DE112006001583T5

DE112006001583T5 - Maschinenpositionsregelvorrichtung

Info

Publication number: DE112006001583T5
Application number: DE112006001583T
Authority: DE
Inventors: Hidetoshi Ikeda; Yoshihiro Marushita; Kei Terada; Takashi Isoda; Hiroto Takei
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-06-17
Filing date: 2006-03-31
Publication date: 2008-04-30
Also published as: WO2006134702A1; JP4577107B2; JP2006350792A; TW200700946A; KR100951754B1; US7911172B2; TWI325523B; KR20080016865A; CN100578412C; CN101198917A; US20090284208A1

Abstract

Eine Maschinenpositionsregelvorrichtung, umfassend:
eine Positionsgeschwindigkeitsregeleinrichtung zum Empfangen eines einen Positionssollwert einer durch einen Motor angetriebenen Last angebenden Positionsführungssignals und eines Regelobjektzielsignals als Referenzinformation in Bezug auf Momentanpositionen des Motors und der Last als Eingangsgröße, und zum Ausgeben eines Drehmomentführungssignals als Sollwert des Drehmoments, bei dem der Motor die Last antreibt;
eine Stabilitätskompensationseinrichtung zum Empfangen eines Lastpositionssignals als einen Momentanpositionsmesswert der Last als Eingangsgröße und zum Ausgeben eines kompensierten Lastpositionssignal, dem eine Phasenverzögerung des Lastpositionssignals basierend auf einer Phasenvoreilungsübertragungsfunktion kompensiert worden ist; und
eine Positionssignalkombinationseinrichtung zum Kombinieren eines eine Hochfrequenzkomponente eines Motorpositionssignals als einen Momentanpositionsmesswert des Motors einschließenden Signals mit einem eine Niederfrequenzkomponente des kompensierten Lastpositionssignals einschließenden Signal, und zum Ausgeben des Regelobjektpositionssignals.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft Maschinenpositionsregelvorrichtungen wie Maschinenwerkzeuge und Komponentenmontagemaschinen zum Steuern von Positionen von Maschinensystemen, die unter Verwendung eines Antriebs wie zum Beispiel eines Motors angetrieben werden.
STAND DER TECHNIK
Eine konventionelle Maschinenpositionsregelvorrichtung wurde konfiguriert, um die Stabilität ihres Regelsystems zu verbessern, als ein Rückführungssignal für die Positionsregelung ein Signal verwendend, das erhalten wird durch Aufsummieren von Signalen, die durch Tiefpassfiltern eines Lastpositionssignals als einen Lastpositionserfassungswert erhalten werden und durch Hochpassfiltern eines Motorpositionssignals als einen Motorpositionserfassungswert: ein Motorpositionssignal ohne Phasenverzögerung in einem Frequenzband über seine Resonanzfrequenz, wo die Phasenverzögerung des Lastpositionssignals signifikant wird, weil ein Antriebssystem unter Verwendung eines Motors eine beschränkte Steifigkeit hat (siehe beispielsweise Patentdokument 1).
Darüber hinaus ist in einer anderen konventionellen Maschinenpositionsregelvorrichtung ein Vor-Kompensierer vorgesehen, dessen Konfiguration eine hochgenaue Regelung, bei der ein Verformungsfehler entlang von Bewegungsrichtungen eines Maschinensystems kompensiert wird durch Hinzufügen eines Signals zu einem Eingangsparameter als einen Vorschubkompensationswert, der erhalten wird durch Multiplizieren mit einem Gewinn des Differentialwertes zweiter Ordnung des Eingangsparameters (siehe beispielsweise Patentdokument 2).

[Patentdokument 1] Japanische Offenlegungs-Patentveröffentlichung Nr. 2004-334772 (1)
[Patentdokument 2] Japanische Offenlegungs-Patentveröffentlichung Nr. 1999-184529 (3 und 4)

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
[Durch die Erfindung zu lösende Probleme]
Bei der Konfiguration, in der das durch Aufsummieren des durch Tiefpassfiltern des Lastpositionssignals erhaltenen Signals und des durch Hochpassfiltern des Motorpositionssignals erhaltenen Signals als Rückkopplungssignal in den Positionsregler eingegeben wird, müssen zum Verbessern der Regelgenauigkeit der Lastposition die Filterfrequenzen des Hochpassfilters und des Tiefpassfilters notwendiger Weise wesentlich erhöht werden. Jedoch in einem Fall, in dem die Steifigkeit des Lastantriebssystems mit dem Motor relativ niedrig ist, wird das Regelsystem, wenn die Filterfrequenz erhöht wird, unstabil; daher ist, weil die Filterfrequenz nicht in ausreichender Weise erhöht werden konnte, ein Problem aufgetreten, dass die Lastposition schwierig exakt zu regeln war.
Darüber hinaus kann in der Konfiguration, in der der Vor-Kompensierer vorgesehen ist, weil der Vorschubkompensationswert basierend auf dem Differentialwert zweiter Ordnung des Eingangsparameters basierend auf dem Positionsführungssignal berechnet wird und summiert wird, ein Variieren eines Drehmomentführungssignals (Führungsgröße), das dem des Positionsführungssignals entspricht, steil wird und ein auf ein Regelziel (Regelobjekt) angewendeter Einfluss zunimmt, demnach die Verstärkung der Positionsregelung nicht in zufriedenstellender Weise erhöht werden. Als ein Ergebnis ist eine exakte Positionsregelung der Last schwierig zu realisieren; darüber hinaus ist ein Problem aufgekommen, das eine Vibration, die erzeugt wird, wenn eine externe Störung auf das Regelziel (Regelobjekt) einwirkt, nicht unterdrückt werden kann.
[Mittel zum Lösen des Problems]
Eine Maschinenpositionsregelvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung schließt eine Positionsgeschwindigkeitsregelschaltung ein, in der ein Drehmomentführungssignal (Führungsgröße), das einen Drehmomentzielwert repräsentiert, bei dem ein Motor eine Last antreibt, berechnet wird durch Summation eines einen Lastpositionszielwert repräsentierenden Positionsführungssignals und eines Rückkopplungssignals eines eine Momentanposition des Motors repräsentierenden Motorpositionssignals, eines eine Momentangeschwindigkeit des Motors repräsentierenden Motorgeschwindigkeitssignals, und eines Regelobjektpositionssignals als Referenzinformation in Bezug auf die Momentanpositionen des Motors und der Last. Das Regelobjektpositionssignal ist auf solche Weise konfiguriert, dass ein eine Niederfrequenzkomponente eines kompensierten Lastpositionssignals, das durch Kompensieren seiner Phasenverzögerung in einer Stabilitätskompensationsschaltung erhalten wird, einschließendes Signal, und ein eine Hochfrequenzkomponente eines Motorpositionssignals einschließendes Signal in einer Positionssignalkombinationsschaltung kombiniert werden basierend auf einer Übertragungsfunktion für das Voreilenlassen der Phase eines Lastpositionssignals, das der gemessene Wert der Lastmomentanposition ist.
[Vorteilhafte Wirkung der Erfindung]
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann selbst wenn die Stabilität des Lastantriebssystems unter Verwendung des Motors relativ gering ist durch Ausführen der Lastpositionsregelung, in der das Lastpositionssignal zurückgeführt wird, so stabil wie die halbgeschlossene Regelung, bei der nur das Motorpositionssignal zurückgeführt wird, eine exakte Lastpositionsregelung realisiert werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigt:
1 ein Blockdiagramm einer Maschinenpositionsregelvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
2 Ansichten einer Frequenzantwort eines Regelziels (Regelobjekts);
3 ein Blockdiagramm einer Maschinenpositionsregelvorrichtung gemäß eines halbgeschlossenen Regelsystems;
4 ein Blockdiagramm eines inneren Aufbaus einer Positionssignalkombinationsschaltung;
5 ein Blockdiagramm eines inneren Aufbaus einer Stabilitätskompensationsschaltung;
6 ein Blockdiagramm eines inneren Aufbaus einer Dämpfungskompensationsschaltung;
7 ein Blockdiagramm einer Maschinenpositionsregelvorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung; und
8 ein Blockdiagramm einer Maschinenpositionsregelvorrichtung gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung.
BESTE ART ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Ausführungsform 1.
1 ist ein Blockdiagramm zum Zeigen einer Maschinenpositionsregelvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
Ein Regelobjekt 10 schließt einen Motor 30 zum Antreiben einer Last 20 ein, wobei der Motor 30 die Last 20 durch einen Drehmomentübertragungsmechanismus 40 wie einen Zahnriemen und eine Kugelgewindespindel an, und das Drehmoment τ_m des Motors 30 wird durch eine Drehmomentregelschaltung 50 derart geregelt, dass es mit einem Drehmomentführungssignal τ_r übereinstimmt.
Darüber hinaus wird die Momentanposition des Motors 30 durch einen Motorpositionsdetektor 60 wie zum Beispiel einen an den Motor 30 angebrachten Codierer erfasst und wird als Motorpositionssignal x_m ausgegeben, während die Momentanposition der Last 20 durch einen Lastpositionsdetektor 70 wie zum Beispiel eine an der Last 20 angebrachte Linearskala erfasst wird, und als Lastpositionssignal x_l ausgegeben wird.
Eine Stabilitätskompensationsschaltung 80 empfängt das Lastpositionssignal x_l als Eingangsgröße und gibt ein kompensiertes Lastpositionssignal x_lc aus, in dem die Phasenverzögerung des Lastpositionssignal x_l kompensiert ist; und eine Positionssignalkombinationsschaltung 90 empfängt als Eingangsgröße das kompensierte Lastpositionssignal x_lc und das Motorpositionssignal x_m und gibt ein Regelobjektpositionssignal x_fb aus, das ein Rückführungssignal in Bezug auf die Position des Motors und der Last ist.
Die Geschwindigkeitsberechnungsschaltung 100 empfängt das Motorpositionssignal x_m als Eingangsgröße und gibt ein Motorgeschwindigkeitssignal v_m aus, das den Momentanwert der Motorgeschwindigkeit repräsentiert.
Eine Positionsgeschwindigkeitsregelschaltung 110 ist aus einer Positionsverstärkungsschaltung 120 aufgebaut, die als Eingangsgröße ein Positionsführungssignal x_r empfängt und das Regelobjektpositionssignal x_fb, und einen Geschwindigkeitsführungsgröße v_r als Geschwindigkeitssollwert ausgibt, und aus einer PI-Regelschaltung 130, die als Eingangsgröße den Geschwindigkeitsführungsgröße v_r und das Motorgeschwindigkeitssignal v_m empfängt und ein Basissteuerdrehmomentsignal v_b ausgibt, das eine Basis für die Berechnung des Drehmomentführungssignals v_r ist.
Eine Dämpfungskompensationsschaltung 140 empfängt als Eingangsgröße das Positionsführungssignal x_r, das Motorpositionssignal x_m und das Lastpositionssignal x_l und gibt basierend auf einem Dämpfungsanpassungsparameter α, der von außen festgelegt wird, ein Dämpfungskompensationsdrehmomentsignal τ_c aus, das das Basissteuerdrehmomentsignal τ_b kompensiert. Ein durch Addieren des Dämpfungskompensationsdrehmomentsignals τ_c zu dem Basissteuerdrehmomentsignal τ_b erhaltene Signal stimmt mit dem Drehmomentführungssignal τ_r überein.
Als Nächstes wird ein Betriebsablauf erklärt.
Die Positionsverstärkungsschaltung 120 gibt als die Geschwindigkeitsführungsgröße v_r ein Signal aus, das erhalten wird durch Multiplizieren einer Abzweigung zwischen dem Positionsführungssignal x_r und dem Regelobjektpositionssignal x_fb mit einer Positionsverstärkung k_p. Das heißt, die Berechnung der folgenden Gleichung wird durchgeführt.
[Gleichung 1]

