JP2005304120A - Controller of motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動機により負荷となる機械を駆動する場合に、機械共振を抑制して電動機又は負荷の状態量を制御する電動機の制御装置に関する。 The present invention relates to an electric motor control device that controls a state quantity of an electric motor or a load by suppressing mechanical resonance when a machine serving as a load is driven by the electric motor.
従来の電動機の制御装置としては、外部から入力される位置指令信号を元に生成されたトルク指令信号により、電動機の回転速度又は位置を制御するというものが知られている。(例えば、特許文献1参照)
この従来装置は、位置指令信号を入力として、伝達関数演算によりフィードフォワードトルク信号を演算するフィードフォワード回路を備え、このフィードフォワード回路におけるパラメータを調整することにより、位置指令信号に対して、電動機によって駆動される負荷機械の回転位置をオーバーシュート無く良好な形で応答させると共に、その応答の速さを任意に変更するというものである。
2. Description of the Related Art As a conventional motor control device, there is known a motor control device that controls the rotational speed or position of a motor by a torque command signal generated based on a position command signal input from the outside. (For example, see Patent Document 1)
This conventional apparatus includes a feedforward circuit that receives a position command signal as an input and calculates a feedforward torque signal by a transfer function calculation. By adjusting parameters in the feedforward circuit, the position command signal is adjusted by an electric motor. The rotational position of the driven load machine is made to respond in a good manner without overshoot, and the speed of the response is arbitrarily changed.
図3は、上記従来技術としての、電動機の制御装置の制御ブロック図を示したものである。
この図3において、101は電動機トルクτMによって回転する電動機、102は電動機によって駆動される負荷機械、103は電動機101と負荷機械102とをつなぐトルク伝達部、104は電動機回転位置xM及び電動機回転速度vMを検出する回転検出器、105は電動機101と負荷機械102とトルク伝達部103と回転検出器104とを併せた機械系である。
また、106は電動機トルクτMをトルク指令信号τrに一致させるトルク制御回路、107は機械系105とトルク制御回路106とを併せた制御対象である。
FIG. 3 shows a control block diagram of the motor control device as the above-mentioned conventional technique.
In FIG. 3, 101 is an electric motor that is rotated by an electric motor torque τ M , 102 is a load machine that is driven by the electric motor, 103 is a torque transmission unit that connects the
108は電動機101及び負荷機械102に対する位置指令信号xrを発生する位置指令信号発生回路、109は比例−積分(PI)制御器や2自由度PI制御器などで構成される速度補償回路、110は比例制御器などからなる位置補償回路、111は速度補償回路109と位置補償回路110とを含んだフィードバック補償回路、112は位置指令信号xrを入力としてフィードフォワードトルク信号τfと応答目標位置信号xfと応答目標速度信号vfとを出力するフィードフォワード回路である。
また、113はフィードバック補償回路111とフィードフォワード回路112とを含んだ全体の位置制御回路、114は負荷機械102に入力する負荷外乱トルクτdである。
108 is a position command signal generation circuit for generating a position command signal xr for the
機械系105は機械共振特性を有しており、機械系105が、共振特性が一つだけある二慣性系として説明する。このとき、機械系105の電動機トルクτMから電動機回転速度vMまでの伝達関数をGM(s)、電動機トルクτMから負荷機械102の回転速度までの伝達関数をGL(s)と表記すると、GM(s)及びGL(s)は夫々下記(1)及び(2)式で表される。
GM(s)=(ωz-2s2+1)/{J・s・(ωp-2s2+1)} ………(1)
GL(s)=1/{J・s・(ωp-2s2+1)} ………(2)
The
G M (s) = (ωz −2 s 2 +1) / {J · s · (ωp −2 s 2 +1)} (1)
G L (s) = 1 / {J · s · (ωp −2 s 2 +1)} (2)
