JP2001516319A - 綾振り装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、ステップモータを用いて駆動可能な綾振り装置の制御方法及び綾振り装置に関する。ここで、ステップモータにより綾振りストローク内で往復動せしめられる綾振り装置の綾振り導糸ガイドの位置が、ステップモータのロータの位置により定まり、ここでロータは複数のコイルを有するステップモータの固定子内で動く。ロータの運動が、磁束制御装置により生ぜしめられる固定子電圧により定まる固定子磁束により制御されるようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】 綾振り装置の制御方法 本発明は請求の範囲１の上位概念によるステップモータを用いて駆動される綾 振り装置の制御方法及び請求の範囲１１の上位概念による綾振り装置に関する。 その種方法及びその種装置は、ＥＰ０４５３６２２から公知である。ここにお いて、糸をガイディングし、セッティングするための綾振り装置の綾振り導糸ガ イドがステップモータにより駆動される。綾振りストローク内で導糸ガイドを駆 動するため、直接ステップモータロータの運動が導糸ガイドへ伝達される。伝達 は、ベルト駆動機構を介して行なわれる。 糸の綾振りの際綾振り導糸ガイドの反転点が綾振りストロークの終端にて同じ 個所に位置することが重要である。更に綾振り導糸ガイドが綾振りストロークの 端部にて著しく短い時間で、ガイド速度から減速され、再びガイド速度に加速さ れることが必要である。 それらの要求を充足するため、ステップモータはストローク反転領域にて比較 的高い定格電流で作動される。それにより、ステップモータは比較的高いトルク を生じさせ得る。その種の電流増大は、高い加速度及び減速の生成に必要なステ ップ周波数と相俟ってステップモータにおけるロータのオーバーシュートを生じ させる。前記のオーバーシュートは直接綾振り導糸ガイドへ伝達される。更に、 これにより、ロータをしてそれのステップシーケンスを失わせる。トルク増大は 、相応に大きな出力のステップモータを要する。比較的大型のモータにおけるト ルク増大は、概して、比較的高い慣性モーメントを生じさせ、このことは高い加 速度及び制動時間を達成する上で不利である。 これに対して、本発明の課題とするところは、綾振り導糸ガイドが反転領域に てステップモータの容量の最適利用のもとでガイディングされ得るようにした、 ステップモータを用いて駆動される綾振り装置の制御方法及び綾振り装置を提供 することにある。本発明のさらなる目標は、綾振り導糸ガイドをストローク反転 領域にて可及的に振動なしに駆動することにある。 前記課題は、本発明により、請求の範囲１の方法発明の構成要件及び請求の範 囲１１の綾振り装置の構成要件により解決される。 本発明の方法の特別な利点とするところはステップモータにて生ぜしめられた フィールドないし磁界の量が直接的に綾振り装置の制御に使用されることである 。当該方法は、ステップモータの固定子磁束に対する制御に基づいているので駆 動装置の高度にダイナミックなクローズトループコントロールが達成される。 ステップモータの原理は次のことに立脚する、即ち、永久磁石として構成され たロータが複数の巻線を有 する１つの固定子内で回転することに立脚する。ロータを動かすためには、相互 にずらして配置された巻線が時間シーケンスに従って、電流を供給される。ここ で、生ぜしめられ磁束は、ロータ、回転子の磁束と相俟ってロータの運動を可能 にする。固定子は多数の巻線から形成され、該巻線は、極対としてステップモー タのステップ幅を規定する。