimura „MATLAB Niyoru Seigyoriron No Kiso (Fundamental Control Theory with MATLAB – Grundlegende Regelungstheorie mit MATLAB)”, Tokyo Denki University Press [0002]

Claims

Motorpositionsregler, der einen Motor (1), der durch eine Verbindungsachse mit einer anzutreibenden Last (2) verbunden ist, einen elektrischen Wandler (4) zum Ansteuern des Motors (1), eine Stromregelungseinheit (8) zum Einstellen des von dem elektrischen Wandler (4) zugeführten Ausgabestroms nach Maßgabe einer Differenz zwischen einem befohlenen Drehmomentstromwert und einem dem Motor (1) zugeführten erfassten Drehmomentstromwert, und eine Einrichtung (5; 9) zum Erfassen einer Position und einer Geschwindigkeit des Motors aufweist und einen erfassten Positionswert des Motors einen befohlenen Positionswert verfolgen lassen soll, wobei der Regler Folgendes umfasst: ein Geschwindigkeitsbezugsmodell (10) zum Empfangen eines befohlenen Geschwindigkeitswerts und Ausgeben eines befohlenen Geschwindigkeitsbezugswerts; eine Geschwindigkeitsregelungseinheit (12) zum Ausgeben eines Geschwindigkeitsregelungseinheits-Ausgabesignals zur Reduzierung einer Differenz zwischen dem befohlenen Geschwindigkeitsbezugswert und einem erfassten Geschwindigkeitswert des Motors (1) auf Null; einen Geschwindigkeitsvorwärtskopplungsabschnitt (13) zum Empfangen des befohlenen Geschwindigkeitswerts und Ausgeben eines Geschwindigkeitsvorwärtskopplungs-Ausgabesignals; einen ersten Addierer (14) zum Berechnen des befohlenen Drehmomentstromwerts durch Addieren des Geschwindigkeitsregelungseinheits (12)-Ausgabesignals zu dem Geschwindigkeitsvorwärtskopplungs (13)-Ausgabesignal; ein Positionsbezugsmodell (16) zum Empfangen eines befohlenen Positionswerts und Ausgeben eines befohlenen Positionsbezugswerts; eine Positionsregelungseinheit (18) zum Ausgeben eines Positionsregelungseinheits-Ausgabesignals zur Reduzierung einer Differenz zwischen dem befohlenen Positionsbezugswert und dem erfassten Positionswert des Motors (1) auf Null; einen Positionsvorwärtskopplungsabschnitt (19) zum Empfangen des befohlenen Positionswerts und Ausgeben eines Positionsvorwärtskopplungs-Ausgabesignals; und einen zweiten Addierer (20) zum Berechnen der befohlenen Geschwindigkeit durch Addieren des Positionsregelungseinheits-(18)-Ausgabesignals zu dem Positionsvorwärtskopplungs (19)-Ausgabesignal.
Motorpositionsregler nach Anspruch 1, wobei eine Übertragungsfunktion zwischen einer Eingabe und einer Ausgabe des Geschwindigkeitsbezugsmodels (10) äquivalent einer Übertragungsfunktion in einem zu implementierenden Geschwindigkeitsregelungssystem ist oder annähernd ausgewählt wird.
Motorpositionsregler nach Anspruch 1, wobei, wenn der befohlene Geschwindigkeitswert mit ω_M* bezeichnet ist, der befohlene Geschwindigkeitsbezugswert mit ω_mdl* bezeichnet ist, eine Geschwindigkeitsbezugsansprechungswinkelfrequenz mit ω_SC bezeichnet ist und ein Laplace-Operator mit s bezeichnet ist, eine Übertragungsfunktion zwischen einer Eingabe und einer Ausgabe des Geschwindigkeitsbezugsmodells (10) durch ein primäres Verzögerungskenndatum in Gleichung [1] dargestellt wird. [Gleichung [1]]
Motorpositionsregler nach Anspruch 1, wobei eine Übertragungsfunktion zwischen einer Eingabe und einer Ausgabe des Positionsbezugsmodells (16) äquivalent einer Übertragungsfunktion in einem zu implementierenden Positionsregelungssystem ist oder annähernd ausgewählt wird.