ここで、ωzは反共振周波数、ωpは共振周波数である。また、Jは機械系の総イナーシャであり、この場合は電動機101のイナーシャJMと負荷機械102のイナーシャJLとの和である。
図4は、フィードフォワード回路112の詳細を表すブロック図である。この図4において、140は応答目標負荷位置信号生成フィルタ、141はフィードフォワードトルク信号生成フィルタ、142は応答目標電動機位置信号生成フィルタ、143は微分回路である。
Here, ωz is an anti-resonance frequency and ωp is a resonance frequency. J is the total inertia of the mechanical system. In this case, J is the sum of the inertia J M of the
FIG. 4 is a block diagram showing details of the
次に、制御系の動作及び調整方法について説明する。先ず、電動機101の位置を制御するときはスイッチ126をa)に切り替えて、位置指令信号発生回路108及び位置制御回路113を用いて制御対象107を制御する。
位置制御回路113では、応答目標位置信号xfと実際の電動機回転位置xMとの差信号を補償位置信号xcとして、また応答目標速度信号vfと実際の電動機回転速度vMとの差信号を補償速度信号vcとして夫々フィードバック補償回路111に入力する。
Next, the operation of the control system and the adjustment method will be described. First, when the position of the
In the
フィードバック補償回路111では、位置補償回路110が補償位置信号xcを入力し、位置ゲインKp、位置積分ゲインKpiを用いてPI演算を行うことにより位置補償速度信号vcxを出力する。速度補償回路109は位置補償速度信号vcxと補償速度信号vcとの和信号を入力し、速度ゲインKvを乗じて補償トルク信号τcを出力する。
そして、位置制御回路113は、フィードフォワードトルク信号τfと補償トルク信号τcとの和信号をトルク指令信号τrとしてトルク制御回路106に入力し、トルク制御回路106は電動機トルクτMがトルク指令信号τrに一致するように制御することにより電動機の動作を制御する。
In the feedback compensation circuit 111, the
Then, the
次に、フィードフォワード回路112の動作を説明する。先ず、位置指令信号xrをフィードフォワード回路112に入力する。フィードフォワード回路112は、トルク制御回路106の伝達特性が理想的に1で、機械系105の伝達特性が前記(1)及び(2)式のような減衰が無視できる二慣性系であるときに、位置指令信号xrに対して負荷機械102の回転位置を理想的に応答させるようなフィードフォワードトルク信号τf、及びそのときの予想される電動機回転位置xMの応答を応答目標位置信号xf、予想される電動機回転速度vMの応答を応答目標速度信号vfとして出力する回路である。
Next, the operation of the
フィードフォワード回路112では、図4に示すように、応答目標負荷位置信号生成フィルタ140が位置指令信号xrを入力し、負荷機械102の回転位置の理想的な応答として、位置指令信号xfに対する応答の速さを調整する目標値応答速度調整パラメータωrを用い、ローパスフィルタ演算を行うことにより応答目標負荷位置信号xLfを出力する。
In the
そして、フィードフォワードトルク信号生成フィルタ141は応答目標負荷位置信号xLfを入力し、総イナーシャJの推定値であるイナーシャ推定値Je及び共振周波数ωpの推定値である推定共振周波数ωpeとを用いて、前記(2)式の逆関数に相当する下記(3)式の伝達関数演算において、フィードフォワードトルク信号τfを出力する。
τf=Je・s2(ωpe-2・s2+1)・xLf ………(3)
The feedforward torque
τf = Je · s 2 (ωpe −2 · s 2 +1) · x Lf (3)
次に、応答目標電動機位置信号生成フィルタ142は応答目標負荷位置信号xLfを入力し、機械系105の反共振周波数ωzの推定値ωzeを用いて、前記(1)式と(2)式との右辺の比に相当する下記(4)式の演算により、電動機回転位置xMの応答目標信号である応答目標位置信号xfを出力する。また、微分回路143は、応答目標位置信号xfを入力して微分動作を行うことにより応答目標速度信号vfを出力する。
xf=(ωze-2・s2+1)・xLf ………(4)
Next, the response target motor position
xf = (ωze −2 · s 2 +1) · x Lf (4)
上記のように、フィードフォワード回路112が位置指令信号xrを入力して、フィードフォワードトルク信号τfと応答目標位置信号xfと応答目標速度信号vfとを出力することにより、トルク制御回路106の伝達特性が理想的に1で機械系105の特性が前記(1)及び(2)式に一致し、上記の機械パラメータJe、ωze、ωpeが正確に推定されている場合は、フィードフォワードトルク信号τfをトルク指令信号τrとして制御対象107を駆動することにより、電動機回転位置xMは応答目標位置信号xfに、電動機回転速度vMは応答目標速度信号vfに、負荷機械回転位置xLは応答目標負荷位置信号xLfに一致する。
したがって、位置指令信号xfに対して負荷機械回転位置xLはオーバーシュート無く良好な形で応答し、またその応答の速さは目標値応答速度調整パラメータωrの調整によって任意に変えることができる。
As described above, the
Therefore, the load machine rotational position x L with respect to the position command signal xf responds with overshoot without good form and speed of the response can be arbitrarily varied by adjusting the target value response speed adjustment parameter .omega.r.
