JP2004023970A - 可変速装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】可変速装置または機械系によって発生する振動成分を抽出し、制御系から振動成分を除去した可変速制御ができるようにする。
【解決手段】可変速装置の速度検出値と速度指令値の差分を入力とする最小二乗法によるＡＤＦ（適応型デジタルフィルタ）を設け、このＡＤＦにより抽出した速度検出値に含まれる振動成分を速度検出値から差し引いて振動成分を除去した速度検出値を得る。
ＡＤＦの入出力値の差分からＡＤＦの内部パラメータが収束している場合だけ振動成分を速度検出値から差し引くこと、ＡＤＦの内部パラメータが発散するのを防止ためにその入力値を微分すること、この微分による位相変化を補正するためにＡＤＦの出力値を積分器またはローパスフィルタで積分することを含む。
【選択図】 図１
【解決手段】可変速装置の速度検出値と速度指令値の差分を入力とする最小二乗法によるＡＤＦ（適応型デジタルフィルタ）を設け、このＡＤＦにより抽出した速度検出値に含まれる振動成分を速度検出値から差し引いて振動成分を除去した速度検出値を得る。
ＡＤＦの入出力値の差分からＡＤＦの内部パラメータが収束している場合だけ振動成分を速度検出値から差し引くこと、ＡＤＦの内部パラメータが発散するのを防止ためにその入力値を微分すること、この微分による位相変化を補正するためにＡＤＦの出力値を積分器またはローパスフィルタで積分することを含む。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機の速度制御を行う可変速装置において、電動機の速度検出値（速度センサレス制御の場合の速度推定値を含む）から周波数が未知または変動する振動成分を抽出し、速度検出値から振動成分を除去する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電動機の速度制御性能が向上し制御仕様に対する要求も年々厳しくなってきている。これにより制御帯域が高くなり、今まで問題視されていなかった要因による影響が出てきた。
【０００３】
電動機を速度制御する場合、速度情報にはさまざまな振動成分が重畳する可能性がある。以下に振動成分が重畳する主な要因を示す。
【０００４】
（１）パルスエンコーダのような速度検出器を使用する場合の偏芯誤差による回転リップル。
【０００５】
（２）電流検出器に電流検出オフセットがある場合のトルクリップル。
【０００６】
（３）電動機に接続される機械系が共振系である場合の振動成分。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の振動成分が存在する場合、速度情報をフィードバック制御する制御系では、フィードバックゲインを上げることができなくなり、振動成分によって制御帯域が制限され、速度制御性能を向上させることができなくなっている。
【０００８】
また、これらの振動成分の周波数帯域が一定である場合には、ノッチフィルタのようなバンドカットフィルタを適用することで振動成分を除去できるが、上記した回転リップルやトルクリップルは運転周波数によって変化するため、固定の周波数ではない。
【０００９】
また、機械系の共振の場合には共振周波数を測定する必要がある。
【００１０】
本発明の目的は、周波数が未知または変動する振動成分を抽出し、制御系から振動成分を除去した可変速制御ができる可変速装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の課題を解決するため、可変速装置の速度検出値または速度推定値と速度指令値の差分をＡＤＦ（最小二乗法による適応型デジタルフィルタ）に入力し、このＡＤＦにより速度検出値または速度推定値に含まれる振動成分を抽出し、速度検出値または速度推定値からその振動成分を差し引くことで振動のない速度検出値または速度推定値を得るようにしたもので、以下の構成を特徴とする。
【００１２】
（１）電動機の速度指令値に対する速度検出値または速度推定値のフィードバックにより電動機を可変速制御する可変速装置において、
速度検出値または速度推定値と速度指令値の差分を入力とする最小二乗法による適応型デジタルフィルタを設け、このデジタルフィルタにより抽出した速度検出値または速度推定値に含まれる振動成分を速度検出値または速度推定値から差し引いて振動成分を除去した速度検出値または速度推定値を得る速度検出手段を備えたことを特徴とする。
【００１３】
（２）上記の（１）において、前記デジタルフィルタの入出力値の差分を検出し、この差分から該デジタルフィルタの内部パラメータが収束しているかどうかを判定し、収束している場合だけ該デジタルフィルタで抽出した振動成分を速度検出値または速度推定値から差し引く手段を備えたことを特徴とする。
【００１４】
（３）上記の（２）において、前記デジタルフィルタの内部パラメータが発散するのを防止ためにその入力値を微分し、この微分による位相変化を補正するために該デジタルフィルタの出力値を積分する手段を備えたことを特徴とする。
【００１５】
（４）上記の（３）において、前記積分によるドリフト誤差を補償するため、該積分に代えてローパスフィルタを用いたことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態を示す可変速装置の速度検出部のブロック図であり、速度検出値から振動成分を抽出するために、ＡＤＦ（最小二乗法による適応型デジタルフィルタ）を用いる。
