JP2005012878A

JP2005012878A - 電動機速度制御装置の制御切替え方法

Info

Publication number: JP2005012878A
Application number: JP2003172059A
Authority: JP
Inventors: Ikuma Murokita; 幾磨室北; Yuji Nakamura; 裕司中村
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2003-06-17
Filing date: 2003-06-17
Publication date: 2005-01-13

Abstract

【課題】目標速度への素早い引込みと高精度な回転速度制御を実現する。
【解決手段】速度指令発生器４と速度検出器３２と速度制御器から成る速度制御ループ３と、基準指令クロック発生器１１と位相比較器１２と比例制御器１３と位相進み遅れ補償制御器１４とローパスフィルタ１５とパルス変換器１６から成る第１ＰＬＬ制御ループ１と電動機７とエンコーダ８を備えた電動機速度制御装置の制御切替え方法において、加速領域においては前記速度制御ループを適用し、一定速度領域においては前記第１ＰＬＬ制御ループへ制御ループを切替える。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高精度な回転速度制御を行う電動機速度制御装置の制御切替え方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来高精密加工用主軸の速度制御装置では、高精度な回転制御を実現するために高分解能エンコーダでの速度制御を行っている。
また、ＰＬＬ（ＰｈａｓｅＬｏｃｋｅｄＬｏｏｐ）制御では、低分解能エンコーダで一定回転速度制御を実現している例もある。
従来のＰＬＬ制御として例えば、特許文献１がある。モータ回転制御回路は、モータを所定回転速度範囲内の目標とする回転速度で回転させるための、該回転速度に比例した発振周波数を持つ回転速度指令信号と、該モータの回転速度を検出する速度検出手段が発生する回転速度検出信号との、位相と周波数の両方を一致させるよう制御する位相同期ループ制御回路、いわゆるＰＬＬ制御回路を用いたモータ回転速度制御回路において、前記所定回転速度全範囲をいくつかの回転速度範囲に分割し、それぞれの回転速度範囲に対応したゲイン設定値を有し、目標とする回転速度が属する回転速度範囲のゲイン設定値を初期値として与えるゲイン設定手段と、前記ゲイン設定手段によって設定されたゲインが適正であるか、すなわち回転速度制御が安定か否かを判定する判定手段と、前記判定手段の判定結果として速度制御が不安定な場合には、安定となるようにゲイン切替を行うゲイン選択手段とを備えたものがある。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−１６８２７０号公報（第７頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の速度制御では、加速性能は良いが高精度な回転速度制御を実現するためには高分解能なエンコーダを必要とするためコストが高くなるという問題があった。また、エンコーダ形状も大きくなり重さの点からもシステムのバランスがとり難くなり回転精度が悪くなっていた。
一方、ＰＬＬ制御のみでは、回転速度精度は良いが速度差が有る場合に目標速度への引込みに時間がかかるという問題があった。
本発明はこのような様々な問題点に鑑みてなされたものであり、速度制御とＰＬＬ制御を回転速度領域によって切替えることによって目標速度への素早い引込みと高精度な回転速度制御を実現することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明は、加速領域と一定速度領域において速度制御ループからＰＬＬ制御ループへ制御方法の切替えを行なうとともに切替え時のＰＬＬ制御ループのゲインパラメータを変化させて目標速度への素早い引込みを行うことを特徴とするものである。
