JP2011152005A - 電動機の速度制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】速度制御部にフィードフォワード部を設ける。速度制御部に入力されるステップ状の角速度指令ωrefと制御対象物の角速度検出ωdetから比の伝達関数を次式で求める。
ωdet/ωref=(KI + FF{ EMBED Equation.3 , })/{Jdys2+(KP+Ddy)s+KI}
フィードフォワード部のパラメータFFを、上式の分子多項式の零点=分母多項式の定数項とし、KI+FFs=KIからFF=0として求める。
(ただし、KP,KIは速度制御部の比例、及び積分のパラメータ、Jdyはモータ慣性、Ddyは回転損失)
【選択図】 図1
Description
図5は簡略化した電動機の速度制御装置の構成図を示したもので、1は速度制御部、2は電流制御部、3は被制御物である回転体機械特性を示したものである。角速度指令ωrefと角速度検出ωdetの差信号は速度制御部1に入力されてトルク電流指令Tdyを演算し、求めたトルク電流指令Tdyに基づいて電流制御部2を介して被制御物である機械特性部3を制御する。機械特性部3の検出信号ωdetは速度制御部1にフィードバックされる。
前記速度制御部にフィードフォワード部を設け、前記制御対象物の角速度検出をωdet、制御対象物のモータ慣性Jdy、回転損失Ddyとしたとき、前記速度制御部に入力されるステップ状の角速度指令ωrefと制御対象物の角速度検出ωdetから比の伝達関数を次式で求め、
ωdet/ωref=(KI + FF{ EMBED Equation.3 , })/{Jdys2+(KP+Ddy)s+KI} …(1)‘
(ただし、KPは速度制御部の比例パラメータ、KIは速度制御部の積分パラメータ、sはラプラス演算子)
前記フィードフォワード部のパラメータFFを、上式の分子多項式の零点=分母多項式の定数項として
KI+FFs=KI
から
FF=0
として求めることを特徴としたものである。
本発明の第2は、前記速度制御部に入力される角速度指令をランプ指令とし、前記フィードフォワード部のパラメータFFを、前記(1)‘式の分子多項式の零点=分母多項式の定数項+1次として
KI+FFs=KI+(KP+Ddy)s
から
FF=KP+Ddy
として求めることを特徴としたものである。
本発明の第3は、前記速度制御部に入力される角速度指令を加速度指令とし、前記フィードフォワード部のパラメータFFを、前記(1)‘式の分子多項式の零点=分母多項式の定数項+1次+2次として
KI+FFs=KI+(KP+Ddy)s+Jdys2
から
FF=KP+Ddy+Jdys/G(s)
(たたし、G(s)は相対次数1次以上の任意の伝達関数)
として求めることを特徴としたものである。
本発明の第4は、前記速度制御装置に角速度指令値と角速度検出値による偏差信号を入力してトルク電流指令を演算し、求めたトルク電流指令を基に電流制御部を介して制御対象物をPI制御するものにおいて、
前記速度制御部にフィードフォワード部を設け、前記制御対象物の角速度検出をωdet、制御対象物のモータ慣性Jdy、回転損失Ddyとしたとき、前記速度制御部に入力されるステップ状の角速度指令ωrefと制御対象物の角速度検出ωdetから比の伝達関数を次式で求め、
ωdet/ωref={KI + (KP + FF){ EMBED Equation.3 , }}/{Jdys2+(KP+Ddy)s+KI} …(2)‘
(ただし、KPは速度制御部の比例パラメータ、KIは速度制御部の積分パラメータ、sはラプラス演算子)
前記フィードフォワード部のパラメータFFを、(2)‘式の分子多項式の零点=分母多項式の定数項として
KI+(KP+FF)s=KI
から
FF=−KP
として求めることを特徴としたものである。
本発明の第5は、前記速度制御部に入力される角速度指令をランプ指令とし、前記フィードフォワード部のパラメータFFを、前記(2)‘式の分子多項式の零点=分母多項式の定数項+1次として