次に、フィードフォワード回路112の調整方法について説明する。
フィードフォワードトルク信号生成フィルタ141の調整パラメータである推定イナーシャJe、推定反共振周波数ωze、推定共振周波数ωpeには、それぞれ機械系105の総イナーシャJ、反共振周波数ωz、共振周波数ωpの推定値を用いる。
機械系105が二慣性系で上記の推定値が正確とすると、応答目標負荷位置信号生成フィルタ140の調整パラメータである目標値応答速度調整パラメータωrを調整することにより、位置指令信号に対する負荷機械の回転位置の応答を理論的には任意の速さに調整可能となる。
速度調整パラメータωrを予め設定した定数倍に調整することにより、機械系105に負担をかけない範囲で速い応答を得る効果が得られる。
Next, a method for adjusting the
Estimated inertia Je, estimated antiresonance frequency ωze, and estimated resonance frequency ωpe, which are adjustment parameters of the feedforward torque
If the
By adjusting the speed adjustment parameter ωr to a preset constant multiple, it is possible to obtain an effect of obtaining a quick response within a range in which the
次に、自動調整回路128の動作について説明する。
先ず、自動調整を行うときには、スイッチ126をb)に切り替え、疑似ランダム信号などのトルク指令信号τrを制御対象107に出力して駆動試験を行い、そのときのトルク指令信号τrと電動機回転速度vMを自動調整回路128に入力する。
次に自動調整回路128では、内蔵している高次の伝達関数モデルのパラメータを、例えば最小二乗法を用いて計算することにより、制御対象107のトルク指令信号τrから電動機回転速度vMまでの伝達関数G(s)の詳細な同定を行い、最も小さい複素零点の絶対値を推定反共振周波数ωzeとして選び、高次モデルの低周波領域のゲイン特性から総イナーシャを推定して推定イナーシャJeとし、これらの推定反共振周波数ωzeと推定イナーシャJeとを出力する。
Next, the operation of the
First, when performing automatic adjustment, the
Next, the
また、この推定反共振周波数ωze及び推定イナーシャJeを用いて二慣性系最適ゲインKoptを計算し出力する。また、高次モデルから求めた周波数応答より、予め設定した0以上の設定位相余裕θmと1以上の設定ゲイン余裕Gmとを用いて最大ゲインGmaxを求め、限界ゲインKmaxを計算する。
そして、二慣性系最適ゲインKopt及び限界ゲインKmaxのうち小さい方を速度補償回路109の速度ゲインKvとして決定し、フィードバックループの交差周波数ωcを、推定イナーシャJeを用いて求め、位置補償回路110の位置ゲインKp及び位置積分ゲインKpiとを決定する。
Then, the smaller one of the two-inertia system optimum gain Kopt and the limit gain Kmax is determined as the speed gain Kv of the
しかしながら、上記従来の電動機の制御装置にあっては、位置指令を入力として電動機の位置を制御したり、速度指令を入力として電動機の速度を制御したりするものであり、外部指令を位置指令又は速度指令に固定してパラメータ調整を行うなど、位置制御又は速度制御でそれぞれ制御系を固定しないと動作しない。
そのため、入力される外部指令(位置指令か速度指令か)に応じて、制御系を切り替えて動作させる場合、応答性が損なわれる可能性があるという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、速度制御と位置制御とを切り替える場合であっても、外部指令信号に高速に追従することができる電動機の制御装置を提供することを目的としている。
However, in the above conventional motor control device, the position command is input to control the position of the motor, or the speed command is input to control the motor speed. It does not operate unless the control system is fixed by position control or speed control, such as by adjusting parameters while fixing to the speed command.
