JP2005065360A - 双オブザーバ制振制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、駆動側のモータ慣性量に対して負荷側の慣性量が著しく大きい場合において、等価外乱オブザーバの慣性値パラメータＪｎが大きくなる。この結果、オブザーバの感度が高くなり、システムのロバスト性が失われ、調整は難しくなる
【解決手段】本発明は、以上の事情に鑑みて創案されたものであり、外乱を抑制するオブザーバのマイナーループに慣性比を調整できる制御機構を図１のように追加する。この制御機構は、モータの負荷トルクを推定するモータ外乱オブザーバ１７、慣性比を調整するゲイン１８、加算器１５と減算器１６から構成される。その結果、調整しやすく、感度が低く、高精度かつ安定なシステムを提供できる。
【選択図】 図１
【解決手段】本発明は、以上の事情に鑑みて創案されたものであり、外乱を抑制するオブザーバのマイナーループに慣性比を調整できる制御機構を図１のように追加する。この制御機構は、モータの負荷トルクを推定するモータ外乱オブザーバ１７、慣性比を調整するゲイン１８、加算器１５と減算器１６から構成される。その結果、調整しやすく、感度が低く、高精度かつ安定なシステムを提供できる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、駆動側のモータ慣性量に対して負荷側の慣性量が著しく大きい場合において、慣性比を調整するオブザーバと外乱を抑制するオブザーバにより制御特性を改善する設計手法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動機と慣性量を有する負荷装置をねじれ剛性を有するカップリングやシャフト及び歯車装置で結合された２慣性制御対象には、よく使われる位置同期制御方法を図２のようなブロックダイヤグラムに示す。この方法は等価外乱オブザーバ７を使って負荷外乱をキャンセルする制御方式を示す（例えば、特許文献１参照。）。速度偏差増幅器９と位置偏差増幅器１０により速度変動と位置変動をそれぞれ補正する。さらに、速度フィードフォワード８を持って加減速度特性を改善する。
【０００３】
【特許文献１】
特願平 ２−２１３６３号公報（第 ６頁、第 １図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の制御法は、負荷慣性量とモータ慣性量の慣性比が１０以下の場合は安定した制御方法であるが、慣性比が１０を大きく超えると、等価外乱オブザーバの慣性値パラメータＪｎが大きくなる。この結果、オブザーバの感度が高くなり、システムのロバスト性が失われ、調整は難しくなる。例えば、慣性比が１００，２００以上となる機械構成となる場合がある場合、更に、高精度の位置同期精度が要求されると、図２ような制御法の適用は調整上限界を生ずる。
【０００５】
本発明は、以上の事情に鑑みて創案されたものであり、調整しやすく、感度が低く、高精度かつ安定なシステムを提供することを目的とする。
【０００６】
【発明が解決するための手段】
以上の目的を達成するために、慣性比を調整できる制御機構を図１のように追加する。この制御機構は、モータの負荷トルクを推定するモータ外乱オブザーバ１７、慣性比を調整するゲイン１８、加算器１５と減算器１６から構成される。
図中、図２と同一符号のものは同じ機能を有する部分を示す。
【０００７】
【作用】
トルク加算器５の出力を従来のトルク指令として、減算器１６に加える。一方、減算器１６は、モータ外乱オブザーバ１７の出力を減算し、その結果を、慣性比調整ゲイン１８に出力し、その出力とモータ外乱オブザーバ１７の出力とを加算器１５で加算し、新たなトルク指令としてアンプ４に出力する。
上記の制御機構が慣性比を変える理由は、以下の式で説明する。
【０００８】
図２の制御対象のトルク指令入力Ｕからモータ回転速度出力Ｙまでの伝達関数は、（１）式で表せる。
ここで、Ｊｍ モータ慣性量 、Ｊｌ 負荷慣性量、Ｋｔ トルク係数、
ωａ 反共振数周波数、Ｋｃ 軸のねじれ係数。
【０００９】
慣性比調整機構を図１のように加えることで、トルク指令Ｕからモータ回転速度出力Ｙまでの伝達関数は、（３）式に変える。
ただし、フィルタ時定数Ｔｇは非常に小さく、実用の制御範囲で無視できるとする。
【００１０】
（１）式と（３）式を比較すると、元のモータ慣性量ＪｍはＪｍ／Ｋｇになり、見かけ上 １／Ｋｇ 倍になる。例えば、Ｋｇ＝０．１ に設定すると、等価的にはモータ慣性量の１０ 倍になる。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図面に基づき説明する。図３は本発明における一実施例の全体構成図である。
２０は制御の対象となる負荷装置で適用例として新聞輪転機の印刷部となる。２１はギヤー、２２は駆動モータ、２３はＰＧ２、５は制御器、２６は位置検出器、２７は速度検出器である。
【００１２】
図３に示すごとく、駆動モータ２０は、ギヤーと連結シャフトを介して、制御の対象となる新聞輪転機の印刷機を駆動する。モータ軸を直結するＰＧ２３から速度信号と位置信号を検出し、制御器２５にフィードバックする。これに対し、速度指令と位置指令を速度設定器１４と位置設定器１９より発生し、制御器に加える。制御器は入力した指令値とフィードバック値を持って上記の制御演算を行い、トルク指令を出力する。インバータ２４はトルク指令にしたがって、モータトルクを制御する。モータは発生トルクを制御してギヤーと連結シャフトを介し負荷装置である印刷機を同期制御させる。