Motorpositionsregler nach Anspruch 1, wobei, wenn der befohlene Positionswert mit θ_M* bezeichnet ist, der befohlene Positionsbezugswert mit θ_mdl* bezeichnet ist, eine Positionsbezugsansprechungswinkelfrequenz mit ω_PC bezeichnet ist und ein Laplace-Operator mit s bezeichnet ist, eine Übertragungsfunktion zwischen einer Eingabe und einer Ausgabe des Positionsbezugsmodells (16) durch Gleichung [2] dargestellt wird. [Gleichung [2]]
Motorpositionsregler nach Anspruch 1, wobei eine Übertragungsfunktion zwischen einer Eingabe und einer Ausgabe des Geschwindigkeitsvorwärtskopplungsabschnitts (13) durch das Produkt einer Umkehrfunktion einer Übertragungsfunktion zwischen dem befohlenen Drehmomentstromwert und dem erfassten Geschwindigkeitswert des Motors (1) und einer Übertragungsfunktion des Geschwindigkeitsbezugsmodells (10) dargestellt wird.
Motorpositionsregler nach Anspruch 1, wobei, wenn der befohlene Geschwindigkeitswert mit ω_M* bezeichnet ist, das Geschwindigkeitsvorwärtskopplungs-Ausgabesignal mit I_ffc bezeichnet ist, ein Gesamtträgheitsmoment der anzutreibenden Last und des Motors mit J bezeichnet ist, eine Drehmoment konstante des Motors mit k_t bezeichnet ist, eine Geschwindigkeitsbezugsansprechungswinkelfrequenz mit ω_SC bezeichnet ist und ein Laplace-Operator mit s bezeichnet ist, eine Übertragungsfunktion zwischen einer Eingabe und einer Ausgabe des Geschwindigkeitsvorwärtskopplungsabschnitts (13) durch Gleichung [3] dargestellt wird. [Gleichung [3]]
Motorpositionsregler nach Anspruch 1, wobei eine Übertragungsfunktion zwischen einer Eingabe und einer Ausgabe des Positionsvorwärtskopplungsabschnitts (19) durch das Produkt einer Umkehrfunktion einer Übertragungsfunktion des Geschwindigkeitsbezugsmodells (10), einer Übertragungsfunktion des Positionsbezugsmodells (16) und eines mit s bezeichneten Laplace-Operators dargestellt ist.
Motorpositionsregler nach Anspruch 1, wobei, wenn der befohlene Positionswert mit θ_M* bezeichnet ist, das Positionsvorwärtskopplungs-Ausgabesignal mit ω_ffc bezeichnet ist, eine Geschwindigkeitsbezugsansprechungswinkelfrequenz mit ω_SC bezeichnet ist, eine Positionsbezugsansprechungswinkelfrequenz mit ω_PC bezeichnet ist und ein Laplace-Operator mit s bezeichnet ist, eine Übertragungsfunktion zwischen einer Eingabe und einer Ausgabe des Positionsvorwärtskopplungsabschnitts (19) durch Gleichung [4] dargestellt wird. [Gleichung [4]]
Motorpositionsregler nach Anspruch 1, wenn eine Umkehrfunktion einer Übertragungsfunktion zwischen dem befohlenen Drehmomentstromwert und dem erfassten Geschwindigkeitswert des Motors (1) mit ω_a bezeichnet ist, wird eine Positionsbezugsansprechungswinkelfrequenz, die mit ω_PC bezeichnet ist, gemäß Gleichung (5) berechnet, in der ein mit α_vib bezeichnetes Zielpositionsansprechungsresonanzverhältnis eingesetzt wird, wobei das Verhältnis als reale Zahl, die größer oder gleich 0,3 und kleiner oder gleich 1 ist, definiert ist. [Gleichung [5]] ωPC = αvib·ωa [5]