高精度な回転速度制御すなわち回転速度リップルや回転振れを極力小さくするためにＰＬＬ制御ではロック中は図１の制御ブロックに示す位相進み遅れ補償制御器のゲインあるいは図２の制御ブロックに示すＰＤ制御器の微分ゲインを低めに設定する。これは、位相進み遅れ補償ゲインや微分ゲインがエンコーダ出力パルスの分割精度の誤差等から発生する外乱に対して反応しやすく結果としてトルクリップルや回転速度リップルに影響するためである。逆にゲインを高く設定することにより応答が速くなり目標速度への引込みを素早く行うことができる。またこの場合、図４の開ループでのボード線図に示すように位相−１８０°でのゲイン余有は小さくなるため比例ゲインは低めに設定する。これらの考えから、以下のように行う。
電動機を始動し目標速度付近までは目標速度を速度指令とした速度制御ループにより加速させる。このあと図３に示すように電動機速度が一定速度領域入るとともに制御ループをＰＬＬ制御ループに切替える。切替え時には、ＰＬＬ制御ループの位相進み遅れ補償ゲインあるいは微分ゲインをＰＬＬロック時に比べて高めに設定し、比例ゲインを低めに設定する。この設定で目標速度への引込みを行う。ＰＬＬロック完了とともに各ゲインをもとにもどす。これらゲインの設定は変更可能なパラメータによりあらかじめ行っておく。
このような制御切替えにより目標速度までの到達時間短縮と一定速度での高精度な回転制御が可能となる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の方法の具体的実施例について、図に基づいて説明する。図１は、本発明の方法を実施する第１実施例としての電動機速度制御装置のブロック図である。図１のブロック図は、電動機７を回転制御するための速度指令を与える速度指令発生器４とＰＬＬ制御を行う第１ＰＬＬ制御ループ１と速度制御をおこなう速度制御ループ３と前記第１ＰＬＬ制御ループと前記速度制御を切替える制御切替器５と前記第１ＰＬＬ制御ループあるいは前記速度制御ループから出力される電流指令をパワーに変換して前記電動機へ与えるパワー変換器６と前記電動機回転情報を出力するエンコーダ８から構成される。
ここで、第１ＰＬＬ制御ループ１は、基準指令クロック発生器１１、位相比較器１２、比例制御器１３、位相進み遅れ補償制御器１４、ローパスフィルタであるＬＰＦ１５およびパルス変換器１６から構成される。次に動作を説明する。基準指令クロック発生器１１は速度指令発生器４からの速度指令を入力して基準指令となるクロックを発生させそれを位相比較器１２へ出力する。位相比較器１２は、基準指令クロック発生器１１からの出力信号とパルス変換器１６からの出力信号を入力して基準指令クロック発生器１１から出力される時間カウンタと前記エンコーダからの信号をパルスに変換するパルス変換器１６より得られる時間カウンタの差を算出し比例制御器１３へ出力する。比例制御器１３は、位相比較器１２の出力を比例制御しその出力信号を位相進み遅れ補償制御器１４へ出力する。
位相進み遅れ補償制御器１４の出力信号はＬＰＦ５でフィルタ処理を行い電流指令を算出しローパスフィルタ１５を通した後、制御切替器５へ入力する。
一方、速度制御ループ３は、前記エンコーダからの信号より帰還速度を得る速度検出器３２と前記速度指令と前記帰還速度を用いて速度制御を行い電流指令を算出する速度制御器３１から構成される。速度制御器３は、通常の速度制御を行うものであればよく、たとえばＰＩ制御やＩ−Ｐ制御のなどであればよい。
制御切替器５は、速度指令発生器４と速度検出器３２からの出力信号を入力し、両信号を比較する。制御切替器５は、加減速領域においては速度制御ループ３側に接続し、一定速度領域においては第１ＰＬＬ制御ループ１側に接続を切替える。
【０００７】