【００１３】
図４には、従来の技術による速度と位置同期制御の結果を示す。これに比べて、図５には、本発明の技術による速度と位置同期制御の結果を示す。位置同期精度が改善されることを確認した。特に加速中における共振点の通過時や、加速度の変化における振動が抑制され、位置同期精度が大きく改善される。
【００１４】
【発明の効果】
本発明は、慣性比が大きいシステムに対し、次のような効果を奏する。
（１）機械の捻り共振点における回転速度や加速完了時と減速開始時の振動が抑制できる。
（２）捻り振動の抑制が可能になり装置全体の制御調整が容易になる。
（３）運転開始から停止まで安定した運転が出来システム安定性が高まる
（４）運転中の外乱に対して安定に制御でき、高精度システムを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の構成を示すブロック図
【図３】本発明の一実施例の全体構成図
【図４】従来の技術により同期制御の結果
【図５】本発明の技術により同期制御の結果
【符号の説明】
１ 負荷機部
２ ねじれ軸部
３ 駆動モータ部
４ アンプ
５ トルク加算器
６ 加算器
７ 等価外乱オブザーバ
８ 速度フィードフォワード
９ 速度制御器
１０ 位置制御器
１１ 速度偏差演算器
１２ 位置偏差演算器
１３ 積分器
１４ 速度設定器
１５ 加算器
１６ 減算器
１７ モータ外乱オブザーバ
１８ 慣性比調整ゲイン
１９ 位置設定器
２０ 新聞輪転機印刷部
２１ ギヤー
２２ 駆動モータ
２３ ＰＧ
２４ インバータ
２５ 制御器
２６ 位置検出器
２７ 速度検出器
【産業上の利用分野】
本発明は、駆動側のモータ慣性量に対して負荷側の慣性量が著しく大きい場合において、慣性比を調整するオブザーバと外乱を抑制するオブザーバにより制御特性を改善する設計手法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動機と慣性量を有する負荷装置をねじれ剛性を有するカップリングやシャフト及び歯車装置で結合された２慣性制御対象には、よく使われる位置同期制御方法を図２のようなブロックダイヤグラムに示す。この方法は等価外乱オブザーバ７を使って負荷外乱をキャンセルする制御方式を示す（例えば、特許文献１参照。）。速度偏差増幅器９と位置偏差増幅器１０により速度変動と位置変動をそれぞれ補正する。さらに、速度フィードフォワード８を持って加減速度特性を改善する。
【０００３】
【特許文献１】
特願平 ２−２１３６３号公報（第 ６頁、第 １図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の制御法は、負荷慣性量とモータ慣性量の慣性比が１０以下の場合は安定した制御方法であるが、慣性比が１０を大きく超えると、等価外乱オブザーバの慣性値パラメータＪｎが大きくなる。この結果、オブザーバの感度が高くなり、システムのロバスト性が失われ、調整は難しくなる。例えば、慣性比が１００，２００以上となる機械構成となる場合がある場合、更に、高精度の位置同期精度が要求されると、図２ような制御法の適用は調整上限界を生ずる。
【０００５】
本発明は、以上の事情に鑑みて創案されたものであり、調整しやすく、感度が低く、高精度かつ安定なシステムを提供することを目的とする。
【０００６】
【発明が解決するための手段】
以上の目的を達成するために、慣性比を調整できる制御機構を図１のように追加する。この制御機構は、モータの負荷トルクを推定するモータ外乱オブザーバ１７、慣性比を調整するゲイン１８、加算器１５と減算器１６から構成される。
図中、図２と同一符号のものは同じ機能を有する部分を示す。
【０００７】
【作用】
トルク加算器５の出力を従来のトルク指令として、減算器１６に加える。一方、減算器１６は、モータ外乱オブザーバ１７の出力を減算し、その結果を、慣性比調整ゲイン１８に出力し、その出力とモータ外乱オブザーバ１７の出力とを加算器１５で加算し、新たなトルク指令としてアンプ４に出力する。
上記の制御機構が慣性比を変える理由は、以下の式で説明する。
【０００８】
図２の制御対象のトルク指令入力Ｕからモータ回転速度出力Ｙまでの伝達関数は、（１）式で表せる。
ωａ 反共振数周波数、Ｋｃ 軸のねじれ係数。
慣性比調整機構を図１のように加えることで、トルク指令Ｕからモータ回転速度出力Ｙまでの伝達関数は、（３）式に変える。
【００１０】
（１）式と（３）式を比較すると、元のモータ慣性量ＪｍはＪｍ／Ｋｇになり、見かけ上 １／Ｋｇ 倍になる。例えば、Ｋｇ＝０．１ に設定すると、等価的にはモータ慣性量の１０ 倍になる。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図面に基づき説明する。図３は本発明における一実施例の全体構成図である。
２０は制御の対象となる負荷装置で適用例として新聞輪転機の印刷部となる。２１はギヤー、２２は駆動モータ、２３はＰＧ２、５は制御器、２６は位置検出器、２７は速度検出器である。