Motorpositionsregler nach Anspruch 1, eine mit ω_SC bezeichnete Geschwindigkeitsbezugsansprechungswinkelfrequenz wird gemäß Gleichung (6) berechnet, in der eine mit ω_PC bezeichnete Positionsbezugsansprechungswinkelfrequenz und ein mit α_spr bezeichnetes Geschwindigkeits-/Positionsansprechungsverhältnis eingesetzt werden, wobei das Verhältnis als reale Zahl, die größer oder gleich 4 und kleiner oder gleich 7 ist, definiert ist. [Gleichung [6]] ωSC = αspr·ωPC [6]
Motorpositionsregler nach Anspruch 1, wobei, wenn eine Übertragungsfunktion der Positionsregelungseinheit (18) einfach mit ω_pcfb bezeichnet ist, eine mit ω_pcfb bezeichnete Ansprechungswinkelfrequenz der Positionsregelungseinheit (18) gemäß Gleichung (7) berechnet wird, in der eine mit ω_PC bezeichnete Positionsbezugsansprechungswinkelfrequenz und ein Rückkopplungsansprechungsreduktionsverhältnis α_fbr eingesetzt werden, wobei das Verhältnis als reale Zahl, die größer oder gleich 0,5 und kleiner oder gleich 1 ist, definiert ist. [Gleichung [7]] ωpcfb = αfbr·ωPC [7]
Motorpositionsregler nach Anspruch 1: wobei, wenn eine Übertragungsfunktion der Geschwindigkeitsregelungseinheit, wie in Gleichung (8), unter Verwendung einer Ableitung, die mit ω_e bezeichnet ist, zwischen dem befohlenen Geschwindigkeitsbezugswert und dem erfassten Geschwindigkeitswert des Motors (1), dem Geschwindigkeitsregelungseinheit (12)-Ausgabesignal, das mit I_fbc bezeichnet ist, einem Gesamtträgheitsmoment J der anzutreibenden Last und des Motors, einer Drehmomentkonstante k_t des Motors (1), einer positiven Konstante N, einer Geschwindigkeitsregelungsansprechungswinkelfrequenz der Geschwindigkeitsregelungseinheit und einem Laplace-Operator s dargestellt ist; und wobei, wenn eine Übertragungsfunktion der Positionsreglereinheit (18) einfach als ω_pcfb dargestellt ist, eine Geschwindigkeitsregelungsansprechungswinkelfrequenz ω_scfb gemäß Gleichung (9) berechnet wird, in der eine Ansprechungswinkelfrequenz ω_pcfb des Motors und ein Geschwindigkeits-/Positionsansprechungsverhältnis α_spr eingesetzt werden, wobei das Verhältnis als reale Zahl, die größer oder gleich 4 und kleiner oder gleich 7 ist, definiert ist. [Gleichung [8]]
[Gleichung [9]] ωscfb = αspr·ωpcfb [9]
Motorpositionsregler, der einen Motor (1), der durch eine Verbindungsachse (3) mit einer anzutreibenden Last (2) verbunden ist, einen elektrischen Wandler (4) zum Ansteuern des Motors (1), eine Stromregelungseinheit (8) zum Einstellen des von dem elektrischen Wandler (4) zugeführten Ausgabestroms gemäß einer Differenz zwischen einem befohlenen Drehmomentstromwert und einem dem Motor (1) zugeführten erfassten Drehmomentstromwert, und eine Einrichtung (5; 9) zum Erfassen einer Position und einer Geschwindigkeit des Motors (1) aufweist und einen erfassten Positionswert des Motors einen befohlenen Positionswert verfolgen lassen soll, wobei der Regler Folgendes umfasst: ein Geschwindigkeitsbezugsmodell (10) zum Empfangen eines befohlenen Geschwindigkeitswerts und Ausgeben eines befohlenen Geschwindigkeitswerts; eine Geschwindigkeitsregelungseinheit (12) zum Ausgeben eines Geschwindigkeitsregelungseinheits-Ausgabesignals zur Reduzierung einer Differenz zwischen dem befohlenen Geschwindigkeitsbezugswert und einem erfassten Geschwindigkeitswert des Motors (1) auf Null; einen Geschwindigkeitsvorwärtskopplungsabschnitt (27) zum Empfangen des befohlenen