図２は本発明の方法を実施する第２実施例としての電動機速度制御装置のブロック図である。図２が図１と異なる部分は、図１における位相進み遅れ補償制御器１４をＰＤ制御器２４に置き換えた部分だけである。第２ＰＬＬ制御ループ２は、前記速度指令発生器からの速度指令に応じて基準指令となるクロックを発生させる基準指令クロック発生器２１と前記基準指令発生器から出力される時間カウンタと前記エンコーダからの信号をパルスに変換するパルス変換器２６より得られる時間カウンタの差を算出する位相比較器２２と前記位相比較器の出力を比例制御する比例制御器２３と前記比例制御器の出力に対し比例微分制御を行うＰＤ制御器２４と前記ＰＤ制御器の出力に対しフィルタ処理を行い電流指令を算出するローパスフィルタ２５を有し、第１実施例と同様に前記制御切替器によって前記第２ＰＬＬ制御ループと前記速度制御ループを切替える。
【０００８】
図５は第１実施例の制御切替えシーケンスのフローチャートを示す。制御モードを速度制御ループとして前記電動機を起動し、目標速度付近まで加速させる。電動機速度があらかじめ変更可能なパラメータで設定されている切替え速度範囲内に到達した後、一定速度領域とみなし前記制御切替器によって制御モードを第１ＰＬＬ制御ループへ切替える。この時、前記比例制御器の比例ゲインあるいは前記位相進み遅れ補償制御器の位相進み遅れ補償ゲインをあらかじめパラメータで設定してあるＰＬＬロック時用ゲインからあらかじめパラメータで設定してある引込み時用ゲインへ変更する。この変更された引込み用設定で目標速度への素早い引込みが行われる。ＰＬＬロックが完了すると先ほど変更したゲインを前記ＰＬＬロック時用ゲインへ再度変更する。こうして目標速度での高精度回転速度制御状態となる。
【０００９】
図６は第２実施例の制御切替えシーケンスのフローチャートを示す。制御モードを速度制御ループとして前記電動機を起動し、目標速度付近まで加速させる。電動機速度がパラメータで設定された一定速度領域内に入れば前記制御切替器によって制御モードを第２ＰＬＬ制御ループへ切替える。この時、前記比例制御器の比例ゲインあるいはＰＤ制御器の微分ゲインをあらかじめパラメータで設定してあるＰＬＬロック時用ゲインからあらかじめパラメータで設定してある引込み時用ゲインへ変更する。この変更された引込み用設定で目標速度への素早い引込みが行われる。ＰＬＬロックが完了すると先ほど変更したゲインを前記ＰＬＬロック時用ゲインへ再度変更する。こうして目標速度での高精度回転速度制御状態となる。
【００１０】
図７はＰＬＬロック完了シーケンスのフローチャートを示す。ＰＬＬ制御においてゲインパラメータ変更のタイミングとなる引込み時からＰＬＬロック完了を判断するシーケンスである。制御モードが第１あるいは第２ＰＬＬ制御ループであり、ＰＬＬロック未完了の場合、前記位相比較器より算出される位相差があらかじめパラメータで設定されている許容以内にある場合にカウンタをアップさせ前記カウンタが一定時間以上継続すればＰＬＬロック完了と判断し、図５、図６で示したようにゲインパラメータをＰＬＬロック時用ゲインに変更する操作を行う。
【００１１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の方法によれば、電動機を速度制御ループで目標速度付近まで加速し、制御をＰＬＬ制御ループに切替えるため目標速度への素早い引込みと高精度な回転速度制御を実現することができるという効果がある。
また、請求項３、４、５、８、９、１０に記載の方法によれば、ＰＬＬ制御ループにおいて引込み時にはＰＬＬ引込み時用ゲインに切替えることで、さらに目標速度への引込みを素早く行うことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す制御ブロック図。
【図２】本発明の第２実施例を示す制御ブロック図。
【図３】制御切替え領域を示す図。
【図４】第１実施例のＰＬＬ制御ループでの開ループのボード線図。
【図５】第１実施例の制御切替えシーケンスを示すフローチャート。
【図６】第２実施例の制御切替えシーケンスを示すフローチャート。
【図７】ＰＬＬロック完了シーケンスを示すフローチャート。
【符号の説明】
１第１ＰＬＬ制御ループ
２第２ＰＬＬ制御ループ
３速度制御ループ
４速度指令発生器
５制御切替器
６パワー変換器
７電動機
８エンコーダ
１１、２１基準指令クロック発生器
１２、２２位相比較器
１３、２３比例制御器
１４位相進み遅れ補償制御器
１５、２５ローパスフィルタ
１６、２６パルス変換器
２４ＰＤ制御器