vr = kp(xr – xfb) (1)

Als Nächstes gibt, wie durch die folgende Gleichung ausgedrückt, die Geschwindigkeitsberechnungsschaltung 100 das Motorgeschwindigkeitssignal v_m durch Differenzieren des Motorpositionssignals x_m aus.
[Gleichung 2]

m = s·xm (2)

Als Nächstes empfängt die Geschwindigkeits-PI-Regelschaltung 130 als Eingangsgröße die Geschwindigkeitsführungsgröße v_r und das Motorgeschwindigkeitssignal v_m und gibt unter Verwendung einer Geschwindigkeitsverstärkung k_v und einer Geschwindigkeitsintegrationsverstärkung ω_vi das Basissteuerdrehmomentsignal τ_b in Übereinstimmung mit der PI-(Proportional-Integral-)Berechnung aus, die durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird. [Gleichung 3]
Als Nächstes werden die Eigenschaften des Regelobjekts 10 erläutert.
Wenn die mechanische Steifigkeit des Regelobjekts 10 relativ gering ist, hat das Regelobjekt die Eigenschaften einer mechanischen Resonanz, deren Frequenz relativ gering ist (von einigen Hz bis einigen 10 Hz). Auf die mechanische Resonanzeigenschaft der niedrigsten Frequenz fokussierend kann die Eigenschaft des Regelobjekts 10 durch ein System mit zwei Freiheitsgraden approximiert werden, in dem der Motor 30 und die Last 20 mit dem Drehmomentübertragungsmechanismus 40 als einer Feder verbunden sind. Wenn demnach das Ansprechen der Drehmomentsteuerschaltung 50 ausreichend schnell ist, werden eine Übertragungsfunktion G_p(s) von dem Drehmomentführungssignal τ_r zu dem Motorpositionssignal x_m und eine Übertragungsfunktion G_l(s) von diesem zu dem Lastpositionssignal x_l jeweils folgendermaßen ausgedrückt: [Gleichung 4]
[Gleichung 5]
wobei J alle Freiheitsgradeffekte des Regelobjekts 10 kennzeichnet, ω_z die Antiresonanzfrequenz kennzeichnet und ω_p die Resonanzfrequenz kennzeichnet.
Hier hat die Übertragungsfunktion G_p(s) von dem Drehmomentführungssignal τ_r zu dem Motorpositionssignal x_m komplexe Nullstellen (Anti-Resonanzpunkte) z₀, die der Anti-Resonanzfrequenz ω_z entsprechen.
[Gleichung 6]

z0 = ±j·ωz (6)