ステップモータのトルクは、固定子における磁束（ 固定子磁束）と、ロータにおける磁束（ロータ磁束）とにより定まる。ロータは 、永久磁石として構成されているので、ロータ磁束は変化せず、その結果、ステ ップモータのトルクは固定子磁束振幅及びロータ磁束に対する角度により影響を 受ける。本発明の方法は、ロータの運動、ひいては、綾振り導糸ガイドの運動を 制御するため当該の関係性を利用する。固定子磁束の制御のため、磁束制御装置 により生ぜしめられる固定子電圧が設定される。従って、ロータの運動が固定子 の巻線内にてその都度定めらる固定子磁束を以て変化する励磁により制御される 。 従って、ステップモータには、前以て定められた電流は供給されない。負荷電 流は、ステップモータの動作点に依存して自動的にセッティングされる。 本発明の特に有利な発展形態によれば、ステップモータにより生ぜしめられる トルクが閉ループ制御される。このためにトルク制御器は、実際値−トルクと所 定の設定値−トルクとの実際値−設定値比較を実施する。偏差がある場合、相応 のトルク補正値が生ぜしめられ、該相応のトルク補正値はステップモータの制御 のため固定子電圧へ変換される。それにより、綾振り装置にて、その都度綾振り 導糸ガイドの各位置でのガイディングのために十分なトルク及び加速度を生成で きる。トルク制御により生ぜしめられる、固定子電圧により、ロータの位相位置 、即ちロータの角速度を制御できる。 トルク制御付き本発明の方法の特別な利点とするところは、ロータの各位置に て、１つの所定のトルクを割当できることである。従って、ステップモータの最 適の容量利用が達成される。 ロータに作用するトルクは、実質的にロータの位置、ロータ磁束そして固定子 磁束に依存する。ロータは一定のロータ磁束を有するので、本発明の特に有利な 発展形態によれば、実際値−トルクを、電気パラメータ固定子電流及び固定子磁 束だけから計算し得る。この場合、ステップモータの瞬時の実際値−固定子磁束 を求める２つの手法がある。 第１の手法によれば、ロータ位置が発信器なしで求められる。ここで固定子電 圧及び固定子電流が連続的に測定され、計算回路で次のように結合される、即ち 、ロータ位置に依存する固定子磁束が得られるように結合される。固定子磁束及 び固定子電流により、実際 値−トルクを決定出来、その結果、求められた実際値トルクを設定値−トルクと 比較できる。設定値トルクは、綾振り導糸ガイドの運動の法則により得られ、そ して、その都度のワインディング−法則（Wickelgesetz；Winding law）に依存 して求められ、知得される。ここで、トルクはロータの各位置に対して綾振り導 糸ガイドの位置及び速度から前もって求められ、トルク制御器に入力、設定する ことができる。 本発明の特に有利なバリエーションではロータの角度位置がセンサを用いて検 出され、ステップモータの制御に関与せしめられる。当該の位置信号を、ロータ との位相関係で平衡状態にもたらすと、規準化、正規化されたロータ磁束信号が 得られる。前記の規準化、正規化されたロータ磁束信号は、有利に相応の固定子 磁束信号に変換され得る。従って、固定子磁束が求められるようになる。 本発明の有利な発展形態では、連続的に実際値−固定子磁束が求められ、そし て、実際値−設定値比較のため磁束制御器に供給される。その種の制御により、 障害磁束に対する直接的補正を行うことができる。ステップモータには、精確に 綾振り導糸ガイドの運動を表す設定値−固定子磁束−プロフィール特性を入力設 定できる。 固定子磁束の位相位置状態が実質的にトルクの上昇に影響を与えるが、固定子 磁束の振幅がトルクの絶対 値を定めるのであるから、トルク制御のほかに−磁束制御をも行えばステップモ ータの容量の最適な利用が達成される。 