JP2005151713A - Control gain switching method for motor speed controller - Google Patents
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Description
本発明は、高剛性で安定かつ高精度なPLL(Phase Locked Loop:以下PLLという)回転速度制御を行う電動機速度制御装置の制御ゲイン切替え方法に関する。 The present invention relates to a control gain switching method of an electric motor speed control device that performs PLL (Phase Locked Loop: hereinafter referred to as PLL) rotational speed control with high rigidity, stability and high accuracy.
高精度な回転速度制御を実現するために速度制御ループとPLL制御ループを用い、目標速度への素早い引込みやロック時の安定性を以下のようにゲイン切替えやフィルタ効果で実現している。
PLL制御では、引込み時のゲインおよびロック時のゲインを持ち、これらを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している(特願2003-172059)。加速度領域では、速度制御ループを適用し、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PLL制御ループを適用するようになっており、図7あるいは図8に示す引込み用の比例ゲイン、位相進み遅れ補償ゲインあるいは微分ゲインにて引込み動作を行い、PLLロック完了とともにこれらのゲインをPLLロック時用ゲインに切替えることによって、目標速度への引込みを素早く行っている(特願2003-172059)。
また、速度範囲や制御の安定性から判断してあらかじめ設定されたゲインに設定するものもある(例えば、特許文献1参照)。
また、デジタルフィルタを用いてロック時のフィルタ特性を変化させ係数を切替えることでロック時の連続性を保つようにしているものもある(例えば、特許文献2参照)。
The PLL control has a gain at the time of pull-in and a gain at the time of lock. By switching between these, quick pull-in to the target speed and high-accuracy rotation speed control are realized (Japanese Patent Application 2003-172059). In the acceleration region, a speed control loop is applied, and after the motor speed reaches the switching speed range set by a parameter that can be changed in advance, it is regarded as a constant speed region and the PLL control loop is applied. The pull-in operation is performed with the pull-in proportional gain, the phase lead / lag compensation gain or the differential gain shown in FIG. 7 or FIG. 8, and when the PLL lock is completed, these gains are switched to the PLL lock gain. Retraction is done quickly (Japanese Patent Application 2003-172059).
In addition, some gains are set in advance by judging from the speed range and control stability (see, for example, Patent Document 1).
In addition, there is a digital filter that changes continuity at the time of locking by changing filter characteristics at the time of locking and switching coefficients (for example, see Patent Document 2).
しかしながら、従来のゲイン切替え方法では、ゲインがステップ状に変化するため切替えゲイン間の差が大きい場合には切替え時のショックにより系が不安定となりロックが解除される場合が発生するためにロック時の剛性を上げられない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、PLL制御のロック完了とともに引込み時用ゲインからロック時用ゲインへローパスフィルタや移動平均による直線補間を用いて連続的に変化させることによって切替時のショックをなくす。あらかじめ設定されているそれぞれのゲインに対し、フィルタを用いている。このようにして、高剛性で安定した高精度回転速度制御を提供することを目的とする。
However, in the conventional gain switching method, since the gain changes in a stepped manner, if the difference between the switching gains is large, the system may become unstable due to a shock at the time of switching and the lock may be released. There was a problem that the rigidity of the machine could not be increased.
The present invention has been made in view of such various problems. When the PLL control is locked, the pull-in gain is continuously changed from the lock-in gain to the lock gain using a low-pass filter or linear interpolation using a moving average. To eliminate the shock when switching. A filter is used for each preset gain. In this way, it is an object to provide high-precision rotational speed control that is highly rigid and stable.