For this reason, there is an unsolved problem that the responsiveness may be impaired when the control system is switched and operated in accordance with the input external command (position command or speed command).
Therefore, the present invention has been made paying attention to the unsolved problems of the above-described conventional example, and even when switching between speed control and position control, an electric motor capable of following an external command signal at high speed It aims to provide a control device.
上記目的を達成するために、請求項1に係る電動機の制御装置は、電動機の実速度及び実位置を検出する状態量検出手段と、前記外部位置指令値を入力として内部速度指令値を出力する位置制御手段と、前記外部速度指令値及び前記位置制御手段から出力された内部速度指令値の何れかを選択し、速度指令値として出力する切り替え手段と、該切り替え手段から出力された速度指令値を入力として、修正速度指令値及びフィードフォワードトルク指令値を出力するフィードフォワード制御手段と、該フィードフォワード制御手段から出力された修正速度指令値と前記状態量検出手段で検出された実速度との差分を入力として、フィードバックトルク指令値を出力するフィードバック制御手段と、前記フィードフォワード制御手段から出力されたフィードフォワードトルク指令値と、前記フィードバック制御手段から出力されたフィードバックトルク指令値との和を前記トルク指令値として出力するトルク指令値出力手段とを備え、前記フィードフォワード制御手段は、前記速度指令値に対する前記電動機によって駆動される負荷機械の速度の応答特性を変更可能なように構成されていることを特徴としている。 In order to achieve the above object, an electric motor control device according to claim 1 outputs a state speed detection means for detecting an actual speed and an actual position of the motor, and an internal speed command value with the external position command value as an input. A position control means, a switching means for selecting any one of the external speed command value and the internal speed command value output from the position control means, and outputting it as a speed command value, and a speed command value output from the switching means The feedforward control means for outputting the corrected speed command value and the feedforward torque command value, the corrected speed command value output from the feedforward control means and the actual speed detected by the state quantity detecting means Feedback control means for outputting a feedback torque command value with the difference as an input, and output from the feedforward control means Torque command value output means for outputting the sum of the feedforward torque command value and the feedback torque command value output from the feedback control means as the torque command value, and the feedforward control means includes the speed command value The speed response characteristic of the load machine driven by the electric motor is configured to be changeable.
この請求項1に係る発明では、切り替え手段で、状況に応じて制御系を切り替えることができるので、外部速度指令が入力されたときには速度制御を行い、外部位置指令が入力されたときには速度制御をマイナーループに持つ位置制御を行うことができる。また、負荷機械の特性を考慮したフィードフォワード部を構成することにより、負荷機械を振動しないように、速度指令値に対する電動機の動作の応答目標信号としての修正速度指令値を出力し、電動機の動作が応答目標信号に一致するようにフィードフォワード的に演算されるトルク信号をフィードフォワードトルク指令値として出力することができると共に、修正速度指令値と電動機の実速度との差分を入力としたフィードバック部を構成することにより、外乱成分を補償したフィードバックトルク指令値を出力することができるので、フィードフォワード部とフィードバック部とによって機械共振を抑制した応答を実現することができる。 In the invention according to claim 1, since the control system can be switched according to the situation by the switching means, the speed control is performed when the external speed command is input, and the speed control is performed when the external position command is input. The position control of the minor loop can be performed. In addition, by configuring a feedforward unit that takes into account the characteristics of the load machine, a corrected speed command value is output as a response target signal for the operation of the motor with respect to the speed command value so as not to vibrate the load machine. A torque signal that is calculated in a feed-forward manner so as to match the response target signal can be output as a feed-forward torque command value, and a feedback unit that receives the difference between the corrected speed command value and the actual motor speed as an input Since the feedback torque command value in which the disturbance component is compensated can be output, the response with the mechanical resonance suppressed by the feedforward unit and the feedback unit can be realized.