【００１７】
ＡＤＦは、図２にその回路構成を示すように、入力信号から周期性信号を抽出するフィルタであり、入力信号に含まれる周期性信号に合わせて内部係数を適応していくため、周期性信号の周波数が未知であっても抽出可能なフィルタである。ただし、入力信号は平均値がゼロの信号であり、内部係数の収束性の関係から入力信号の帯域が制限される。入力信号の帯域はＡＤＦの次数とサンプリング時間によって決定される。ＡＤＦに関しては公知の技術のため詳細については省略する。
【００１８】
図１において、ＡＤＦ１に速度検出値と速度指令値の差分を入力すると、一定速度運転時に生じる振動成分が抽出される。そして、その振動成分を速度検出値から差し引くことで振動成分を含まない速度検出情報を得ることができる。
【００１９】
（実施形態２）
本実施形態では、ＡＤＦの入出力の差分値を監視することでＡＤＦの内部パラメータが収束しているかどうかを判定し、収束している場合だけ抽出した振動成分を速度検出値から差し引くようにしたものである。
【００２０】
実施形態１の速度検出方式において、速度指令が変化した場合、上記の速度検出値と速度指令値の差分は平均値がゼロの振動成分とはならず、オフセットを持ってしまう。ＡＤＦにオフセットを持った信号を入力するとＡＤＦのフィルタ係数が発散してしまうため、速度指令値が変化した場合には抽出した振動成分を速度検出値から差し引くことを停止しなければならない。
【００２１】
そこで、ＡＤＦのフィルタ係数の収束性を判断するために、本実施形態では、図３に示すように、ＡＤＦ１への入力信号とＡＤＦ１からの出力信号の差分を検出し、ゲイン補正部２により差分の絶対値がしきい値以内であればＡＤＦ１のフィルタ係数が収束したとみなして補償ゲイン調整部３のゲインを高め調整することでＡＤＦ１の出力を有効にし、これにより速度検出信号から振動成分を除去する。逆に、差分の絶対値がしきい値外であれば、補償ゲイン調整部３のゲインを低め調整することでＡＤＦ１の出力を無効にし、これにより速度検出信号から振動成分の除去を停止するようにする。
【００２２】
本実施形態により、速度指令が変化した場合でも可変速装置を安定に動作させることができる。
【００２３】
（実施形態３）
本実施形態は、可変速装置による加減速制御時にも振動成分を除去する方式である。
【００２４】
図４に示すように、速度検出値と速度指令値の差分を微分器４で微分してＡＤＦ１の入力とすることで、加減速時においても差分の平均値がゼロの信号をＡＤＦ１へ入力する。
【００２５】
ＡＤＦ１の入力に微分を用いているためＡＤＦの出力値は速度検出値に含まれる振動成分よりも位相が９０°進んだ信号となる。これを補正するためにＡＤＦ１の出力を積分器５で積分して位相を合わせることで振動成分を抽出する。
【００２６】
（実施形態４）
実施形態３においてＡＤＦ１の出力段で積分器５を用いると演算誤差等によりドリフトを生じることがある。これを防止するために、本実施形態では、積分器５の代わりにローパスフィルタ６を用いて９０°位相補正を行うことでドリフト誤差を生じない振動成分を抽出する。
【００２７】
なお、各実施形態において、電動機の速度検出値に代えて、オブザーバ方式等により速度推定値を使用する速度センサレス制御方式の可変速装置に適用して同等の作用効果を得ることができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、速度検出値または速度推定値と速度指令値の差分をＡＤＦに入力し、このＡＤＦにより速度検出値または速度推定値に含まれる振動成分を抽出し、速度検出値または速度推定値からその振動成分を差し引くことで振動のない速度検出値または速度推定値を得るようにしたため、電動機に接続される機械系または可変速装置内で発生する振動によって速度検出値または速度推定値に振動が発生し、制御上の遅れ等によって共振現象を生じる場合にも、その抑制効果を得、安定した可変速制御ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１を示す可変速装置の速度検出部のブロック図。
【図２】実施形態における適応型デジタルフィルタの構成例。
【図３】本発明の実施形態２を示す可変速装置の速度検出部のブロック図。
【図４】本発明の実施形態３を示す可変速装置の速度検出部のブロック図。
【図５】本発明の実施形態４を示す可変速装置の速度検出部のブロック図。
【符号の説明】
１…適応型デジタルフィルタ（ＡＤＦ）
２…ゲイン補正部
３…補償ゲイン調整部
４…微分器
５…積分器
６…ローパスフィルタ
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機の速度制御を行う可変速装置において、電動機の速度検出値（速度センサレス制御の場合の速度推定値を含む）から周波数が未知または変動する振動成分を抽出し、速度検出値から振動成分を除去する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電動機の速度制御性能が向上し制御仕様に対する要求も年々厳しくなってきている。これにより制御帯域が高くなり、今まで問題視されていなかった要因による影響が出てきた。
【０００３】
電動機を速度制御する場合、速度情報にはさまざまな振動成分が重畳する可能性がある。以下に振動成分が重畳する主な要因を示す。
【０００４】
（１）パルスエンコーダのような速度検出器を使用する場合の偏芯誤差による回転リップル。
【０００５】