制御器により生ぜしめられる固定子電圧は有利に、直接電力変換器の制御のた めのパルス幅変調器に供給され得る。それにより、すべての通常のワインダタイ プのワインディング、例えばランダムワインディング、プレシジョンワインダの ワインディング等及び綾振りストローク変化を綾振り装置で実施できる。 本発明の更なる有利な発展形態がサブクレームに記載されている。 本発明の方法の更なる利点及び発展形態を１実施例に即して添付図面を参照し て説明する。 各図は次の通りである。 図１は、本発明の綾振り装置の構成回路である。 図２は、２つの固定子巻線を有するステップモータの構成略図である。 図３は、磁束制御装置の構成略図である。 図４は、ステップモータの等価回路図である。 図５は、固定子に固定された座標系における固定子磁束及び固定子磁束の説明 図である。 図６は、磁束制御装置のブロック接続図である。 図１には、綾振り装置が示してある。ここで綾振り糸ガイド８は、ステップモ ータ４を用いて綾振りストローク内で往復動される。ステップモータ４から導糸 ガイド８への運動の伝達がベルト７を介して行われる。ベルト７は、プーリー６ ，９，１１に掛けられる。綾振り導糸ガイド８は、固定的にエンドレスベルト７ に連結されており、プーリー１１と９との間でベルト７で往復動される。ベルト プーリー１１は、回転可能に軸１２に支承されており、ベルトプーリー９は、回 転可能に軸１０に支承されいる。プーリー６は、ロータシャフト５に取付られて おり、該ロータシャフトは、交番変化する回転方向を以てステップモータ４のロ ータを用いて駆動される。このために、制御ユニット２２は、電力変換器２及び 磁束制御装置１を有する。磁束制御装置１は、制御線路２３と、信号線路２４に より電力変換器２に接続されている。磁束制御装置１は、センサ３に接続されて おり、該センサ３は、ロータないしロータシャフト５の位置をセンシングする。 更に、磁束制御装置１は綾振りのための設定値の伝送のための入力側を有する。 プーリー９と１１との間に張設されたベルト７に並列に、巻き取りスピンドル １５がベルト駆動装置下方に配置されており、前記巻き取りスピンドル１５上に ボビンケース１４が取り付けられている。ボビンケース上には、ボビン１３が取 り付けられている。このために、糸が綾振り導糸ガイド８によりボビン表面に沿 って往復動される。ここで、綾振り導糸ガイド８の各位置が、ステップモータに おけるロータの１つの所定 の角度位置が割り当てられている。従って、磁束制御装置を介して、ステップモ ータ４に、各綾振り導糸ガイド位置にて、ロータに影響を及ぼすための所要のフ ィールド、磁界−量を入力、設定できる。 ステップモータの動作を図２に示す略図を用いて説明する。ステップモータ４ は、少なくとも、相互に９０°すれて配置された巻線１６，１７を有する。巻線 １６，１７は、電力変換器２を介して所定の時間シーケンスに従って、交互に制 御される。ここで、巻線中に磁束Ψ_Sを有する磁界が形成される。巻線中に負荷 電流（固定子電流）ｉ_sが流れる。そこで、巻線の中央に支承されたロータ（図 示せず）がそれの永久磁石磁界を以て動く。 ロータ、回転子の位置検出のため、センサ３がステップモータに取り付けられ ている。センサ３は、次のように設計されている、即ち、センサのステップ数が ステップモータの極対数により整数で割り切れるように配置されている。それに より、それの信号をロータの位置制御のためにも、固定子磁束決定のためにも利 用できる。それの歯数がモータの極対数と一致する歯車を使用する場合には、特 に簡単な関係が得られる。歯ピッチに関して９０°のずれを有する２つの磁気抵 抗素子を用いて、１つの正弦波信号及び１つの余弦波信号が得られる。