上記問題を解決するため、本発明は、一定速度領域においてPLL制御を行なう場合に引込み時用ゲインを使用して目標速度への素早い引込みを行った後、ロック完了とともにゲインをロック時用に切り換えるが、この時ゲインを引込み時用からロック時用へローパスフィルタや移動平均による直線補間を用いて連続的に変化させることによって切替え時のショックを抑え高剛性で安定かつ高精度な回転速度制御を実現させることを特徴とするものである。
PLL制御では引込み中は図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高めに設定することにより目標速度への引込みを素早く行う。この場合、比例ゲインは低めに設定しておく必要がある。ロック中は剛性を上げるために比例ゲインを高く設定する必要がある。この場合、外乱に反応しやすく速度リップル等に影響を与える位相進み遅れ補償制御器のゲインあるいはPD制御器の微分ゲインは低めに設定する必要がある。
これらの考えから、以下のように行う。
あらかじめ変更可能なパラメータにより引込み時用の比例ゲイン、位相進み遅れ補償ゲインあるいは微分ゲインおよびロック時用の比例ゲイン、位相進み遅れ補償ゲインあるいは微分ゲインの設定を行っておく。
PLL制御を開始し、引込み時用ゲインを使用して引込み動作を行う。PLLロック完了とともに各ゲインをロック時用に切替える。このとき各ゲインを初期値引込み時用ゲインから最終値ロック時用ゲインとなるようにローパスフィルタや移動平均による直線補間を用いて連続的に切替える。
これらのゲイン切替えについては、比例ゲインのみを連続的に切替える、位相進み遅れ補償ゲインあるいは微分ゲインのみを連続的に切替える、および比例ゲイン、位相進み遅れ補償ゲインあるいは微分ゲインのどちらも連続的に切替えるのいずれの選択も可能なようにしておく。
このような制御ゲイン切替えにより切替え時のショックを抑え高剛性で安定かつ高精度な回転速度制御が可能となる。
In order to solve the above problem, the present invention uses a pull-in gain when performing PLL control in a constant speed region, and then quickly pulls in the target speed and then switches the gain to the lock when the lock is completed. However, at this time, by changing the gain continuously from the time of pulling to the time of locking using a low-pass filter or linear interpolation by moving average, the shock at the time of switching is suppressed, and the rotation speed control with high rigidity, stability and high accuracy is achieved. It is characterized by being realized.
In the PLL control, during the pull-in, the gain to the target speed is quickly performed by setting the gain of the phase lead / lag compensation controller shown in the control block of FIG. 1 or the differential gain of the PD controller shown in the control block of FIG. . In this case, the proportional gain needs to be set low. During locking, it is necessary to set the proportional gain high to increase the rigidity. In this case, the gain of the phase lead / lag compensation controller or the differential gain of the PD controller, which easily reacts to disturbances and affects the speed ripple or the like, needs to be set low.
From these ideas, the following is performed.
The proportional gain, phase lead / lag compensation gain or differential gain for pull-in, and the proportional gain, phase lead / lag compensation gain or differential gain for lock are set in advance by parameters that can be changed.
PLL control is started, and the pull-in operation is performed using the pull-in gain. When the PLL lock is completed, each gain is switched to that for locking. At this time, each gain is continuously switched using a low-pass filter or linear interpolation based on moving average so that the initial value pull-in gain becomes the final value lock gain.
For these gain switching, only proportional gain is switched continuously, only phase lead / lag compensation gain or differential gain is switched continuously, and either proportional gain, phase lead / lag compensation gain or differential gain is switched continuously. Make any of the selections possible.
Such a control gain switching suppresses a shock at the time of switching, and enables a highly rigid, stable and highly accurate rotation speed control.
本発明の方法によれば、電動機をPLL制御にて一定回転制御を行う場合において、PLLロック完了時に切替時のショックがなくなり高剛性で安定した高精度回転速度制御が実現できるという効果がある。 According to the method of the present invention, when performing constant rotation control of an electric motor by PLL control, there is an effect that a high-rigidity and stable high-accuracy rotational speed control can be realized without a shock at the time of switching when the PLL lock is completed.
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。 Hereinafter, specific examples of the method of the present invention will be described with reference to the drawings.
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。電動機5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3とPLL制御を行う第1PLL制御ループ1と前記第1PLL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4と前記電動機回転情報を出力するエンコーダ6を有している。前記第1PLL制御ループ1は、前記速度指令発生器3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11と前記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6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する位相比較器12と前記位相比較器12の出力を比例制御する比例制御器13と前記比例制御器13の出力に対し位相進み遅れ分の補償を行う位相進み遅れ補償制御器14と前記位相進み遅れ補償制御器14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15を有する。
FIG. 1 is a block diagram of an electric motor speed control apparatus as a first embodiment for carrying out the method of the present invention. A
図3は第1実施例の制御ゲイン切替えシーケンスのフローチャートを示す。一定速度領域にて制御モードを第1PLL制御ループとする(ステップS1)。
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引込み時用ゲインへ切替える(ステップS2)。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ロックが完了したか否かを判断する。この判断方法としては、具体的には位相比較器の出力結果である時間カウンタの差と予め設定された設定値を比較し、設定値より小さい場合に許容値以内に入ったものと判断する。(ステップS3)。PLLロックが完了と判断した場合は、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ロック時用ゲインへ切替える。このとき切替えをスムーズに行うために引込み時用ゲインからロック時用ゲインへローパスフィルタを用いて連続的に変化させる。(ステップS4)。
FIG. 3 shows a flowchart of the control gain switching sequence of the first embodiment. The control mode is set to the first PLL control loop in the constant speed region (step S1).