（２）電流検出器に電流検出オフセットがある場合のトルクリップル。
【０００６】
（３）電動機に接続される機械系が共振系である場合の振動成分。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の振動成分が存在する場合、速度情報をフィードバック制御する制御系では、フィードバックゲインを上げることができなくなり、振動成分によって制御帯域が制限され、速度制御性能を向上させることができなくなっている。
【０００８】
また、これらの振動成分の周波数帯域が一定である場合には、ノッチフィルタのようなバンドカットフィルタを適用することで振動成分を除去できるが、上記した回転リップルやトルクリップルは運転周波数によって変化するため、固定の周波数ではない。
【０００９】
また、機械系の共振の場合には共振周波数を測定する必要がある。
【００１０】
本発明の目的は、周波数が未知または変動する振動成分を抽出し、制御系から振動成分を除去した可変速制御ができる可変速装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の課題を解決するため、可変速装置の速度検出値または速度推定値と速度指令値の差分をＡＤＦ（最小二乗法による適応型デジタルフィルタ）に入力し、このＡＤＦにより速度検出値または速度推定値に含まれる振動成分を抽出し、速度検出値または速度推定値からその振動成分を差し引くことで振動のない速度検出値または速度推定値を得るようにしたもので、以下の構成を特徴とする。
【００１２】
（１）電動機の速度指令値に対する速度検出値または速度推定値のフィードバックにより電動機を可変速制御する可変速装置において、
速度検出値または速度推定値と速度指令値の差分を入力とする最小二乗法による適応型デジタルフィルタを設け、このデジタルフィルタにより抽出した速度検出値または速度推定値に含まれる振動成分を速度検出値または速度推定値から差し引いて振動成分を除去した速度検出値または速度推定値を得る速度検出手段を備えたことを特徴とする。
【００１３】
（２）上記の（１）において、前記デジタルフィルタの入出力値の差分を検出し、この差分から該デジタルフィルタの内部パラメータが収束しているかどうかを判定し、収束している場合だけ該デジタルフィルタで抽出した振動成分を速度検出値または速度推定値から差し引く手段を備えたことを特徴とする。
【００１４】
（３）上記の（２）において、前記デジタルフィルタの内部パラメータが発散するのを防止ためにその入力値を微分し、この微分による位相変化を補正するために該デジタルフィルタの出力値を積分する手段を備えたことを特徴とする。
【００１５】
（４）上記の（３）において、前記積分によるドリフト誤差を補償するため、該積分に代えてローパスフィルタを用いたことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態を示す可変速装置の速度検出部のブロック図であり、速度検出値から振動成分を抽出するために、ＡＤＦ（最小二乗法による適応型デジタルフィルタ）を用いる。
【００１７】
ＡＤＦは、図２にその回路構成を示すように、入力信号から周期性信号を抽出するフィルタであり、入力信号に含まれる周期性信号に合わせて内部係数を適応していくため、周期性信号の周波数が未知であっても抽出可能なフィルタである。ただし、入力信号は平均値がゼロの信号であり、内部係数の収束性の関係から入力信号の帯域が制限される。入力信号の帯域はＡＤＦの次数とサンプリング時間によって決定される。ＡＤＦに関しては公知の技術のため詳細については省略する。
【００１８】
図１において、ＡＤＦ１に速度検出値と速度指令値の差分を入力すると、一定速度運転時に生じる振動成分が抽出される。そして、その振動成分を速度検出値から差し引くことで振動成分を含まない速度検出情報を得ることができる。
【００１９】
（実施形態２）
本実施形態では、ＡＤＦの入出力の差分値を監視することでＡＤＦの内部パラメータが収束しているかどうかを判定し、収束している場合だけ抽出した振動成分を速度検出値から差し引くようにしたものである。
【００２０】
実施形態１の速度検出方式において、速度指令が変化した場合、上記の速度検出値と速度指令値の差分は平均値がゼロの振動成分とはならず、オフセットを持ってしまう。ＡＤＦにオフセットを持った信号を入力するとＡＤＦのフィルタ係数が発散してしまうため、速度指令値が変化した場合には抽出した振動成分を速度検出値から差し引くことを停止しなければならない。
【００２１】
そこで、ＡＤＦのフィルタ係数の収束性を判断するために、本実施形態では、図３に示すように、ＡＤＦ１への入力信号とＡＤＦ１からの出力信号の差分を検出し、ゲイン補正部２により差分の絶対値がしきい値以内であればＡＤＦ１のフィルタ係数が収束したとみなして補償ゲイン調整部３のゲインを高め調整することでＡＤＦ１の出力を有効にし、これにより速度検出信号から振動成分を除去する。逆に、差分の絶対値がしきい値外であれば、補償ゲイン調整部３のゲインを低め調整することでＡＤＦ１の出力を無効にし、これにより速度検出信号から振動成分の除去を停止するようにする。
【００２２】
本実施形態により、速度指令が変化した場合でも可変速装置を安定に動作させることができる。
【００２３】
（実施形態３）
本実施形態は、可変速装置による加減速制御時にも振動成分を除去する方式である。
【００２４】