Die Frequenzantwort der Übertragungsfunktionen des Regelobjekts 10, die durch die Gleichung 4 und die Gleichung 5 ausgedrückt werden, werden in 2 dargestellt. 2 stellt dar, dass in Bezug auf die Übertragungsfunktionen G_p(s) von dem Drehmomentführungssignal τ_r zu dem Motorpositionssignal x_m die Phase niemals um mehr als –180 Grad nacheilt, aber in Bezug auf die Übertragungsfunktion G_l(s) zu dem Lastpositionssignal x_l die Phase signifikant bei der Resonanzfrequenz ω_p nacheilt.
Als Nächstes wird, um Betriebsabläufe der Stabilitätskompensationsschaltung 80 und der Positionssignalkombinationsschaltung 90 zu erläutern, ein halbgeschlossenes Regelsystem, in dem die Rückführung in Bezug auf die Position der Last 20 nicht verwendet wird, erläutert, welches ein Regelsystem ist, das weithin in einem Fall verwendet wird, in dem ein Maschinensystem unter Verwendung eines Motors angetrieben wird.
3 ist ein Blockdiagramm zum Zeigen einer Konfiguration eines halbgeschlossenen Regelsystems, in welchem weder der Lastpositionsdetektor 70 noch das Lastpositionssignal x_l vorgesehen sind, wenn verglichen mit der Konfiguration der 1. Darüber hinaus sind die Positionssignalkombinationsschaltung 90, die Stabilitätskompensationsschaltung 80 und die Dämpfungskompensationsschaltung 140 nicht vorgesehen; demnach wird das Motorpositionssignal x_m direkt als Regelobjektpositionssignal x_fb in die Positionsverstärkungsschaltung 120 eingegeben.
Weil in dem in 3 repräsentierten halbgeschlossenen Regelsystem das Lastpositionssignal x_l nicht zurückgeführt wird, kann, wenn eine Deformation des Drehmomentübertragungsmechanismus 40 darin eingeschlossen ist, die Position der Last 20 nicht exakt geregelt werden. Jedoch kann die Positionsverstärkung k_p der Positionsverstärkungsschaltung relativ hoch festgelegt werden unter Aufrechterhaltung der Stabilität des Regelsystems; daher hat das System eine Eigenschaft, dass das Ansprechen für das Steuern des Motorpositionssignals x_m erhöht werden kann.
Zudem kann in dem halbgeschlossenen Regelsystem eine Offenschleifenübertragungsfunktion L(s), die durch Öffnen der gesamten Regelschleife bei der Position des Drehmomentführungssignals τ_r erhalten wird (auch als Einzelschleifenübertragungsfunktion bezeichnet, nachstehend einfach als Offenschleifenübertragungsfunktion bezeichnet) ausgedrückt werden durch die folgende Gleichung unter Verwendung der Geschwindigkeitsverstärkung k_v und der Geschwindigkeitsintegrationsverstärkung ω_vi.
[Gleichung 7]
In der Offenschleifenübertragungsfunktion L(s) des halbgeschlossenen Regelsystems ist die Übertragungsfunktion G_p(s) des Regelobjekts 10 von dem Drehmomentführungssignals τ_r zu dem Motorpositionssignal x_m als ein Element eingeschlossen. Daher sind die Anti-Resonanzpunkte z₀, die in der G_p(s) eingeschlossen sind, intakt als Nullstellen der Offenschleifenübertragungsfunktion eingeschlossen. Während Nullstellen der Offenschleifenübertragungsfunktion mit Ausnahme der Anti-Resonanzpunkte realzahlige Nullstellen von -ω_vi und -k_p in der Geschwindigkeits-PI-Regelschaltung 130 und der Positionsverstärkungsschaltung 120 festgelegt sind.
Andererseits kann die Position der Last 20 in Bezug auf das halbgeschlossene Regelsystem durch Durchführen der Rückmeldung des Lastpositionssignals x_l auch als exakt geregelt betrachtet werden mit Ausnahme einer Deformation des Drehmomentübertragungsmechanismus 40. Wenn jedoch das Lastpositionssignal x_l unmodifiziert verwendet wird, wird die Regelung in einem Bereich oberhalb einer vorbestimmten Frequenz instabil bedingt durch die Wirkung der durch niedrige mechanische Steifigkeit des Regelgegenstandes 10 bedingter Phasenverzögerung; daher ist eine Konfiguration überlegt worden, wie sie im Patentdokument 1 offenbart ist, in welcher die Rückmeldung des Motorpositionssignals x_m in einem Frequenzbereich vorgenommen wird, der oberhalb einem vorbestimmten liegt.
Die Konfiguration ist äquivalent mit der in 1, in welcher das Dämpfungskompensationssignal τ_c zu Null festgelegt wird durch Entfernen der Dämpfungskompensationsschaltung 140, und das Lastpositionssignal x_l statt des kompensierten Lastpositionssignals x_lc direkt in die Positionssignalkombinationsschaltung 90 eingegeben wird durch Entfernen der Stabilitätskompensationsschaltung 80. Das heißt, die Rückführung eines Signals, das durch Kombinieren des Lastpositionssignals x_l und des Motorpositionssignals x_m in der Positionssignalkombinationsschaltung 90 erhalten wird, in die Positionsverstärkungsschaltung 120 wird durchgeführt.
4 ist ein Blockdiagramm zum Zeigen einer internen Konfiguration der Positionssignalkombinationsschaltung 90.
Ein Motorpositionsfilter 90 empfängt das Motorpositionssignal x_m als Eingangsgröße und gibt ein unter Verwendung eines Hochpassfilters F_m(s), dessen Filterfrequenz ω_f ist, erhaltenes gefiltertes Signal aus. Während ein Lastpositionsfilter 92 das kompensierte Lastpositionssignal x_lc als Eingangsgröße empfängt und ein durch Verwenden eines Tiefpassfilters F_l(s), dessen Filterfrequenz dieselbe wie ω_f des Motorpositionsfilters 91 ist, erhaltene gefilterte Signal aus.
Hierdurch wird ein durch Summieren der Ausgangsgröße des Motorpositionsfilters 91 und der von dem Lastpositionsfilter 92 erhaltene Signal von der Positionssignalkombinationsschaltung 90 als Regelobjektpositionssignal x_fb ausgegeben.
Das heißt, die Positionssignalkombinationsschaltung 90 führt eine Berechnung aus, die durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird. [Gleichung 8]
Das heißt, die Positionssignalkombinationsschaltung 90 synthetisiert das Regelobjektpositionssignal x_fb von der Niederfrequenzkomponente des kompensierten Lastpositionssignals x_lc und der Hochfrequenzkomponente des Motorpositionssignals x_m. Daher ist die Schaltung auf solche Weise konfiguriert, dass je höher die Filterfrequenz ω_f ist, um so mehr das Verhältnis der Verwendung des kompensierten Lastpositionssignals x_lc statt des Motorpositionssignals x_m erhöht wird.
Das Regelobjektpositionssignal x_fb wird jedoch durch Synthetisieren der Frequenzkomponenten des Motorpositionssignals x_m und des Lastpositionssignals x_l erzeugt und das Lastpositionssignal x_l wird übermäßig in dem Regelobjektpositionssignal x_fb bei einer Frequenz eingeschlossen sein, die niedriger ist als die Filterfrequenz ω_f. Daher wird die Verwendungsrate des Lastpositionssignals x_l, um die Regelgenauigkeit des Lastpositionssignals x_l zu erhöhen, nicht nur durch ausreichendes Erhöhen der Positionsverstärkung k_p der Positionsverstärkungsschaltung 120, sondern durch Erhöhen der Filterfrequenz ω_f der Positionssignalkombinationsschaltung 90 zu erhöhen.
Jedoch, wie in 2 gezeigt, verzögert, weil in Bezug auf die Antwort G_p(s) des Lastpositionssignals x_l zu dem Drehmomentführungssignals τ_r seine Phase mehr als die Antwort G_p(s) des Motorpositionssignals x_m zu dem Drehmomentführungssignal τ_r verzögert, seine Phase mehr als die des halbgeschlossenen Regelsystems, das durch Gleichung 7 ausgedrückt wird. Als ein Ergebnis können, weil das Regelsystem zur Instabilität neigt und seine Vibration auch zum Zunehmen neigt, die Filterfrequenz ω_f und die Positionsverstärkung k_p nicht ausreichend erhöht werden.
Folglich ist die Stabilitätskompensationsschaltung 80 auf solche Weise konfiguriert, dass das kompensierte Lastpositionssignal x_lc, in welchem die Kombination für die Phasenverzögerung des Lastpositionssignals x_l vorgenommen worden ist, ausgegeben wird.
5 ist ein Blockdiagramm zum Zeigen einer inneren Konfiguration der Stabilitätskompensationsschaltung 80.
Eine Differentialschaltung 81 zweiter Ordnung gibt das Differentialsignal zweiter Ordnung des Lastpositionssignals x_l aus. Eine Stabilitätskompensations-Verstärkungsschaltung 82 gibt ein Signal aus, das durch Multiplizieren der Differentialschaltung 81 zweiter Ordnung mit einer Stabilitätskompensationsverstärkung K_st erhalten wird, die von außen festgelegt wird. Darüber hinaus gibt die Stabilitätskompensationsschaltung 80 ein summiertes Signal als kompensiertes Lastpositionssignal x_lc aus, das von der Ausgangsgröße der Stabilitätskompensations-Verstärkungsschaltung 82 und dem Lastpositionssignal x_l erhalten wird.
Das heißt, die Stabilitätskompensationsschaltung 80 führt eine Berechnung aus, die durch die folgende durch eine Übertragungsfunktion C_st(s) repräsentierte Gleichung ausgedrückt wird. [Gleichung 9]
Weil die Stabilitätskompensationsschaltung 80 wie oben arbeitet, wird die Übertragungsfunktion von dem Drehmomentführungssignal τ_r zu dem kompensierten Lastpositionssignal x_lc durch die folgende Gleichung ausgedrückt: [Gleichung 10]
Hier wird die Stabilitätskompensationsverstärkung K_st durch die folgende Gleichung unter Verwendung der Anti-Resonanzfrequenz ω_z des Regelobjekts 10 festgelegt.
[Gleichung 11]