【００１２】
図３に示すごとく、駆動モータ２０は、ギヤーと連結シャフトを介して、制御の対象となる新聞輪転機の印刷機を駆動する。モータ軸を直結するＰＧ２３から速度信号と位置信号を検出し、制御器２５にフィードバックする。これに対し、速度指令と位置指令を速度設定器１４と位置設定器１９より発生し、制御器に加える。制御器は入力した指令値とフィードバック値を持って上記の制御演算を行い、トルク指令を出力する。インバータ２４はトルク指令にしたがって、モータトルクを制御する。モータは発生トルクを制御してギヤーと連結シャフトを介し負荷装置である印刷機を同期制御させる。
【００１３】
図４には、従来の技術による速度と位置同期制御の結果を示す。これに比べて、図５には、本発明の技術による速度と位置同期制御の結果を示す。位置同期精度が改善されることを確認した。特に加速中における共振点の通過時や、加速度の変化における振動が抑制され、位置同期精度が大きく改善される。
【００１４】
【発明の効果】
本発明は、慣性比が大きいシステムに対し、次のような効果を奏する。
（１）機械の捻り共振点における回転速度や加速完了時と減速開始時の振動が抑制できる。
（２）捻り振動の抑制が可能になり装置全体の制御調整が容易になる。
（３）運転開始から停止まで安定した運転が出来システム安定性が高まる
（４）運転中の外乱に対して安定に制御でき、高精度システムを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の構成を示すブロック図
【図３】本発明の一実施例の全体構成図
【図４】従来の技術により同期制御の結果
【図５】本発明の技術により同期制御の結果
【符号の説明】
１ 負荷機部
２ ねじれ軸部
３ 駆動モータ部
４ アンプ
５ トルク加算器
６ 加算器
７ 等価外乱オブザーバ
８ 速度フィードフォワード
９ 速度制御器
１０ 位置制御器
１１ 速度偏差演算器
１２ 位置偏差演算器
１３ 積分器
１４ 速度設定器
１５ 加算器
１６ 減算器
１７ モータ外乱オブザーバ
１８ 慣性比調整ゲイン
１９ 位置設定器
２０ 新聞輪転機印刷部
２１ ギヤー
２２ 駆動モータ
２３ ＰＧ
２４ インバータ
２５ 制御器
２６ 位置検出器
２７ 速度検出器
Claims (1)
- 電動機とその出力軸にねじれ剛性を有する結合体で結合された機械慣性量を有する負荷機と電動機の制御装置からなるねじれ剛性系機械装置において、回転速度計測値とこの値に複素関数と負荷の慣性値に比例した値を乗じた信号とこの制御装置のトルク制御指令値を加算または減算した値に一次遅れのようなフィルタを乗じたものを前述のトルク指令値に加算するような等価外乱オブザーバの制御方式のマイナーループに前述と同様の構成となるオブザーバの出力の一方を前記制御装置のトルク指令値に減算し、その結果を慣性調整ゲインを乗じて加算器に入力し、他方を該加算器に加算することで、該ねじれ剛性系機械装置に起こる共振を抑制することを特徴とした双オブザーバ制振制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003207370A JP2005065360A (ja) | 2003-08-12 | 2003-08-12 | 双オブザーバ制振制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003207370A JP2005065360A (ja) | 2003-08-12 | 2003-08-12 | 双オブザーバ制振制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2005065360A true JP2005065360A (ja) | 2005-03-10 |
Family
ID=34363874
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003207370A Pending JP2005065360A (ja) | 2003-08-12 | 2003-08-12 | 双オブザーバ制振制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2005065360A (ja) |
-
2003
- 2003-08-12 JP JP2003207370A patent/JP2005065360A/ja active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060517 |
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| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090319 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090324 |
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| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20090714 |