At this time, the proportional gain of the proportional controller or the phase advance / delay compensation gain of the phase advance / delay compensation controller is switched to a gain for pull-in that is set in advance as a parameter (step S2). With the setting for pull-in, quick pull-in to the target speed is performed. It is determined whether the PLL lock has been completed. Specifically, as a determination method, the difference between the time counters, which is an output result of the phase comparator, is compared with a preset set value, and if it is smaller than the set value, it is determined that the value is within the allowable value. (Step S3). When it is determined that the PLL lock has been completed, the proportional gain of the proportional controller or the phase lead / lag compensation gain of the phase lead / lag compensation controller is switched to a lock gain set in advance by parameters. At this time, in order to perform switching smoothly, it is continuously changed from a pull-in gain to a lock gain using a low-pass filter. (Step S4).
図5は第1実施例の制御ゲイン切替えのブロック図を示す。
前記比例制御器の引込み時用比例ゲインを比例ゲイン1、ロック時用比例ゲインを比例ゲイン2とすると切替え時の比例ゲインは、
比例ゲイン=比例ゲイン1+LPF(比例ゲイン2−比例ゲイン1)とする。
前記LPF(比例ゲイン2−比例ゲイン1)は、(比例ゲイン2−比例ゲイン1)のローパスフィルタの出力を表す(図5(a))。
前記位相進み遅れ補償御器の引込み時用位相進み遅れ補償ゲインを位相進み遅れ補償ゲイン1、ロック時用位相進み遅れ補償ゲインを位相進み遅れ補償ゲイン2とすると切替え時の位相進み遅れ補償ゲインは、
位相進み遅れ補償ゲイン=位相進み遅れ補償ゲイン1−LPF(位相進み遅れ補償ゲイン1−位相進み遅れ補償ゲイン2)とする。
前記LPF(位相進み遅れ補償ゲイン1−位相進み遅れ補償ゲイン2)は、(位相進み遅れ補償ゲイン1−位相進み遅れ補償ゲイン2)のローパスフィルタの出力を表す(図5(b))。
これらのゲイン切替えは、あらかじめ設定可能なパラメータで比例ゲインのみローパスフィルタをかける場合、位相進み遅れ補償ゲインのみローパスフィルタをかける場合および両方ともローパスフィルタをかける場合の選択ができるようにしておくことにより、図5に示すフィルタ有り/無しのスイッチとして働く。また、このローパスフィルタの部分は移動平均による直線補間でも良い。
こうしてスムーズな切替えが行われ高剛性で安定かつ高精度な回転速度制御状態となる。
FIG. 5 shows a block diagram of control gain switching in the first embodiment.
If the proportional gain for pull-in of the proportional controller is
It is assumed that proportional gain =
The LPF (proportional gain 2 -proportional gain 1) represents the output of the low-pass filter of (proportional gain 2 -proportional gain 1) (FIG. 5 (a)).
If the phase lead / lag compensation gain for pulling in the phase lead / lag compensation controller is phase lead /
Phase lead / lag compensation gain = phase lead /
The LPF (phase lead /
These gains can be selected by selecting a parameter that can be set in advance using a low-pass filter with only a proportional gain, a phase-lag compensation gain with a low-pass filter, or both with a low-pass filter. 5 functions as a switch with / without a filter shown in FIG. The low-pass filter portion may be linear interpolation by moving average.
In this way, smooth switching is performed, and a highly rigid, stable and highly accurate rotational speed control state is obtained.
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。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を有する。
図2は図1の位相進み遅れ補償制御器14をPD制御器24に置き換えたものであり、それ以外の部分はすべて同じである。
FIG. 2 is a block diagram of a motor speed control apparatus as a second embodiment for carrying out the method of the present invention. The second
FIG. 2 is obtained by replacing the phase lead /
図4は第2実施例の制御ゲイン切替えシーケンスのフローチャートを示す。一定速度領域にて制御モードを第2PLL制御ループ(ステップS5)とする。
この時、前記比例制御器の比例ゲインあるいは前記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引込み時用ゲインへ切替える(ステップS6)。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ロックが完了したか否かを判断する(ステップS7)。PLLロックが完了するとともに前記比例制御器の比例ゲインあるいは前記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ロック時用ゲインへ切替える。このとき切替えをスムーズに行うために引込み時用ゲインからロック時用ゲインへローパスフィルタを用いて連続的に変化させる(ステップS8)。
FIG. 4 shows a flowchart of the control gain switching sequence of the second embodiment. The control mode is the second PLL control loop (step S5) in the constant speed region.
At this time, the proportional gain of the proportional controller or the differential gain of the PD controller is switched to a pull-in gain set in advance by parameters (step S6). With the setting for pull-in, quick pull-in to the target speed is performed. It is determined whether the PLL lock has been completed (step S7). When the PLL lock is completed, the proportional gain of the proportional controller or the differential gain of the PD controller is switched to the lock gain set in advance by parameters. At this time, in order to perform the switching smoothly, it is continuously changed from the pull-in gain to the lock gain using a low-pass filter (step S8).