Kst = 1/ω2z (11)

Hier kann die Anti-Resonanzfrequenz geschätzt werden durch ein Verfahren wie die Frequenzantwortsmessung des Regelobjekts 10 oder die Vibrationsfrequenzmessung des Regelobjekts 10, wenn die Geschwindigkeitsverstärkung k_v der Geschwindigkeits-PI-Regelschaltung 130 erhöht wird.
Wenn die Stabilitätskompensationsverstärkung K_st wie durch Gleichung 11 ausgedrückt festgelegt wird, stimmt die Übertragungsfunktion von dem Drehmomentführungssignal τ_r zu dem kompensierten Lastpositionssignals x_lc mit G_p(s) in Gleichung 4 überein; zudem stimmt die Übertragungsfunktion von dem Drehmomentführungssignal τ_r zu dem Regelobjektpositionssignal x_fb auch mit G_p(s) überein. [Gleichung 12]
Daher stimmt die Übertragungsfunktion von dem Drehmomentführungssignal τ_r zu dem Basisregeldrehmomentsignal τ_b mit der Offenschleifenübertragungsfunktion, wie sie durch die folgende Gleichung ausgedrückt, überein, wenn die halbgeschlossene Regelung wie durch Gleichung 7 ausgedrückt vorgenommen wird. [Gleichung 13]
Als ein Ergebnis des Vorangehenden kann eine stabile Regelung äquivalent zu der halbgeschlossenen Regelung sichergestellt werden durch Verwenden der Stabilitätskompensationsschaltung 80; zudem können die Positionsverstärkung k_p der Positionsverstärkungsschaltung 120 und die Filterfrequenz ω_f der Positionssignalkombinationsschaltung 90 in ausreichender Weise erhöht werden.
Als ein Ergebnis kann die Regelgenauigkeit des Lastpositionssignals x_l verbessert werden.
Zudem sind die Anti-Resonanzpunkte z₀ des Regelobjekts 10, die durch Gleichung 6 ausgedrückt werden, in Nullen der Offenschleifenübertragungsfunktion eingeschlossen ähnlich dem Fall der halbgeschlossenen Regelung.
Hier wird ein Zusammenhang zwischen der Stabilitätskompensationsschaltung 80 und Hochfrequenzrauschen erläutert.
Die Stabilitätskompensationsschaltung 80 ist konfiguriert, um das kompensierte Lastpositionssignal x_lc durch eine das Differential zweiter Ordnung des Lastpositionssignals x_l einschließende Berechnung auszugeben. Jedoch wird das Regelobjektpositionssignal x_fb durch das Lastpositionsfilter 92 erhalten und weil die Antwort des Positionsregelsystems allgemein langsamer ist als die der Geschwindigkeits-PI- Regelschaltung 130, braucht die Filterfreqzenz ω_f der Positionssignalkombinationsschaltung 90 nicht extrem angehoben zu werden; daher wird das Regelobjektpositionssignal x_fb nicht extrem verrauscht.
Der Betrieb des Drehmomentführungssignals τ_r ansprechend auf die Eingabe des Positionsführungssignals x_r ist ähnlich der allgemein halbgeschlossenen Regelung; daher tritt selbst wenn das Positionsführungssignal x_r stark variiert, niemals ein Problem auf, bei dem das Drehmomentführungssignal τ_r stark variiert.
Darüber hinaus wird durch die Dämpfungskompensationsschaltung 140 unter Verwendung des Positionsführungssignals x_r, des Motorpositionssignals x_m und des Lastpositionssignals x_l das Dämpfungskompensationsmomentsignal τ_c, das basierend auf dem Dämpfungsanpassungsparameter α abgestimmt wird, der von außen eingestellt wird, zu dem Basisregeldrehmomentsignal τ_b hinzuaddiert. Hierdurch ist die Einrichtung konfiguriert, um das Drehmomentführungssignal τ_r zu erhalten.
6 ist ein Blockdiagramm zum Zeigen einer inneren Konfiguration der Dämpfungskompensationsschaltung 140.
Eine erste Dämpfungsverstärkungsschaltung 141 empfängt als Eingangsgröße ein Differenzsignal zwischen einem Lastpositionssignal x_l und dem Motorpositionssignals x_m und gibt als ein erstes Dämpfungskompensationssignal x_zl ein Signal aus, das durch Multiplizieren des Differenzsignals mit einer ersten Dämpfungsverstärkung k_zl erhalten wird. Eine Lastpositionsdifferentialschaltung 142 gibt ein durch Differenzieren des Differenzsignals zwischen dem Positionsführungssignal x_r und dem Lastpositionssignal x_l erhaltenes Signal aus während eine zweite Dämpfungsverstärkungsschaltung 143 als ein zweites Dämpfungskompensationssignal x_z2 ein Signal ausgibt, das erhalten wird durch Multiplizieren der Ausgangsgröße von der Lastpositionsdifferentialschaltung 142 mit einer zweiten Dämpfungsverstärkung K_z2. Eine dritte Dämpfungsverstärkungsschaltung 144 gibt als ein drittes Dämpfungskompensationssignal x_z3 ein Signal aus, das erhalten wird durch Multiplizieren des Differenzsignals zwischen dem Positionsführungssignal x_r und dem Lastpositionssignal x_l mit einer dritten Dämpfungsverstärkung K_z3. Eine Dämpfungsanpassungsschaltung 145 gibt ein Signal aus, das erhalten wird durch Multiplizieren mit dem Dämpfungsanpassungsparameter α, einem Signal, das erhalten wird durch Summation des ersten Dämpfungskompensationssignals x_z1, des zweiten Dämpfungskompensationssignals x_z2 und dem dritten Dämpfungskompensationssignal x_z3. Das heißt, die Dämpfungskompensationsschaltung 140 führt die folgende Berechnung aus.
[Gleichung 14]

τc = α{Kz1(xl – xm) + Kz2·s·(xr – xl) + Kz3·(xr – xl)} (14)

Als Nächstes wird ein Verfahren zum Einstellen von Kontaktwerten für die Dämpfungskompensationsschaltung 140 erläutert. Bedingt durch die Dämpfungskompensationsschaltung 140, die wie oben beschrieben arbeitet, kann die Übertragungsfunktion von dem Drehmomentführungssignal τ_r zu dem Dämpfungskompensationsmomentsignal τ_c ausgedrückt werden durch die folgende Gleichung unter Verwendung von Gleichung 6, Gleichung 7 und Gleichung 8.
[Gleichung 15]
Die erste Dämpfungsverstärkung K_z1, die zweite Dämpfungsverstärkung K_z2 und die dritte Dämpfungsverstärkung K_z3 der Dämpfungskompensationsschaltung 140 sind folgendermaßen unter Verwendung der Geschwindigkeitsverstärkung k_v, der Geschwindigkeitsintegrationsverstärkung ω_vi und der Positionsverstärkung k_p, welches konstante Werte sind, in der Geschwindigkeits-PI-Regelschaltung 130 und der Positionsverstärkungsschaltung 120 festgelegt.
[Gleichung 16]

Kz1 = kvω2z (16)

[Gleichung 17]

Kz2 = kv(kp + ωvi) (17)

[Gleichung 18]

Kz3 = kvkpωvi (18)