それらの 信号を、ロータとの位相関係で平衡状態にもたらせば、規準化、正規化されたロ ータ磁束信号が得られる。 瞬時の固定子電流ｉ_s及びセンサ信号ψは図３に示すように、磁束制御部の変 換器１８に供給される。磁束制御装置は、図３に示されている。ここで、ベクト ル量が矢印で示されている。 変換器１８は、固定子電流及びセンサ信号ψから固定子磁束Ψ_Sの実際値を求 める。次いで固定子磁束Ψ_Sの実際値は、磁束制御装置２０、そして、亦同時に トルク制御器１０にも供給される。磁束制御器２０では直接的に制御器入力側に て固定子磁束の所定の設定値と、固定子磁束の瞬時の実際値との比較が行われる 。偏差がある場合、磁束制御器２０は電圧信号を生じさせ、該電圧信号は、パル ス幅変調器２１に供給され、該パルス幅変調器は、電力変換器２に接続されてい る。磁束制御に並列的にトルク制御器１９にてステップモータのトルクの所定の 設定値と実際値との比較が行われる。ここで実際値トルクは、固定子電流ｉ_s及 び固定子磁束Ψ_Sの供給された量から求められる。トルク制御器１９は、偏差の ある際は同様に信号を生じさせ、電圧信号は、パルス幅変調器２１に供給される 。固定子電圧Ｕ_sは、パルス幅変調器２１に供給される。固定子電圧Ｕ_sは、トル クを形成する成分Ｕ_Mと、磁束を形成する成分ｕΨとから合成され、それの関係 についてはさらにもっと詳しく説明する。 ステップモータの説明のため図４に示す等価回路及 び図５図に示すベクトルダイヤグラムを使用する。機械量は、固定子にて固定さ れている座標系にて空間ベクトルとして解され、ここで座標系のα軸が機械の巻 き取りワインディング軸と一致し、β軸はα軸に対して直交する。２相ステップ モータのトルクは、次式により計算され得る。 Ｍ＝ｐ＊１／Ｌ＊１Ψ_S１＊１Ψ_R１＊ｓｉｎδ． ここでｐは、ステップモータの極対数であり、δは、固定子−及びロータ磁束 空間ベクトル間の角度である。固定子磁束Ψ_Sを下式により固定子電圧ｕ_sから求 めることができる。 Ψ_S＝∫（ｕ_s−ｉ_s＊Ｒ）＊ｄｔ これに対して、ロータ磁束は、永久磁石励磁のためそれの振幅に関して影響を 与えることができない。それらの位置は、ロータの位置に依存する。機械をでき るだけ良好に利用するため、固定子磁束空間ベクトルの先端が円形経路上を動く べきである。このことは次のようにして達成される、即ち、それの方向が固定子 磁束方向に対して直交する電圧ベクトルｕ_Mを巻線に印加発生するのである。固 定子磁束Ψ_Sは実質的に固定子電圧の積分であるので、そのような電圧空間ベク トルは、固定子磁束空間ベクトルΨ_Sを回転させる。前記電圧空間ベクトルは、 角速度ωのみに影響を与えることはできるが、固定子磁束の振幅に影響を与える ことはできない。従って、固定子磁束Ψ_Sの方向を向 く別の電圧空間ベクトルが必要とされる。よって、固定子電圧ｕ_sは両成分ｕ_M及 びｕ_Ψの和として得られる。 機械の理想的無負荷動作Ｍ＝０の場合Ψ_S及びΨ_Rは相重なって一致して回転し なけれなならない。トルクを迅速に増大させようとする場合、電圧空間ベクトル ｕ_Mを著しく増大させなければならない。これにより、直ちに、固定子磁束空間 ベクトルの角速度ω_sが増大し、一方ロータ磁束空間ベクトルは、先ず、差し当 たりそれの古い、ないし従前の緩慢な角速度を以て回転する。差角速度を以て、 今や固定子−とロータ角速度間の角度δひいては亦トルクも増大する。所望のト ルク設定値に達すると、電圧振幅は、ｕ_Mから再び比較的低い値に減少させなけ ればならない。それと同時に、ｕ_Ψが調整されねばならない、それというのは固 定子抵抗Ｒにおける電圧降下（ｉｓ＊Ｒ）の成分が負荷電流増大に基づきΨ_sの 方向と逆に増大するからである。