また、請求項2に係る電動機の制御装置は、請求項1に係る発明において、前記位置制御手段は、前記外部位置指令値を入力として内部位置指令値を出力する位置指令補償手段と、該位置指令補償手段から出力された内部位置指令値と前記状態量検出手段で検出された実位置との差分を入力として、内部速度指令値を出力する内部速度指令値出力手段とを有し、前記位置指令補償手段は、前記速度指令値に対する前記電動機の速度の応答である目標値応答の特性を考慮して内部位置指令値を出力することを特徴としている。
この請求項2に係る発明では、外部位置指令値を入力として、速度制御の特性を考慮した内部位置指令値を出力することができるので、速度制御をマイナーループに持つ位置制御において、機械共振の振動を抑制した応答を実現することができる。
According to a second aspect of the present invention, there is provided the motor control device according to the first aspect, wherein the position control means includes a position command compensation means for receiving the external position command value and outputting an internal position command value; An internal speed command value output means for outputting an internal speed command value with the difference between the internal position command value output from the command compensation means and the actual position detected by the state quantity detection means as an input, and the position The command compensation means outputs an internal position command value in consideration of a characteristic of a target value response that is a response of the speed of the motor to the speed command value.
According to the second aspect of the present invention, the external position command value can be input and an internal position command value can be output in consideration of the speed control characteristics. A response with suppressed vibration can be realized.
本発明の請求項1に係る発明によれば、外部から入力される指令に応じて速度制御と速度制御をマイナーループに持つ位置制御とを切り替えることができると共に、何れの場合においても電動機によって駆動される機械系の振動を励起させずに、外部指令信号に高速に追従することができるという効果が得られる。
また、請求項2に係る発明によれば、外部位置指令値を入力として、速度制御の特性を考慮した内部位置指令値を出力することができるので、速度制御をマイナーループとした位置制御を行う場合に、負荷機械の振動を抑えて高速な応答を実現することができるという効果が得られる。
According to the first aspect of the present invention, the speed control and the position control having the speed control in the minor loop can be switched in accordance with a command input from the outside, and the motor is driven in any case. The effect that the external command signal can be followed at high speed without exciting the vibration of the mechanical system is obtained.
According to the second aspect of the present invention, the external position command value can be input and the internal position command value can be output in consideration of the speed control characteristics. Therefore, the position control using the speed control as a minor loop is performed. In this case, it is possible to obtain an effect that a high-speed response can be realized by suppressing vibration of the load machine.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は本発明の第1の実施形態を示すブロック図であって、図中1は回転型の電動機、2は電動機1の速度ωm及び位置θmを検出する状態量検出手段としての検出器、3は連結体、4は連結体3を介して電動機1により駆動される負荷機械である。
そして、この制御ブロックは、外部から入力される外部位置指令値θrを入力として速度制御系の目標値応答の特性を考慮しつつ機械の振動を励起しないように外部位置指令値θrを修正し、内部位置指令値θr*を出力する位置指令補償手段としての前置補償器5と、前置補償器5から出力された内部位置指令値θr*と検出器2で検出された位置θmとの差を入力として、内部速度指令値ωirを出力する内部速度指令値出力手段としての位置制御器6と、位置制御器6から出力された内部速度指令値ωir及び外部から入力される外部速度指令値ωerの何れかを選択して速度指令値ωrとして出力する切り替え手段としての切り替え部7とを備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention, in which 1 is a rotary electric motor, 2 is a detector as state quantity detection means for detecting the speed ωm and position θm of the electric motor 1, 3 is a connecting body, and 4 is a load machine driven by the electric motor 1 through the connecting body 3.