Als ein Ergebnis der obigen Einstelloperation kann die Übertragungsfunktion von dem Drehmomentführungssignal τ_r des Dämpfungskompensationsdrehmomentsignals τ_c durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden. [Gleichung 19]
Darüber hinaus kann die durch Öffnen der Schleife bei der Position des Drehmomentführungssignals τ_r erhaltene Offenschleifenübertragungsfunktion durch die folgende Gleichung unter Verwendung von Gleichung 15 und Gleichung 19 ausgedrückt werden. [Gleichung 20]
Daher variieren die Anti-Resonanzpunkte der Offenschleifenübertragungsfunktion von z₀, ausgedrückt durch Gleichung 6, bis z₀, ausgedrückt durch die folgende Gleichung. [Gleichung 21]
wobei ein Dämpfungskoeffizient ζ_z bei den obigen Anti-Resonanzpunkten durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird.
[Gleichung 22]

ϛz = α·ωz/2 (22)

Die Polstelle und die Nullstelle der durch Gleichung 20 ausgedrückten Offenschleifenübertragungsfunktion variieren nicht, in Übereinstimmung mit dem Variieren des Dämpfungsanpassungsparameters α, mit Ausnahme der Anti-Resonanzpunkte, die durch Gleichung 21 und Gleichung 22 ausgedrückt werden. Zudem variiert die Anti-Resonanzfrequenz ω_z als der Absolutwert der Anti-Resonanzpunkte nicht, sondern nur der Dämpfungskoeffizient bei den Anti-Resonanzpunkten variiert.
Durch Konfigurieren der Dämpfungskompensationsschaltung 140 wie oben wird nur der Dämpfungskoeffizient bei den Anti-Resonanzpunkten der Offenschleifenübertragungsfunktion in Bezug auf das Regelsystem in 1 konfiguriert, um durch den Dämpfungsanpassungs-Parameter α, der von außen eingestellt wird, geändert zu werden.
Ein Vorteil dieser Konfiguration wird folgendermaßen beschrieben, wobei nur der Dämpfungskoeffizient der Anti-Resonanzpunkte der Offenschleifenübertragungsfunktion durch den Dämpfungsanpassungs-Parameter α, der von außen eingestellt wird, geändert wird.
Wenn die Geschwindigkeitsverstärkung k^v ausreichend erhöht wird, ist die Geschlossenschleifenpolstelle des Regelsystems als Asymptote zu Null der Offenschleifenübertragungsfunktion bekannt. Das heißt, in dem Fall, in dem der Dämpfungsanpassungsparameter α auf Null in dem halbgeschlossenen Übertragungssystem mit der durch Gleichung 7 ausgedrückten Offenschleifenübertragungsfunktion, oder in dem Regelsystem in 1 auf Null eingestellt wird, nähern sich, wenn die Geschwindigkeitsregelverstärkung k_v erhöht wird, ein Teil der Geschlossenschleifenpolstelle den Anti-Resonanzpunkten des Regelobjekts 10, wie durch Gleichung 6 ausgedrückt. Demgemäss wird bei der Polstelle der geschlossenen Schleifen der Dämpfungskoeffizient relativ niedrig und die Antwort des Regelobjekts 10 neigt zu Schwingungen.
Andererseits, wie durch Gleichung 22 ausgedrückt, nimmt der Dämpfungskoeffizient bei dem Anti-Resonanzpunkt, wenn der Dämpfungsanpassungsparameter α erhöht wird, zu. Zudem sind die anderen Nullstellen der Offenschleifen-Übertragungsfunktion L(s) -ω_vi und -k_p und sind reale Zahlen.
Als ein Ergebnis wird, wenn die Geschwindigkeitsregelverstärkung k_v erhöht wird, die Geschlossenschleifenpolstelle sich dem Anti-Resonanzpunkt annähern, bei dem der Dämpfungskoeffizient relativ groß ist und der realzahligen Nullstelle; daher wird, obwohl eine externe Störung auf das Regelobjekt 10 einwirkt, ein Schwingen des Regelsystems kontrolliert.
Hier wird der Dämpfungsanpassungsparameter α ausreichend höher festgelegt in einem Umfang, dass der Dämpfungskoeffizient ζ_z, der durch die Gleichung 22 ausgedrückt wird, näherungsweise 0,5 wird, so dass die Anpassung leicht vorgenommen werden kann. Zudem können die Geschwindigkeitsverstärkung k_v Geschwindigkeitsintegrationsverstärkung ω_vi und die Positionsverstärkung k_p erhöht werden, um die Störungsreduzierwirkung zu erhöhen ähnlich dem Anpassungsverfahren der allgemeinen halbgeschlossenen Regelung.
Hier wird, selbst wenn in der Dämpfungskompensationsschaltung 140 das erste Dämpfungskompensationssignal x_zl durch Multiplizieren eines durch Differenzieren zweiter Ordnung des Lastpositionssignals x_l erhaltenen Lastbeschleunigungssignals mit dem Geschwindigkeitsgewinn k_v und –1, weil die Offenschleifenübertragungsfunktion mit Gleichung 20 übereinstimmt, ein ähnlicher Effekt erhalten werden; weil jedoch das Differentialsignal zweiter Ordnung des Lastpositionssignals x_l verwendet wird, nehmen hochfrequente Rauschkomponenten davon zu. Daher wird wie oben beschrieben durch Berechnen des ersten Dämpfungskompensationssignals x_zl durch Multiplizieren des Differenzsignals zwischen dem Motorpositionssignal x_m und dem Lastpositionssignal x_l mit der ersten Dämpfungsverstärkung k_zl die Vorrichtung konfiguriert, dass die Rauschprobleme nicht auftreten.
Wie oben beschrieben, kann bedingt durch die Wirkung der Stabilitätskompensationsschaltung 80 und der Dämpfungskompensationsschaltung 140 nicht nur durch ein Verfahren, das sehr ähnlich dem der halbgeschlossenen Regelung durchgeführte Anpassung, sondern ein einfaches Anpassungsverfahren, bei dem der Dämpfungsanpassungsparameter α als ein Parameter, der extern abgestimmt wird, nur zu einem adäquaten Wert erhöht wird, die Regelgenauigkeit des Lastpositionssignals x_l verbessert werden; folglich kann ein Regelsystem realisiert werden, in dem Schwingung auch gegenüber der externen Störung, die dem Regelobjekt 10 zugeführt wird, realisiert werden.
Hier ist in der obigen Beschreibung die Berechnung des in 6 repräsentierten Blockdiagramms, das heißt, die durch Gleichung 14 ausgedrückte Berechnung in der Dämpfungskompensationsschaltung 140 ausgeführt worden. Jedoch können ähnliche Effekte erhalten werden trotz der durch die folgende Gleichung ausgedrückten Berechnung zum direkten Erhalten des Dämpfungskompensationsmomentsignals τ_c von den Eingangssignalen in der Dämpfungskompensationsschaltung 140.
[Gleichung 23]

τc = α(Kz2·s + Kz3)xr – α(Kz2·s + Kz3 – Kz1)xl – α·Kz1·xm (23)