Claims

速度指令発生器と速度検出器と速度制御器から成る速度制御ループと、基準指令クロック発生器と位相比較器と比例制御器と位相進み遅れ補償制御器とローパスフィルタとパルス変換器から成る第１ＰＬＬ制御ループと電動機とエンコーダを備えた電動機速度制御装置の制御切替え方法において、
加速領域においては前記速度制御ループを適用し、一定速度領域においては前記第１ＰＬＬ制御ループへ制御ループを切替えることを特徴とする電動機速度制御装置の制御切替え方法。
前記制御切替え方法では、加速領域において前記速度制御ループを適用し、速度検出器より検出された電動機速度があらかじめ変更可能なパラメータで設定されている切替え速度範囲内に到達した後、一定速度領域とみなし前記第１ＰＬＬ制御ループを適用することを特徴とする請求項１記載の電動機速度制御装置の制御切替え方法。
前記制御切替え方法では、前記切替え速度範囲内にて前記第１ＰＬＬ制御ループを適用する場合に、前記位相進み遅れ補償制御器の位相進み遅れ補償ゲインを変化させることによって目標速度への引込みを素早く行うことを特徴とする請求項１記載の電動機速度制御装置の制御切替え方法。
前記制御切替え方法では、前記切替え速度範囲内にて前記第１ＰＬＬ制御ループを適用する場合に、比例制御器の比例ゲインを変化させることによって目標速度への引込みを素早く行うことを特徴とする請求項１記載の電動機速度制御装置の制御切替え方法。
前記制御切替え方法では、前記切替え速度範囲内にて前記第１ＰＬＬ制御ループを適用する場合に、前記位相進み遅れ補償ゲインおよび前記比例ゲインをともに変化させることによって目標速度への引込みを素早く行うことを特徴とする請求項１記載の電動機速度制御装置の制御切替え方法。
速度指令発生器と速度検出器と速度制御器から成る速度制御ループと、基準指令クロック発生器と位相比較器と比例制御器とＰＤ制御器とローパスフィルタとパルス変換器から成る第２ＰＬＬ制御ループ（ＰｈａｓｅＬｏｃｋＬｏｏｐ）と電動機とエンコーダを備えた電動機速度制御装置の制御切替え方法において、
加速領域においては前記速度制御ループを適用し、一定速度領域においては前記第２ＰＬＬ制御ループを適用することを特徴とする電動機速度制御装置の制御切替え方法。
前記制御切替え方法では、加速領域において前記速度制御ループを適用し、速度検出器より検出された電動機速度があらかじめ変更可能なパラメータで設定されている切替え速度範囲内に到達した後、一定速度領域とみなし前記第２ＰＬＬ制御ループを適用することを特徴とする請求項６記載の電動機速度制御装置の制御切替え方法。
前記制御切替え方法では、前記切替え速度範囲内にて前記第２ＰＬＬ制御ループを適用する場合に、前記ＰＤ制御器の微分ゲインを変化させることによって目標速度への引込みを素早く行うことを特徴とする請求項６記載の電動機速度制御装置の制御切替え方法。
前記制御切替え方法では、前記切替え速度範囲内にて前記第２ＰＬＬ制御ループを適用する場合に、比例制御器の比例ゲインを変化させることによって目標速度への引込みを素早く行うことを特徴とする請求項６記載の電動機速度制御装置の制御切替え方法。
前記制御切替え方法では、前記切替え速度範囲内にて前記第２ＰＬＬ制御ループを適用する場合に、前記微分ゲインおよび前記比例ゲインをともに変化させることによって目標速度への引込みを素早く行うことを特徴とする請求項６記載の電動機速度制御装置の制御切替え方法。