The control block corrects the external position command value θr so as not to excite the vibration of the machine while taking into account the target value response characteristic of the speed control system with the external position command value θr input from the outside as an input, the difference between the pre-compensator 5, output from the
さらに、切り替え部7から出力された速度指令値ωrを入力として、電動機1及び負荷4の特性を考慮し、機械の振動を励起しないような修正速度指令値ωf及びフィードフォワードトルク指令τrfを出力するフィードフォワード制御手段としてのフィードフォワード制御器8と、フィードフォワード制御器8から出力された修正速度指令値ωfと検出器2で検出された電動機速度ωmとの偏差を入力として、フィードバック指令τrbを出力するフィードバック制御手段としてのフィードバック制御器9と、フィードフォワード制御器8から出力されるフィードフォワードトルク指令τrfとフィードバック制御器9から出力されるフィードバック指令τrbとの和をトルク指令τrとし、これを入力として電動機1のトルクを制御するトルク制御部10とを備えている。
図2は、前記フィードフォワード制御器8の詳細を表したブロック図である。このフィードフォワード制御器8は、速度指令値ωrを入力とする極相殺部21及び零点相殺部22から構成されている。
Further, the speed command value ωr output from the
FIG. 2 is a block diagram showing details of the
次に、本実施形態の動作について説明する。先ず、電動機1の速度を制御する場合について説明する。
電動機1の速度を制御する場合には、切り替え部7をスイッチaに切り替えて、外部速度指令値ωerを用いて電動機1を制御する。切り替え部7をスイッチaに切り替えることにより、外部速度指令値ωerを速度指令値ωrとしてフィードフォワード制御器8へ入力する。フィードフォワード制御器8では、負荷4を振動しないように速度指令値ωrに対する電動機1の動作の応答目標信号として修正速度指令値ωfと、電動機1の動作が応答目標信号に一致するようにフィードフォワード的に演算されるトルク信号としてフィードフォワードトルク指令τrfとを出力する。
Next, the operation of this embodiment will be described. First, the case where the speed of the electric motor 1 is controlled will be described.
When the speed of the electric motor 1 is controlled, the
具体的には、このフィードフォワード制御器8では、電動機側の慣性モーメントJM、負荷側の慣性モーメントJL、電動機−負荷間のバネ係数KR、バネのダンピングDRに基づいて、電動機1が発生するトルクτmから電動機1の速度ωmまでの特性を下記(5)式のように表す。
More specifically, in the
このとき、速度指令値ωrから負荷4の速度ωLまでの特性が下記(6)式の応答性を決定するフィルタとなるように、極相殺部21及び零点相殺部22を構成するようにする。
ωL(s)/ωr(s)=nD0/(s3+nD2s2+nD1s+nD0) ………(6)
即ち、極相殺部21及び零点相殺部22は、下記(7)及び(8)式で表す演算を行って、フィードフォワードトルク指令τrf及び修正速度指令値ωfを出力するものである。
At this time, the
ω L (s) / ωr (s) = n D0 / (s 3 + n D2 s 2 + n D1 s + n D0 ) (6)
That is, the
ここで、nD0、nD1、nD2はバタワースフィルタなどの標準形になるように決定すれば、カットオフ周波数から一意的に係数を決定することができる。
このように、フィードフォワード制御器8が速度指令値ωrを入力としてフィードフォワードトルク指令τrf及び修正速度指令値ωfを出力するので、フィルタの帯域中ではトルク制御部10の特性が1に近く、上記のパラメータJM、JL、KR、DRが正確な場合、電動機1は速やかに応答し、負荷4の速度ωLはオーバーシュートすることなく良好な形で応答することができる。また、その応答の速さは前記(6)式のフィルタによって任意に決定することができる。
Here, if n D0 , n D1 , and n D2 are determined to be a standard form such as a Butterworth filter, the coefficients can be uniquely determined from the cutoff frequency.
Thus, since the
そして、フィードバック制御器9は、前記フィードフォワード制御器8から出力された外乱成分を補償するための修正速度指令値ωfと、電動機1の速度ωmとの偏差ωeを入力として、ゲインKv、積分時定数Tvを用いて下記(9)式で表されるPI制御を行うことにより、フィードバックトルク指令τrbを出力する。
τrb(s)=Kv(1+1/Tvs)ωe ………(9)
ここで、sはラプラス演算子である。
Then, the feedback controller 9 receives the deviation ωe between the corrected speed command value ωf for compensating for the disturbance component output from the
τrb (s) = Kv (1 + 1 / Tvs) ωe (9)
Here, s is a Laplace operator.