それにより、ステップモータにおける固定子磁 束がそれの振幅及び位相位置において固定子電圧ｕ_sにより決定され、もしくは 制御され得る。固定子電圧の出力信号を相応の正規化の後直接的パルス幅変調器 の入力信号として利用できる。ここで留意すべきことには、電圧空間ベクトルに は、電力変換器がなおクロック動作する時間区間タイムスパン内でしか影響を与 えることができない。 図２に示すように固定子磁束決定を位置制御と結合する場合、固定子磁束Ψ_S を次の式から計算できる； Ψ_S＝Ψ_R＋ｉ_s＊Ｌ 図２に示すように正弦波−及び余弦波ロータ信号及び一定のロータ磁束−定格 値を用いて、固定子座標系に関して下記の固定子磁束が得られる。 Ψ_{S, α}＝Ψ₀＊ｃｏｓ_φ＋ｉ_{S, α}＊Ｌ Ψ_{S, β}＝Ψ₀＊ｓｉｎ_φ＋ｉ_{S, β}＊Ｌ 固定子磁束の当該の実際値を磁束制御器又はトルク制御器に供給するとよい。 図６には、固定子磁束及びトルクの組合せ制御のブロック接続図を示す。ここ で先ず、実際値−固定子磁束と、固定子電流から実際値−トルクが次のように求 められる。 Ｍ＝ｐ（Ψ_{S, α}＊ｉ_{s, β}）−（Ψ_{S, β}＊ｉ_{S, α}） トルクの所定の実際値は、トルク制御器に供給され、該トルク制御器は、実際 値−設定値比較を実施する。偏差を検出すると、トルク−補正値Ｋ_Mが生ぜしめ られる。関係式ｕ_M＝ｊＫ_M＊Ψ_Sから当該の補正値が固定子電圧に変換され、そ して、電力変換器の制御のためのパルス幅変調器に供給される。それと同時にト ルク制御と並列的に、磁束制御が実施される。ここで、固定子磁束が正規化後設 定値−固定子磁束−制御器入力と比較される。偏差のある場合、磁束制御器は、 磁束補正値Ｋ_Ψを生じさせる。関係式ｕ_Ψ＝ｊＫ_Ψ＊ Ψ_Sにより、電圧が得られ、該電圧は、同様にパルス幅変調器に供給される。 当該の制御を用いて、ステップモータにて屡々現れる振動を迅速な反転過程 の際モータトルクの直接コントロールにより取り除き、その結果綾振り導糸ガイ ドを綾振りストロークの端領域内に確実に振動のないようにガイディングし得る ことが達成される。これにより、モータを、通常オープンループコントロールの 場合におけるより一層良好な容量利用を果たすことができる。 参照符号リスト １ 磁束制御装置 ２ 電力変換器 ３ センサ ４ ステップモータ ５ ロータシャフト ６ プーリー ７ ベルト ８ 綾振り導糸ガイド ９ プーリー １０ 軸 １１ プーリー １３ ボビン １４ ボビンケース １５ 巻き取りスピンドル １６ 巻き線 １７ 巻き線 １８ 変換器 １９ トルク制御器 ２０ 磁束制御器 ２１ パルス幅変調器 ２２ 制御ユニット ２３ 制御線路 ２４ 信号線路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. 綾振り装置の制御方法であって、綾振り装置の綾振り導糸ガイドが、可制御 ステップモータにより綾振りストローク内で往復動的に駆動され、そして、綾振 り導糸ガイドの位置及び速度がステップモータのロータにより定まり、ここでロ ータは複数のコイルを有するステップモータの固定子内で動くようにした当該の 制御方法において、 固定子電圧を磁束制御装置を用いて連続的に生じさせ、ステップモータに供 給し、それによりロータの運動が固定子電圧により定まる固定子磁束により制御 されるようにしたことを特徴とする綾振り装置の制御方法。 