Geschwindigkeitswerts und Ausgeben eines Geschwindigkeitsvorwärtskopplungs-Ausgabesignals; einen ersten Addierer (14) zum Berechnen des befohlenen Drehmomentstromwerts durch Addieren des Geschwindigkeitsregelungseinheits (12)-Ausgabesignals zu dem Geschwindigkeitsvorwärtskopplungs (27)-Ausgabesignal; ein Positionsschwingungsunterdrückungsfilter (26) zum Empfangen eines befohlenen Positionswerts und Ausgeben eines Positionsschwingungsunterdrückungsfilter-Ausgabesignals; ein Positionsbezugsmodell (16) zum Empfangen des Positionsschwingungsunterdrückungsfilter-Ausgabesignals und Ausgeben eines befohlenen Positionsbezugswerts; eine Positionsregelungseinheit (18) zum Ausgeben eines Positionsregelungseinheits-Ausgabesignals zur Reduzierung einer Differenz zwischen dem befohlenen Positionsbezugswert und dem erfassten Positionswert des Motors (1) auf Null; einen Positionsvorwärtskopplungsabschnitt (19) zum Empfangen des Positionsschwingungsunterdrückungsfilter-Ausgabesignals und Ausgeben eines Positionsvorwärtskopplungs-Ausgabesignals; und einen zweiten Addierer (20) zum Berechnen der befohlenen Geschwindigkeit durch Addieren des Positionsregelungseinheits-Ausgabesignals zu dem Positionsvorwärtskopplungs-Ausgabesignal.
Motorpositionsregler nach Anspruch 14, wobei eine Übertragungsfunktion zwischen einer Eingabe und einer Ausgabe des Geschwindigkeitsbezugsmodells (10) äquivalent einer Übertragungsfunktion in einem zu implementierenden Geschwindigkeitsregelungssystem ist oder annähernd ausgewählt wird.
Motorpositionsregler nach Anspruch 14, wobei, wenn der befohlene Geschwindigkeitswert mit ω_M* bezeichnet ist, der befohlene Geschwindigkeitsbezugswert mit ω_mdl* bezeichnet ist, eine Geschwindigkeitsbezugsansprechungswinkelfrequenz mit ω_SC bezeichnet ist und ein Laplace-Operator mit s bezeichnet ist, eine Übertragungsfunktion zwischen einer Eingabe und einer Aus gabe des Geschwindigkeitsbezugsmodells (10) durch ein primäres Verzögerungskenndatum in Gleichung [10] dargestellt wird. [Gleichung [10]]
Motorpositionsregler nach Anspruch 14, wobei eine Übertragungsfunktion zwischen einer Eingabe und einer Ausgabe des Positionsbezugsmodells (16) äquivalent einer Übertragungsfunktion in einem zu implementierenden Positionsregelungssystem ist oder annähernd ausgewählt wird.
Motorpositionsregler nach Anspruch 14, wobei, wenn das Positionsschwingungsunterdrückungsfilter (26)-Ausgabesignal mit θ_vs* bezeichnet ist, der befohlene Positionsbezugswert mit θ_mdl* bezeichnet ist, eine Positionsbezugsansprechungswinkelfrequenz mit ω_PC bezeichnet ist und ein Laplace-Operator mit s bezeichnet ist, eine Übertragungsfunktion zwischen einer Eingabe und einer Ausgabe des Positionsbezugsmodells (16) durch Gleichung [11] dargestellt wird. [Gleichung [11]]
Motorpositionsregler nach Anspruch 14, wobei eine Übertragungsfunktion zwischen einer Eingabe und einer Ausgabe des Geschwindigkeitsvorwärtskopplungsabschnitts (27) durch das Produkt einer Umkehrfunktion einer Übertragungsfunktion zwischen dem befohlenen Drehmomentstromwert und dem erfass ten Geschwindigkeitswert des Motors (1) und einer Übertragungsfunktion des Geschwindigkeitsbezugsmodells (10) dargestellt wird.