次に、トルク制御部10は、電動機1の発生するトルクτmが、前記フィードフォワード制御器8から出力されたフィードフォワードトルク指令τrfと前記フィードバック制御器9から出力されたフィードバックトルク指令τrbとの和であるトルク指令τrに一致するように制御することにより、電動機1の動作を制御するものである。
一方、電動機1の位置を制御する場合には、切り替え部7をスイッチbに切り替えて、外部位置指令値θrを用いて電動機1を制御する。先ず、前置補償器5では、速度制御における速度指令値ωrから電動機1の速度ωmまでの目標値応答を考慮して、内部位置指令値θr*を出力する。
速度制御における速度指令値ωrから電動機1の速度ωmまでの目標値応答は、下記(10)式に表すようになる。
Next, the
On the other hand, when controlling the position of the electric motor 1, the switching
The target value response from the speed command value ωr to the speed ωm of the electric motor 1 in the speed control is expressed by the following equation (10).
そこで、前置補償器5では、特性の零点を相殺するために、外部位置指令値θrを入力して下記(11)式で表す演算を行うことにより、内部位置指令値θr*を出力する。
θr*/θr={(JLs2+DRs+KR)/(DRs+KR)}・{1/(τps+1)} ………(11)
ここで、τpは応答性を決定するための時定数であり、任意に設定可能である。
Therefore, the
θr * / θr = {(J L s 2 + D R s + K R ) / (D R s + K R )} · {1 / (τ p s + 1)} (11)
Here, τ p is a time constant for determining responsiveness, and can be arbitrarily set.
次に、位置制御器6は、前記前置補償器5から出力された内部位置指令値θr*と電動機1の位置θmとの偏差θeを入力として、ゲインKpを用いて下記(12)式で表される比例制御を行うことにより、内部速度指令値ωirを出力する。
ωir(s)=Kp・θe ………(12)
そして、切り替え部7はスイッチbに切り替えられているので、前記位置制御器6から出力された内部速度指令値ωirが速度指令値ωrとしてフィードフォワード制御器8へ入力される。なお、フィードフォワード制御器8及びフィードバック制御器9の動作は、前述した電動機1の速度を制御する場合と同様である。
Next, the
ωir (s) = Kp · θe (12)
Since the
このように、上記実施形態では、切り替え部で速度制御と速度制御をマイナーループに持つ位置制御とを切り替え可能としているので、外部から入力される指令状況に応じて制御系を切り替えることができる。
また、速度制御を行う場合には、フィードフォワード制御器とフィードバック制御器とによって機械共振を抑制することができると共に、位置制御を行う場合にも、位置指令補償手段で速度制御の特性を考慮した内部位置指令値を出力することにより、フィードフォワード制御器とフィードバック制御器とによって機械共振を抑制することができるので、速度制御と速度制御をマイナーループに持つ位置制御とを切り替える場合であっても、電動機によって駆動させる機械系の振動を励起させずに、指令信号に高速に追従することができる。
As described above, in the above embodiment, since the switching unit can switch between speed control and position control having the speed control in the minor loop, the control system can be switched according to a command situation input from the outside.
In addition, when performing speed control, the mechanical resonance can be suppressed by the feedforward controller and the feedback controller, and also when performing the position control, the characteristics of the speed control are considered by the position command compensation means. By outputting the internal position command value, mechanical resonance can be suppressed by the feedforward controller and the feedback controller, so even when switching between speed control and position control with speed control in a minor loop. The command signal can be followed at high speed without exciting the vibration of the mechanical system driven by the electric motor.
さらに、負荷機械の特性を変更可能なフィードフォワード制御器を構成することにより、負荷機械を振動しないように速度指令値に対する電動機の動作の応答目標信号としての修正速度指令値を出力し、電動機の動作が応答目標信号に一致するようにフィードフォワード的に演算されるトルク信号をフィードフォワードトルク指令値として出力することができるので、速度制御において負荷機械の振動を抑え、高速な応答を実現することができる。 Furthermore, by configuring a feedforward controller capable of changing the characteristics of the load machine, a corrected speed command value is output as a response target signal for the operation of the motor with respect to the speed command value so as not to vibrate the load machine. A torque signal that is calculated in a feed-forward manner so that the operation matches the response target signal can be output as a feed-forward torque command value, so that vibration of the load machine is suppressed in speed control and a high-speed response is realized. Can do.