図6は第2実施例の制御ゲイン切替えのブロック図を示す。
前記比例制御器の引込み時用比例ゲインを比例ゲイン1、ロック時用比例ゲインを比例ゲイン2とすると切替え時の比例ゲインは、
比例ゲイン=比例ゲイン1+LPF(比例ゲイン2−比例ゲイン1)とする。
前記LPF(比例ゲイン2−比例ゲイン1)は、(比例ゲイン2−比例ゲイン1)のローパスフィルタの出力を表す(図6(a))。
前記PD制御器の引込み時用微分ゲインを微分ゲイン1、ロック時用微分ゲインを微分ゲイン2とすると切替え時の微分ゲインは、
微分ゲイン=微分ゲイン1−LPF(微分ゲイン1−微分ゲイン2)とする。
前記LPF(微分ゲイン1−微分ゲイン2)は、(微分ゲイン1−微分ゲイン2)のローパスフィルタの出力を表す(図6(b))。
こうしてスムーズな切替えが行われ高剛性で安定かつ高精度な回転速度制御状態となる。
これらのゲイン切替えは、あらかじめ設定可能なパラメータで比例ゲインのみローパスフィルタをかける場合、微分ゲインのみローパスフィルタをかける場合および両方ともローパスフィルタをかける場合の選択ができるようにしておくができるようにしておくことにより、図6に示すフィルタ有り/無しのスイッチとして働く。また、このローパスフィルタの部分は移動平均による直線補間でも良い。
FIG. 6 shows a block diagram of control gain switching in the second embodiment.
If the proportional gain for pull-in of the proportional controller is
It is assumed that proportional gain =
The LPF (proportional gain 2 -proportional gain 1) represents the output of the low-pass filter of (proportional gain 2 -proportional gain 1) (FIG. 6 (a)).
When the differential gain for pulling in the PD controller is set to
Differential gain =
The LPF (
In this way, smooth switching is performed, and a highly rigid, stable and highly accurate rotational speed control state is obtained.
These gain switching can be selected in the case of applying a low-pass filter only for proportional gain, applying a low-pass filter only for differential gain, and both applying a low-pass filter with a presettable parameter. Thus, it acts as a switch with / without a filter shown in FIG. The low-pass filter portion may be linear interpolation by moving average.
1 第1PLL制御ループ
2 第2PLL制御ループ
3 速度指令発生器
4 パワー変換器
5 電動機
6 エンコーダ
7、15、25 ローパスフィルタ
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
16、26 パルス変換器
24 PD制御器
DESCRIPTION OF
Claims (8)
一定速度領域において前記第1PLL制御ループを適用する場合に引込み時における比例制御器の比例ゲイン1およびPLLロック時における比例制御器の比例ゲイン2を予め設定し、PLLロック完了に伴い比例制御器の比例ゲインを比例ゲイン1から比例ゲイン2へローパスフィルタを用いて連続的に変化させることを特徴とする電動機速度制御装置の制御ゲイン切替え方法。 A motor speed control device comprising a first PLL control loop comprising a speed command generator, a reference command clock generator, a phase comparator, a proportional controller, a phase lead / lag compensation controller, a low pass filter and a pulse converter, a motor and an encoder In the control gain switching method,
When applying the first PLL control loop in a constant speed region, the proportional gain 1 of the proportional controller at the time of pull-in and the proportional gain 2 of the proportional controller at the time of PLL lock are set in advance. A control gain switching method for an electric motor speed control device, wherein a proportional gain is continuously changed from a proportional gain 1 to a proportional gain 2 using a low-pass filter.
一定速度領域において前記第2PLL制御ループを適用する場合に引込み時における比例制御器の比例ゲイン1およびPLLロック時における比例制御器の比例ゲイン2を予め設定し、PLLロック完了に伴い比例制御器の比例ゲインを比例ゲイン1から比例ゲイン2へローパスフィルタを用いて連続的に変化させることを特徴とする電動機速度制御装置の制御ゲイン切替え方法。 Control gain switching of a motor speed control device including a second PLL control loop, a motor and an encoder comprising a speed command generator, a reference command clock generator, a phase comparator, a proportional controller, a PD controller, a low pass filter, and a pulse converter In the method
When applying the second PLL control loop in a constant speed region, the proportional gain 1 of the proportional controller at the time of pull-in and the proportional gain 2 of the proportional controller at the time of PLL lock are set in advance. A control gain switching method for an electric motor speed control device, wherein a proportional gain is continuously changed from a proportional gain 1 to a proportional gain 2 using a low-pass filter.
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