Motorpositionsregler nach Anspruch 14, wobei, wenn der befohlene Geschwindigkeitswert mit ω_M* bezeichnet ist, das Geschwindigkeitsvorwärtskopplungs-Ausgabesignal mit I_ffc bezeichnet ist, ein Gesamtträgheitsmoment der anzutreibenden Last und des Motors (1) mit J bezeichnet ist, eine Drehmomentkonstante des Motors (1) mit k_t bezeichnet ist, eine Geschwindigkeitsbezugsansprechungswinkelfrequenz mit ω_SC bezeichnet ist und ein Laplace-Operator mit s bezeichnet ist, eine Übertragungsfunktion zwischen einer Eingabe und einer Ausgabe des Geschwindigkeitsvorwärtskopplungsabschnitts (27) durch Gleichung [12] dargestellt wird. [Gleichung [12]]
Motorpositionsregler nach Anspruch 14, wobei eine Übertragungsfunktion zwischen einer Eingabe und einer Ausgabe des Positionsvorwärtskopplungsabschnitts (19) durch das Produkt einer Umkehrfunktion einer Übertragungsfunktion des Geschwindigkeitsbezugsmodells, einer Übertragungsfunktion des Positionsbezugsmodells (16) und eines mit s bezeichneten Laplace-Operators dargestellt ist.
Motorpositionsregler nach Anspruch 14, wobei, wenn das Positionsschwingungsunterdrückungsfilter (26)-Ausgabesignal mit θ_vs* bezeichnet ist, das Positionsvorwärtskopplungs-Ausgabesignal mit ω_ffc bezeichnet ist, eine Geschwindigkeitsbezugsanspre chungswinkelfrequenz mit ω_SC bezeichnet ist, eine Positionsbezugsansprechungswinkelfrequenz mit ω_PC bezeichnet ist und ein Laplace-Operator mit s bezeichnet ist, eine Übertragungsfunktion zwischen einer Eingabe und einer Ausgabe des Positionsvorwärtskopplungsabschnitts durch Gleichung [13] dargestellt wird. [Gleichung [13]]
Motorpositionsregler nach Anspruch 14, wobei, wenn der befohlene Positionswert mit θ_M* bezeichnet ist, das Positionsschwingungsunterdrückungsfilter (26)-Ausgabesignal mit θ_vs* bezeichnet ist, eine Antiresonanzwinkelfrequenz in einer Übertragungsfunktion zwischen dem befohlenen Drehmomentstromwert und dem erfassten Geschwindigkeitswert des Motors (1) mit ω_a bezeichnet ist, ein Dämpfungskoeffizient auf der Antiresonanzwinkelfrequenz ω_a mit ξ_a bezeichnet ist und ein Laplace-Operator mit s bezeichnet ist, eine Übertragungsfunktion zwischen einer Eingabe und einer Ausgabe des Positionsschwingungsunterdrückungsfilters (26) durch Gleichung [14] dargestellt wird. [Gleichung [14]]
Motorpositionsregler nach Anspruch 14, wobei, wenn der befohlene Geschwindigkeitswert mit ω_M* bezeichnet ist, das Geschwindigkeitsvorwärtskopplungs-Ausgabesignal mit I_ffc bezeichnet ist, ein Gesamtträgheitsmoment der anzutreibenden Last (2) und des Motors (1) mit J bezeichnet ist, eine Drehmomentkonstante des Motors (1) mit k_t bezeichnet ist, eine Geschwindigkeitsbezugsansprechungswinkelfrequenz mit ω_SC bezeichnet ist, eine Antiresonanzwinkelfrequenz in einer Übertragungsfunktion zwischen dem befohlenen Drehmomentstromwert und dem erfassten Geschwindigkeitswert des Motors (1) mit ω_a bezeichnet ist, ein Dämpfungskoeffizient auf der Antiresonanzwinkelfrequenz ω_a mit ξ_a bezeichnet ist, eine Resonanzwinkelfrequenz mit ω_m bezeichnet ist, ein Dämpfungskoeffizient auf der Resonanzwinkelfrequenz ω_m mit ξ_m bezeichnet ist und ein Laplace-Operator mit s bezeichnet ist, eine Übertragungsfunktion zwischen einer Eingabe und einer Ausgabe des Geschwindigkeitsvorwärtskopplungsabschnitts durch Gleichung [15] dargestellt wird. [Gleichung [15]]