また、外部位置指令値を入力として、速度制御の特性を考慮した内部位置指令値を出力する前置補償器を設けることにより、位置制御においても負荷機械の振動を抑えた応答を実現することができ、速度制御をマイナーループとした位置制御を行う場合でも、負荷機械の振動を抑えて高速な応答を実現することができる。
なお、上記実施形態においては、負荷機械4及び電動機1の特性を表す際に、バネのダンピングDRを零として演算するようにしてもよい。
Also, by providing a pre-compensator that takes the external position command value as input and outputs the internal position command value considering the speed control characteristics, it is possible to achieve a response that suppresses vibration of the load machine even in position control. Even when the position control is performed with the speed control as a minor loop, it is possible to suppress the vibration of the load machine and realize a high-speed response.
In the above embodiment, in representing the characteristics of the load machine 4 and the electric motor 1 may be calculated as zero damping D R of the spring.
また、上記実施形態においては、電動機側の慣性モーメントJM、負荷側の慣性モーメントJL、電動機−負荷間のバネ係数KR、バネのダンピングDRなどの係数は、トルク制御部10の入力にランダム信号などを入力し、電動機速度や電動機位置を計測してシステム同定を行う等により求めるようにしてもよい。
さらに、上記実施形態においては、位置制御器6、フィードバック制御器9はノッチフィルタ等を含んだ制御器を適用するようにしてもよい。
In the above embodiment, the motor side inertia moment J M , the load side inertia moment J L , the motor-load spring coefficient K R , the spring damping D R, etc. are input to the
Further, in the above embodiment, the
1 電動機
2 検出器
4 負荷機械
5 前置補償器
6 位置制御器
7 切り替え部
8 フィードフォワード制御器
9 フィードバック制御器
10 トルク制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (2)
電動機の実速度及び実位置を検出する状態量検出手段と、前記外部位置指令値を入力として内部速度指令値を出力する位置制御手段と、前記外部速度指令値及び前記位置制御手段から出力された内部速度指令値の何れかを速度指令値として選択し、出力する切り替え手段と、該切り替え手段から出力された速度指令値を入力として、前記負荷機械の応答特性に応じた修正速度指令値及びフィードフォワードトルク指令値を出力するフィードフォワード制御手段と、該フィードフォワード制御手段から出力された修正速度指令値と前記状態量検出手段で検出された実速度との差分を入力として、フィードバックトルク指令値を出力するフィードバック制御手段と、前記フィードフォワード制御手段から出力されたフィードフォワードトルク指令値と、前記フィードバック制御手段から出力されたフィードバックトルク指令値との和を前記トルク指令値として出力するトルク指令値出力手段とを備え、前記フィードフォワード制御手段は、前記速度指令値に対する前記負荷機械の速度の応答特性を変更可能なように構成されていることを特徴とする電動機の制御装置。 When the load machine is driven by the electric motor, the electric motor is driven by a torque command value for causing either the rotational speed or the rotational position of the motor to follow either the external speed command value or the external position command value input from the outside. In the motor control device that controls the torque of
State quantity detection means for detecting the actual speed and actual position of the motor, position control means for outputting the internal speed command value with the external position command value as an input, and output from the external speed command value and the position control means A switching means for selecting and outputting any of the internal speed command values as a speed command value, and a speed command value output from the switching means as an input, and a corrected speed command value and a feed corresponding to the response characteristic of the load machine A feedforward control means for outputting a forward torque command value, a difference between the corrected speed command value output from the feedforward control means and the actual speed detected by the state quantity detection means as inputs, and a feedback torque command value is obtained. Feedback control means for outputting, and feedforward torque command outputted from the feedforward control means And torque command value output means for outputting the sum of the feedback torque command value output from the feedback control means as the torque command value, and the feedforward control means is configured to output the load machine to the speed command value. An electric motor control device configured to be capable of changing a speed response characteristic.
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