Zudem ist die Grundlage des durch die Dämpfungskompensationsschaltung 140 erhaltenen Effekts, dass die Schwingung reduziert wird durch Erhöhen des Dämpfungskoeffizienten bei den Anti-Resonanzpunkten der Offenschleifenübertragungsfunktion, wie durch Gleichung 22 ausgedrückt, um dem Dämpfungskoeffizienten der Geschlossenschleifenpolstelle zu erhöhen. Daher kann die Vorrichtung so konfiguriert werden, dass wenn ihre Offenschleifenübertragungsfunktionen miteinander gleich sind, die Rechenoperation ansprechend auf das Positionsführungssignal x_r in der Dämpfungskompensationsschaltung 140 sich von jenen in Gleichung 14 und Gleichung 23 unterscheidet.
Beispielsweise kann statt des Positionsführungssignals x_r, das in die Dämpfungskompensationsschaltung 140 eingegeben wird, ein Signal, das durch Tiefpassfiltern des Positionsführungssignals x_r erhalten wird, verwendet werden; hierdurch kann das Variieren des Dämpfungskompensationsmomentsignals τ_c entsprechend dem Positionsführungssignal x_r geglättet werden. Demgegenüber wird ein Anweisungsbeschleunigungssignal a_r als Differentialsignal zweiter Ordnung des Positionsführungssignals x_r innerhalb der Dämpfungskompensationsschaltung 140 berechnet werden; dann werden ein durch Multiplizieren des Anweisungsbeschleunigungssignals a_r mit einer angemessenen Verstärkung erhaltenes Signal und Dämpfungsanpassungsparameter α ferner zu dem Dämpfungskompensationsmomentsignal τ_c addiert. Hierdurch kann die Vorrichtung konfiguriert werden, so dass die Antwort des Motorpositionssignals x_m in Bezug auf ein Schwanken des Positionsführungssignals x_r, wenn der Dämpfungsanpassungsparameter α erhöht wird, so schnell wie möglich.
Ausführungsform 2.
In Ausführungsform 1 ist die Konfiguration zum Berechnen des Basissteuermomentsignals τ_b durch Gleichungen 1, 2 und 3 erläutert worden unter Verwendung der Positionsverstärkungsschaltung 120, der Geschwindigkeitsberechnungsschaltung 100 und der Geschwindigkeits-PI-Regelschaltung 130; jedoch kann die Berechnung auch unter Verwendung einer anderen Konfiguration vorgenommen werden. Speziell, wenn die Übertragungsfunktion von dem Drehmomentführungssignal τ_r zu dem Basissteuermomentsignal τ_b äquivalent ist zu der in Ausführungsform 1 durch Gleichung 13 ausgedrückten, kann die Berechnung unter Verwendung der Dämpfungskompensationsschaltung 140 wie oben ohne irgendeine Modifikation ausgeführt werden.
Andererseits, wenn die Übertragungsfunktion von dem Drehmomentführungssignal τ_r und dem Basissteuermomentsignal τ_b sich von dieser durch Gleichung 3 ausgedrückten unterscheidet, kann die Berechnung unter Verwendung der Dämpfungskompensationsschaltung 140 in entsprechender Weise modifiziert werden. Die Details werden wie folgt erläutert.
Beispielsweise kann als Maßnahme für einen Fall, dass die Auflösung des Motorpositionsdetektors 60 extrem niedrig ist unter der Annahme, dass die Geschwindigkeitsberechnungsschaltung 100 das Motorgeschwindigkeitssignal v_m durch eine Rechnung berechnet, in der ein Geschwindigkeitsfilter F_v(s) wie durch Gleichung 24 ausgedrückt, hinzugefügt wird statt der Differentialberechnung der Gleichung 4, die Übertragungsfunktion von dem Drehmomentführungssignal τ_r zu dem Basissteuermomentsignal τ_b durch Gleichung 25 ausgedrückt werden.
[Gleichung 24]

v .m = s·Fv(s)·xm (24)

[Gleichung 25]
In diesem Fall kann die Berechnung des Dämpfungskompensationsmomentsignals τ_c in der Dämpfungskompensationsschaltung 140 durch die folgende Gleichung unter Verwendung der durch Gleichung 16 festgelegten ersten Dämpfungsverstärkung K_zl, der durch Gleichung 18 festgelegten dritten Dämpfungsverstärkung K_z3 und des Dämpfungsanpassungsparameters α, und eine vierte Dämpfungsverstärkung K_z4, eine fünfte Dämpfungsverstärkung K_z5 verwendend und eine Übertragungsfunktion, die dieselbe ist wie das Geschwindigkeitsfilter F_v(s) in Gleichung 24, welches neu eingefügt wird.
[Gleichung 26]

τc = α{Kz1Fv(s)·(xl – xm) + (Kz4Fv(s) + Kz3)·s·(xr – xl) + Kz3·(xr – xl)} (26)wobei die vierte Dämpfungsverstärkung K_z4 und die fünfte Dämpfungsverstärkung K_z5 jeweils folgendermaßen festgelegt werden.

[Gleichung 27]

Kz4 = kvωvi (27)

[Gleichung 28]

Kz3 = kvkp (28)