Motorpositionsregler nach Anspruch 14, wenn eine Umkehrfunktion einer Übertragungsfunktion zwischen dem befohlenen Drehmomentstromwert und dem erfassten Geschwindigkeitswert des Motors (1) mit ω_a bezeichnet ist, wird eine Positionsbezugsansprechungswinkelfrequenz, die mit ω_PC bezeichnet ist, gemäß Gleichung [16] berechnet, in der ein mit α_vib bezeichnetes Zielpositionsansprechungsresonanzverhältnis verwendet wird, wobei das Verhältnis als reale Zahl, die größer oder gleich 0,3 und kleiner oder gleich 1 ist, definiert ist. [Gleichung [16]] ωPC = αvib·ωa [16]
Motorpositionsregler nach Anspruch 14, eine mit ω_SC bezeichnete Geschwindigkeitsbezugsansprechungswinkelfrequenz wird gemäß Gleichung [17] berechnet, in der eine mit ω_PC bezeichnete Positionsbezugsansprechungswinkelfrequenz und ein mit α_spr bezeichnetes Geschwindigkeits-/Positionsansprechungsverhältnis eingesetzt werden, wobei das Verhältnis als reale Zahl, die größer oder gleich 4 und kleiner oder gleich 7 ist, definiert ist. [Gleichung [17]] ωSC = αspr·ωPC [17]
Motorpositionsregler nach Anspruch 14, wobei, wenn eine Übertragungsfunktion der Positionsreglereinheit (18) einfach als ω_pcfb bezeichnet ist, eine mit ω_pcfb bezeichnete Ansprechungswinkelfrequenz der Positionsreglereinheit gemäß Gleichung [18] bezeichnet wird, in der eine mit ω_PC bezeichnete Positionsbezugsansprechungswinkelfrequenz und ein Rückkopplungsansprechungsreduzierungsverhältnis α_fbr eingesetzt werden, wobei das Verhältnis als reale Zahl definiert ist, die größer oder gleich 0,5 und kleiner oder gleich 1 ist. [Gleichung [18]] ωpcfb = αfbr·ωPC [18]
Motorpositionsregler nach Anspruch 14: wobei, wenn eine Übertragungsfunktion der Geschwindigkeitsregelungseinheit (12) wie in Gleichung [19] unter Verwendung einer Ableitung, die mit ω_e bezeichnet ist, zwischen dem befohlenen Geschwindigkeitsbezugswert und dem erfassten Geschwindigkeitswert des Motors (1), dem Geschwindigkeitsregelungseinheits-Ausgabesignal, das mit I_fbc bezeichnet ist, einem Gesamtträgheitsmoment J der anzutreibenden Last (2) und des Motors (1), einer Drehmomentkonstante k_t des Motors (1), einer positiven Konstante N, einer Geschwindigkeitsregelungsansprechungswinkelfrequenz ω_scfb der Geschwindigkeitsregelungseinheit (12) und einem Laplace-Operator s dargestellt ist; und wobei, wenn eine Übertragungsfunktion der Positionsreglereinheit (16) einfach als ω_pcfb dargestellt ist, eine Geschwindigkeitsregelungsansprechungswinkelfrequenz ω_scfb gemäß Gleichung [20] berechnet wird, in der eine Ansprechungswinkelfrequenz ω_pcfb des Motors und ein Geschwindigkeits-/Positionsansprechungsverhältnis α_spr eingesetzt werden, wobei das Verhältnis als reale Zahl, die größer oder gleich 4 und kleiner oder gleich 7 ist, definiert ist. [Gleichung 19]]
[Gleichung [20]] ωscfb = αspr·ωpcfb [20]