2. ロータへ作用する実際値−トルク（Ｍｉｓｔ）が連続的に求められ、実際値 −トルク（Ｍｉｓｔ）は、トルク制御器に供給され、 トルク制御器は、実際値−トルク（Ｍｉｓｔ）と所定の設定値−トルク（Ｍ ｓｏｌｌ）との実際値−設定値比較の後トルク補正値（Ｋ_M）を生じさせ、トル ク補正値（Ｋ_M）は、固定子電圧（ｕ_s）に変換されるようにしたことを特徴とす る請求の範囲１記載の方法。 3. 実際値−トルク（Ｍｉｓｔ）は、一定のロータ磁束（Ψ_R）のもとで連続的 に測定された固定子電流 （ｉ_s）と、実際値−固定子磁束（Ψ_S）とから計算されるようにしたことを特徴 とする請求の範囲２記載の方法。 4. 実際値−固定子磁束（Ψ_S)が計算回路を用いて、固定子電圧（ｕ_s）と、固 定子電流（ｉ_s）とから求められるようにしたことを特徴とする請求の範囲３記 載の方法。 5. 実際値−固定子磁束（Ψ_S）がロータの角度位置（ψ）と、固定子電流（ｉ_s ）とから求められ、ここで、ロータの角度位置（ψ）が位置センサによって測定 され、そして、センサ信号、ロータ磁束（Ψ_R）及び固定子電流（ｉ_s）から実際 値−磁束（Ψ_S）が計算されるようにしたことを特徴とする方法。 6. 設定値−トルク（Ｍｓｏｌｌ）は、綾振りストローク内の綾振り導糸ガイド の位置及び速度により定まるようにしたことを特徴とする請求の範囲２から５ま でのうちいずれか１項記載の方法。 7. 実際値−固定子磁束（Ψ_S）が磁束制御器に供給され、磁束制御器は、実際 値−固定子磁束（Ψ_S）と設定値−定子磁束（Ψ_soll）との実際値−設定値比較 の後磁束補正置（Ｋ_Ψ）を生じさせ磁束補正値は、ステップモータの制御のため の固定子電圧（ｕ_S）に変換されるようにしたことを特徴とする請求の範囲１項 記載のの方法。 8. 実際値−トルク（Ψ_S）が磁束制御器に供給され 、磁束制御器は、実際値−固定子磁束（Ψ_S）と設定値−固定子磁束（Ψ_soll） の実際値−設定値比較の後、ステップモータの制御のための磁束補正値（Ｋ_Ψ） を生じさせ、磁束補正値（Ｋ_Ψ）及びトルク補正値（Ｋ_M）は、固定子電圧（Ｕ_s ）に変換されるようにしたことを特徴とする請求の範囲１から７までのうちいず れか１項記載の方法。 9. 固定子電圧は、パルス幅変調器に供給されるようにしたことを特徴とする請 求の範囲１から８までのうちいずれか１項記載の方法。 10．制御器は、それぞれ比例成分及び積分成分を有することを特徴とする請求の 範囲１から９までのうちいずれか１項記載の方法。 11．綾振りストローク内で往復動する綾振り導糸ガイド（８）を有し、綾振り導 糸ガイド（８）を駆動するステップモータ（４）を有し、ステップモータ（４） と連結された制御ユニット（２２）を有し、該制御ユニットは、ステップモータ （４）を制御し、ここで綾振り導糸ガイドの位置及び速度がステップモータ（４ ）のロータ（５）により定まるように、当該のステップモータ（４）の制御を行 うものである、糸を綾振りするための綾振り装置において、 制御ユニット（２２）は、磁束制御装置（１）及び電力変換器（２）を有し 、磁束制御装置（１）は、電力変換器（２）に接続されており、磁束制御装 置（１）は固定子電圧を生じさせ、制御電圧をステップモータ（４）の制御のた め電力変換器（２）に供給するように構成されていることを特徴とする綾振り装 置。 12．磁束制御装置（１）は、トルク制御器（１９）及び／又は磁束制御器（２０ ）を有し、該制御器の出力信号がパルス幅変調器（２１）を用いて電力変換器（ ２）に供給されるように構成されていることを特徴とする請求の範囲１１記載の 綾振り装置。 13．磁束制御装置（１）は、ステップモータ（４）に取り付けられた位置センサ （３）を有し、該位置センサは、ロータ、回転子（５）の角度位置を検出するよ うに構成されていることを特徴とする請求の範囲１２又は１３項記載の装置。