Dann kann die Offenschleifenübertragungsfunktion L(s), die durch Öffnen der Position des Drehmomentführungssignals τ_r ausgedrückt werden durch die folgende Gleichung. [Gleichung 29]
Das heißt, durch Variieren des Dämpfungsanpassungsparameters α wird nur der Dämpfungskoeffizient bei dem Anti-Resonanzpunkt unter den Nullstellenpunkten der Gleichung 29 ausgedrückten Offenschleifenübertragungsfunktion konfiguriert, um zu variieren. Hier wird in Bezug auf die Nullstellen mit Ausnahme der Anti-Resonanzpunkte, weil wenn die Gleichung 29 ausgeweitet wird, die Beschreibung kompliziert wird, die Beschreibung weggelassen; jedoch ist es offensichtlich, dass der Koeffizient nicht variiert, obwohl der Dämpfungsanpassungsparameter α variiert und darüber hinaus durch eine allgemeine Abstimmung die Nullstellenpunkte mit Ausnahme des Anti-Resonanzpunktes reale Zahlen werden oder komplexe Nullstellen, deren Dämpfungskoeffizient relativ große ist.
Demgemäss kann selbst wenn die Übertragungsfunktion von dem Drehmomentführungssignal τ_r zu dem Basissteuermomentsignal τ_b sich von der durch Gleichung 13 in Ausführungsform 1 ausgedrückten unterscheidet, wenn Geschwindigkeitsverstärkung k_v ausreichend groß ist, nur durch Erhöhen des Dämpfungsanpassungsparameters α zu einem adäquaten Wert ähnlich dem in Ausführungsform 1, der Dämpfungskoeffizient der Geschlossenschleifenpolstelle erhöht werden. Hierdurch kann, selbst wenn eine externe Störung auf das Regelobjekt 10 einwirkt, die Vibration reduziert werden; folglich kann die Position des Motors 30 oder die Position der Last 20 exakt durch einen einfachen Anpassungsbetrieb gesteuert werden.
Ausführungsform 3.
In Ausführungsform 1 ist durch Summieren des Lastpositionssignals x_l und des durch Multiplizieren des durch Differentierung der Ordnung des Lastpositionssignals x_l erhaltenen Signals mit der Stabilitätskompensationsverstärkung K_st erhaltenen Signals die Komponensation für die Phasenverzögerung des Lastpositionssignals x_l vorgenommen worden; wenn jedoch ein Verfahren, in dem eine andere Berechnung vorgenommen wird, auch die Wirkung der Phasenvoreilung bei einer Frequenz nahe der Anti-Resonanzfrequenz ω_z und der Resonanzfrequenz ω_p des Objekts 10 hat, kann, obwohl der Effekt groß oder klein, die Kompensation kann hierdurch ebenfalls für die Phasenverzögerung des Lastpositionssignals x_l vorgenommen werden.
7 ist ein Blockdiagramm zum Zeigen einer Motorpositionsregelvorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung, in welcher die Dämpfungskompensationsschaltung 140 der in 1 dargestellten Ausführungsform 1 weggelassen, so dass das Basissteuermomentsignal τ_b konfiguriert ist, um als Drehmomentführungssignal τ_r ohne irgendwelche Modifikation verwendet zu werden.
Beispielsweise wird in einer Stabilitätskompensationsschaltung 80a die durch die folgende Übertragungsfunktion ausgedrückte Berechnung unter Verwendung der Stabilitätskompensationsverstärkung K_st und einer Filterzeitkonstanten t_st ausgeführt. [Gleichung 30]
Gleichung 30 ist eine Rechengleichung, in der ein sekundäres Tiefpassfilter weiter zu der Stabilitätskompensationsschaltung 80 in Ausführungsform 1 hinzugefügt worden ist, durch welches eine stärker Wirkung erhalten werden kann für das Reduzieren des Rauschens, wenn irgendein Problem, das durch speziell niedrige Auflösung des Lastpositionsdetektors 70 verursacht wird, auftritt.
In diesem Fall kann die Stabilitätskompensationsverstärkung K_st festgelegt werden auf einen Wert nahe bei dem in der in Ausführungsform 1 verwendeten Gleichung 11; darüber hinaus kann, wenn die Filterzeitkonstante t_st auf einen Wert festgelegt wird, der kleiner als die Wurzel der Stabilitätskompensationsverstärkung K_st ist, eine Wirkung des Voreilens der Phase durch das Rechnen der Gleichung 30 erhalten werden.
Hier ist in Gleichung 30 die Berechnung ausgeführt worden, die Phasenvoreilungseigenschaft dadurch bedingt einschließt, dass der Zähler und der Nenner jeweils eine sekundäre Übertragungsfunktion sind; jedoch obwohl der Zähler und der Nenner jeweils eine primäre Übertragungsfunktion sind, kann beispielsweise, wie durch die folgende Gleichung ausgedrückt, weil eine Wirkung des Voreilens der Phase bei einer Frequenz nahe der Anti-Resonanzfrequenz ω_z und der Resonanzfrequenz ω_p erhalten werden kann, eine Wirkung, dass die Positionsverstärkung k_p der Filterfrequenz ω_f erhöht werden kann verglichen mit der Konfiguration, in der die Stabilitätskompensationsschaltung 80a nicht vorgesehen ist, erhalten werden. [Gleichung 31]
Hier kann die Wirkung des Voreilens der Phase erhalten werden, wenn t2 < t1 gilt; zudem wird t1 als auf einen Wert nahe bei dem Kehrwert der Anti-Resonanzfrequenz ω_z festgelegt angenommen.
Durch Konfigurieren wie oben beschrieben, empfängt die Stabilitätskompensationsschaltung 80a als Eingangsgröße das Lastpositionssignal x_l und gibt basierend auf der Berechnung der phasenvoreilenden Übertragungsfunktion, die durch Gleichung 30 oder Gleichung 31 ausgedrückt wird, das kompensierte Lastpositionssignal x_lc ab. Darüber hinaus gibt die Positionssignalkombinationsschaltung 90 als Regelobjektpositionssignal x_fb ein durch Aufsummieren eines durch Hochpassfiltern des Motorpositionssignals x_m und eines durch Tiefpassfiltern des kompensierten Lastpositionssignals x_lc erhaltenes summiertes Signal aus. Daher wird in der Konfiguration gemäß Ausführungsform 3 die Berechnung in Bezug auf das das Drehmomentführungssignal τ_r basierend auf dem Positionsführungssignal x_r und dem Regelobjektpositionssignal x_fb durchgeführt.
Als ein Ergebnis wird das Regelobjektpositionssignal x_fb, dessen Phase weiter voreilt verglichen mit der einer ohne die Stabilitätskompensationsschaltung 80a vorgesehenen Konfiguration zurückgeführt und, selbst wenn die mechanische Festigkeit des Regelobjekts 10 relativ niedrig ist, können die Filterfrequenz ω_f der Positionssignalkombinationsschaltung 90 und die Positionsverstärkung k_p der Positionsverstärkungsschaltung 120 stabil erhöht werden; folglich kann die Regelgenauigkeit des Lastpositionssignals x_l verbessert werden.
Ausführungsform 4.
Ein Betrieb der Dämpfungskompensationsschaltung 140, wenn die Stabilitätskompensationsschaltung 80 und die Positionssignalkombinationsschaltung 90 in Ausführungsform 1 weggelassen sind, erhält sich folgendermaßen.
8 ist ein Blockdiagramm zum Zeigen einer Maschinenpositionsregelvorrichtung gemäß Ausführungsform 4, in welcher die Stabilitätskompensationsschaltung 80 und die Positionssignalkombinationsschaltung 90 von der in 1 wiedergegebenen Konfiguration weggelassen sind, und das Motorpositionssignal x_m anstatt des Regelobjektpositionssignal x_fb direkt in die Positionsverstärkungsschaltung 120 eingegeben wird.
In der obigen Konfiguration, kann die Offenschleifenübertragungsfunktion durch Gleichung 20 in ähnlicher Weise zu der in Ausführungsform 1 ausgedrückt werden und die Vorrichtung ist derart konfiguriert, dass nur der Dämpfungskoeffizient ζ_z bei den Anti-Resonanzpunkten der Offenschleifenübertragungsfunktion durch Variieren des Dämpfungsanpassungsparameters α variiert wird. Als ein Ergebnis hiervon kann, wenn die Geschwindigkeitsverstärkung k_v ausreichend groß ist, nur durch angemessenes Erhöhen des Dämpfungsanpassungsparameters α der Dämpfungskoeffizient der Geschlossenschleifenpolstelle erhöht werden; folglich kann selbst in einem Fall, in dem eine externe Störung auf das Regelobjekt 10 einwirkt, die Vibration reduziert werden.
Hier ist in Ausführungsform 4, weil die Stabilitätskompensationsschaltung 80 und die Positionssignalkombinationsschaltung 90 weggelassen sind, eine Funktion vorgesehen, um auf solche Weise zu arbeiten, das das Motorpositionssignal x_m mit dem Positionsführungssignal x_r übereinstimmt und den festen, zwischen dem Lastpositionssignal x_l und dem Motorpositionssignal x_m auftretenden Fehler kompensiert; jedoch in der Anwendung, in der ein solcher Fehler nicht als ein Problem behandelt wird, kann Vibration durch Erhöhen der Geschwindigkeitsverstärkung k_v der Positionsverstärkung k_p unter Verwendung einer einfachen Konfiguration des Regelsystems und durch Erhöhen des Dämpfungskoeffizienten bei den Anti-Resonanzpunkten der Offenschleifen- Übertragungsfunktion unter Verwendung der Funktion der Dämpfungskompensationsschaltung 140 reduziert werden; folglich kann die Position des Motors 30 exakt geregelt werden. Darüber hinaus kann die Position der Last 20 als ein Ergebnis hiervon ebenfalls ohne Probleme geregelt werden. Daher können die Position des Motors 30 und der Last 20 durch eine einfache Anpassoperation exakt geregelt werden.
Hier können mit Ausnahme für die in Ausführungsform 1 bis Ausführungsform 4 repräsentierten Konfigurationen modifizierte Beispiele wie eine Konfiguration, dass das Motorgeschwindigkeitssignal v_m als Geschwindigkeitsrückkopplung des Motors nicht in die Positionsgeschwindigkeitsregelschaltung 110 eingegeben wird und eine Konfiguration, dass eine Schaltung zum Durchführen der Geschwindigkeits-IP-Regelung anstatt der Geschwindigkeits-PI-Regelschaltung 130 verwendet wird etc. vorgeschlagen werden; hierdurch können die Stabilitätskompensationsschaltung 80 und die Dämpfungskompensationsschaltung 140 den Änderungen entsprechenden Übertragungseigenschaften in ähnlicher Weise konfiguriert werden zu jenen in Ausführungsform 1 bis Ausführungsform 4.
ZUSAMMENFASSUNG
MASCHINENPOSITIONSREGELVORRICHTUNG
Selbst wenn die Festigkeit eines einen Motor verwendenden Lastantriebssystems relativ gering ist, kann durch Vornehmen einer Lastpositionsregelung, bei der ein Lastpositionssignal zurückgeführt wird, das so stabil ist wie ein halbgeschlossenes Regelsystem, bei der nur ein Motorpositionssignal zurückgeführt wird, eine exakte Lastpositionsregelung ermöglicht werden. Danach wird bezüglich eines Lastpositionssignals x_l als einem Momentanpositionsmesswert einer Last 20, nachdem eine Kompensation als Reaktion auf die Phasenverzögerung ausgeführt worden ist durch eine Stabilitätskompensationsschaltung 80, der Hochfrequenzabschnitt davon als Regelobjektpositionssignal x_fb genommen durch Ersetzen durch ein Motorpositionssignal x_m als Momentanpositionsmesswert eines Motors in einer Positionssignalkombinationsschaltung 90 und dann wird das Regelobjektpositionssignal x_fb zu einer Positionsregelschaltung 110 zurückgeführt; ein demgemäßes Drehmomentführungssignal, das einen Drehmomentsollwert angibt, mit dem der Motor 30 die Last 20 antreibt, wird ausgegeben.