図４に示すように、速度検出値と速度指令値の差分を微分器４で微分してＡＤＦ１の入力とすることで、加減速時においても差分の平均値がゼロの信号をＡＤＦ１へ入力する。
【００２５】
ＡＤＦ１の入力に微分を用いているためＡＤＦの出力値は速度検出値に含まれる振動成分よりも位相が９０°進んだ信号となる。これを補正するためにＡＤＦ１の出力を積分器５で積分して位相を合わせることで振動成分を抽出する。
【００２６】
（実施形態４）
実施形態３においてＡＤＦ１の出力段で積分器５を用いると演算誤差等によりドリフトを生じることがある。これを防止するために、本実施形態では、積分器５の代わりにローパスフィルタ６を用いて９０°位相補正を行うことでドリフト誤差を生じない振動成分を抽出する。
【００２７】
なお、各実施形態において、電動機の速度検出値に代えて、オブザーバ方式等により速度推定値を使用する速度センサレス制御方式の可変速装置に適用して同等の作用効果を得ることができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、速度検出値または速度推定値と速度指令値の差分をＡＤＦに入力し、このＡＤＦにより速度検出値または速度推定値に含まれる振動成分を抽出し、速度検出値または速度推定値からその振動成分を差し引くことで振動のない速度検出値または速度推定値を得るようにしたため、電動機に接続される機械系または可変速装置内で発生する振動によって速度検出値または速度推定値に振動が発生し、制御上の遅れ等によって共振現象を生じる場合にも、その抑制効果を得、安定した可変速制御ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１を示す可変速装置の速度検出部のブロック図。
【図２】実施形態における適応型デジタルフィルタの構成例。
【図３】本発明の実施形態２を示す可変速装置の速度検出部のブロック図。
【図４】本発明の実施形態３を示す可変速装置の速度検出部のブロック図。
【図５】本発明の実施形態４を示す可変速装置の速度検出部のブロック図。
【符号の説明】
１…適応型デジタルフィルタ（ＡＤＦ）
２…ゲイン補正部
３…補償ゲイン調整部
４…微分器
５…積分器
６…ローパスフィルタ
Claims (4)
- 電動機の速度指令値に対する速度検出値または速度推定値のフィードバックにより電動機を可変速制御する可変速装置において、
速度検出値または速度推定値と速度指令値の差分を入力とする最小二乗法による適応型デジタルフィルタを設け、このデジタルフィルタにより抽出した速度検出値または速度推定値に含まれる振動成分を速度検出値または速度推定値から差し引いて振動成分を除去した速度検出値または速度推定値を得る速度検出手段を備えたことを特徴とする可変速装置。 - 請求項１において、前記デジタルフィルタの入出力値の差分を検出し、この差分から該デジタルフィルタの内部パラメータが収束しているかどうかを判定し、収束している場合だけ該デジタルフィルタで抽出した振動成分を速度検出値または速度推定値から差し引く手段を備えたことを特徴とする可変速装置。
- 請求項２において、前記デジタルフィルタの内部パラメータが発散するのを防止ためにその入力値を微分し、この微分による位相変化を補正するために該デジタルフィルタの出力値を積分する手段を備えたことを特徴とする可変速装置。
- 請求項３において、前記積分によるドリフト誤差を補償するため、該積分に代えてローパスフィルタを用いたことを特徴とする可変速装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002179495A JP2004023970A (ja) | 2002-06-20 | 2002-06-20 | 可変速装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002179495A JP2004023970A (ja) | 2002-06-20 | 2002-06-20 | 可変速装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004023970A true JP2004023970A (ja) | 2004-01-22 |
Family
ID=31176878
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002179495A Pending JP2004023970A (ja) | 2002-06-20 | 2002-06-20 | 可変速装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004023970A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009118684A (ja) * | 2007-11-08 | 2009-05-28 | Mitsubishi Electric Corp | 振動抑制制御装置 |
-
2002
- 2002-06-20 JP JP2002179495A patent/JP2004023970A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009118684A (ja) * | 2007-11-08 | 2009-05-28 | Mitsubishi Electric Corp | 振動抑制制御装置 |
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