10: Regelobjekt
20: Last
30: Motor
80, 80a: Stabilitätskompensationsschaltung als Stabilitätskompensationseinrichtung
110: Positionsgeschwindigkeitsregelschaltung als Positionsgeschwindigkeitsregeleinrichtung
140: Dämpfungskompensationsschaltung als Dämpfungskompensationseinrichtung

Claims

Eine Maschinenpositionsregelvorrichtung, umfassend: eine Positionsgeschwindigkeitsregeleinrichtung zum Empfangen eines einen Positionssollwert einer durch einen Motor angetriebenen Last angebenden Positionsführungssignals und eines Regelobjektzielsignals als Referenzinformation in Bezug auf Momentanpositionen des Motors und der Last als Eingangsgröße, und zum Ausgeben eines Drehmomentführungssignals als Sollwert des Drehmoments, bei dem der Motor die Last antreibt; eine Stabilitätskompensationseinrichtung zum Empfangen eines Lastpositionssignals als einen Momentanpositionsmesswert der Last als Eingangsgröße und zum Ausgeben eines kompensierten Lastpositionssignal, dem eine Phasenverzögerung des Lastpositionssignals basierend auf einer Phasenvoreilungsübertragungsfunktion kompensiert worden ist; und eine Positionssignalkombinationseinrichtung zum Kombinieren eines eine Hochfrequenzkomponente eines Motorpositionssignals als einen Momentanpositionsmesswert des Motors einschließenden Signals mit einem eine Niederfrequenzkomponente des kompensierten Lastpositionssignals einschließenden Signal, und zum Ausgeben des Regelobjektpositionssignals.
Maschinenpositionsregelvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Stabilitätskompensationseinrichtung das Lastpositionssignal und ein durch Multiplizieren eines durch Differenzieren zweiter Ordnung des Lastpositionssignals erhaltenen Signals mit einer Stabilitätskompensationsverstärkung erhaltenen Signals summiert.
Maschinenpositionsregelvorrichtung, umfassend: eine Positionsgeschwindigkeitsregeleinrichtung zum Empfangen eines Positionsführungssignals, das einen Positionssollwert einer durch einen Motor angetriebenen Last angibt und eines Regelobjektpositionssignals als Referenzinformation in Bezug auf die Momentanpositionen des Motors und der Last als Eingangsgrößen, und zum Ausgeben eines Basissteuermomentsignals, das eine Grundlage zum Berechnen eines Drehmomentpositionssignals als einen Sollwert für das Drehmoment sein soll, bei dem der Motor die Last antreibt; eine Stabilitätskompensationseinrichtung zum Empfangen eines Lastpositionssignals als einen Momentanpositionsmesswert der Last als Eingangsgröße, und zum Ausgeben eines kompensierten Lastpositionssignals, nachdem eine Phasenverzögerung des Lastpositionssignals basierend auf einer Phasenvoreilungsübertragungsfunktion kompensiert worden ist; eine Positionssignalkombinationseinrichtung zum Kombinieren eines eine Hochfrequenzkomponente eines Motorpositionssignals als einen Momentanpositionsmesswert des Motors enthaltenden Signals mit einem eine Niederfrequenzkomponente des kompensierten Lastpositionssignals enthaltenden Signals, und zum Ausgeben des Regelobjektpositionssignals; und eine Dämpfungskompensationseinrichtung (140), die eine Einrichtung ist zum Empfangen des Motorpositionssignals und des Lastpositionssignals als Eingangsgröße und zum Ausgeben eines Dämpfungskompensationsmomentsignals, zu dem das Basissteuermomentsignal hinzugefügt wird zum Erhalten des Drehmomentführungssignals, um das Dämpfungskompensationsmomentsignal zu berechnen, wenn ein Lastantriebssystem mit dem Motor als ein System mit zwei Freiheitsgraden moduliert wird basierend auf einer zweiten Offenschleifenübertragungsfunktion, die als Reaktion auf eine erste Offenschleifenübertragungsfunktion als eine Übertragungsfunktion von dem Drehmomentführungssignal zu dem Basissteuermomentsignal derart bestimmt wird, dass eine Offenschleifenübertragungsfunktion, die durch Kombinieren mit der ersten Offenschleifenübertragungsfunktion erhalten wird, mit einer Funktion übereinstimmt, in der nur ein Dämpfungskoeffizient bei einem Anti-Resonanzpunkt des Systems mit zwei Freiheitsgraden der ersten Offenschleifenübertragungsfunktion variiert wird, so dass die Übertragungsfunktion von dem Drehmomentführungssignal mit der zweiten Offenschleifenübertragungsfunktion übereinstimmt.
Maschinenpositionsregelvorrichtung, umfassend: eine Positionsgeschwindigkeitsregeleinrichtung zum Empfangen eines einen Positionszielwert einer durch einen Motor angetriebenen Last angebenden Positionsführungssignals und eines Motorpositionssignals als einen Momentanpositionsmesswert des Motors als Eingangsgröße, und zum Ausgeben eines Basissteuermomentsignals, das eine Basis zum Berechnen eines Drehmomentführungssignals als einem Zielwert eines Drehmoments bildet, wenn der Motor die Last antreibt; und eine Dämpfungskompensationseinrichtung, die eine Einrichtung ist zum Empfangen des Motorpositionssignals und eines Lastpositionssignals als einem Momentanpositionsmesswert der Last als Eingangsgröße und zum Ausgeben eines Dämpfungskompensationsmomentsignals, zu dem ein Basissteuermomentsignal addiert wird zum Erhalten des Drehmomentführungssignals, um das Dämpfungskompensationsmomentsignal zu berechnen, wenn ein Lastantriebssystem mit dem Motor als ein System mit zwei Freiheitsgraden modelliert wird, basierend auf einer ansprechend auf eine erste Offenschleifenübertragungsfunktion als einer Übertragungsfunktion von dem Drehmomentführungssignal zu dem Basissteuermomentsignal derart bestimmten zweiten Offenschleifenübertragungsfunktion, dass eine durch Kombinieren mit der ersten Offenschleifenübertragungsfunktion erhaltene Offenschleifenübertragungsfunktion mit einer Funktion übereinstimmt, in der nur ein Dämpfungskoeffizient bei einem Anti-Resonanzpunkt des Systems mit zwei Freiheitsgraden der ersten Offenschleifenübertragungsfunktion variiert wird, so dass die Übertragungsfunktion von dem Drehmomentführungssignal mit der zweiten Offenschleifenübertragungsfunktion übereinstimmt.
Maschinenpositionsregelvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei das Dämpfungskompensationsmomentsignal, das von der Dämpfungskompensationseinrichtung ausgegeben wird, ein Signal ist, das erhalten wird durch Multiplizieren eines Signals, das erhalten wird durch Summieren eines Signals, das erhalten wird durch Multiplizieren des Differenzsignals zwischen dem Lastpositionssignal und dem Motorpositionssignal mit einer ersten Dämpfungsverstärkung zu einem Signal, das erhalten wird durch Multiplizieren eines durch Differenzieren des Differenzsignals zwischen dem Positionsführungssignal und dem Lastpositionssignal erhaltenen Signals mit einer zweiten Dämpfungsverstärkung, und zu einem Signal, das erhalten wird durch Multiplizieren des Differenzsignals zwischen dem Positionsführungssignal und dem Lastpositionssignal mit einer dritten Dämpfungsverstärkung, mit einem auf einem Dämpfungsanpassungsparameter zum Anpassen des Dämpfungskoeffizienten bei dem Anti-Resonanzpunkt des Systems mit zwei Freiheitsgraden basierenden Koeffizienten.
Maschinenpositionsregelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Positionsgeschwindigkeitssteuerschaltung auch ein eine Momentangeschwindigkeit des Motors angebendes Motorgeschwindigkeitssignal als Eingangsgröße empfängt.