KI+(KP+FF)s=KI+(KP+Ddy)s
から
FF=Ddy
として求めることを特徴としたものである。
本発明の第6は、前記速度制御部に入力される角速度指令を加速度指令とし、前記フィードフォワード部のパラメータFFを、前記(2)‘式の分子多項式の零点=分母多項式の定数項+1次+2次として
KI+(KP+FF)s=KI+(KP+Ddy)s+Jdys2
から
FF=Ddy+Jdys/G(s)
(たたし、G(s)は相対次数1次以上の任意の伝達関数)
として求めることを特徴としたものである。
以下、図に基づいて本発明の実施例を詳述する。
角速度検出[rad/s]、sはラプラス演算子である。
Tdy={(KI/s)*(ωref−ωdet)}−(KP*ωdet) …(1)
{(Jdy*s)+Ddy}ωdet=Tdy …(2)
上記(1),(2)式からωdet/ωrefについて解くことにより
ωdet/ωref=KI/{Jdys2+(KP+Ddy)s+KI} …(3)
となる。
KP=(c1*Jdy/c2)−Ddy …(4)
KI=Jdy/c2 …(5)
となるようパラメータKP,KIを決定すればよい。例えば、全ての極がダンピング係数1となる二項計数型(s+1)2=1+2*s+1*s2を求め、sをs/wsで置き換え、その係数をc1,c2とすると、二項計数型では、c1=2/wc,c2=1/wc2となる。このc1,c2に対して、(4),(5)式で示されるI−P型の速度制御部1のパラメータKI,KPを決定する。
フィードフォワードFFを付加した場合のトルク電流指令Tdyは、
Tdy={(KI/s)*(ωref−ωdet)}−(KP*ωdet)+(FF*ωref)
…(6)
{(Jdy*s)+Ddy}ωdet=Tdy …(7)
上記(6)、(7)式からωdet/ωrefについて解くことにより
ωdet/ωref=(KI+FFs)/{Jdys2+(KP+Ddy)s+KI}…(8)
となる。
次に、速度制御部10の角速度指令ωrefがステップ状の指令である場合、このステップ指令の定常偏差がないようにするため分子多項式の零点を配置する。
そのため(8)式より、分子多項式の零点=分母多項式の定数項とすれば、
KI+FFs=KI …(9)
となり、
FF=0 …(10)
になる。FF=0となることは、2自由度制御を付加しない状態と等価になる。
したがって、この実施例によれば、フィードフォワード部FFを設け、伝達関数の次数を分母次数の係数と同じとする。これにより、モータ慣性Jdy、回転損失Ddy、および周波数応答設定wcを設定することで、定常偏差の無い速度制御部10のKP,KIパラメータ及びFFパラメータの設定が可能となり、速度制御部への入力指令がステップ状の場合、定常偏差の無い高応答な速度制御の実現が可能となるものである。
(8)式より、分子多項式の零点=分母多項式の定数項+1次とすれば、
KI+FFs=KI+(KP+Ddy)s …(11)
となり、
FF=KP+Ddy …(12)
になり、ランプ指令の定常偏差の無い速度制御が可能になる。
(8)式より、分子多項式の零点=分母多項式の定数項+1次+2次とすれば、
KI+FFs=KI+(KP+Ddy)s+Jdys2 …(13)
となり、
FF=KP+Ddy +Jdys …(14)
になる。ここで
FF=KP+Ddy +Jdys/G(s) …(15)
とすることにより、加速度指令の定常偏差の無い速度制御が可能になる。
たたし、G(s)は相対次数1次以上の任意の伝達関数とする。
したがって、この実施例によれば、フィードフォワード部FFを設け、伝達関数の次数を分母次数の係数と同じとする。これにより、モータ慣性Jdy、回転損失Ddy、および周波数応答設定wcを設定することで、定常偏差の無い速度制御部10のKP,KIパラメータ及びFFパラメータの設定が可能となり、速度制御部へ入力される指令が加速度指令の場合でも、定常偏差の無い高応答な速度制御の実現が可能となるものである。
図4において、2自由度制御の付加されてないPI速度制御装置の電流制御部2は速度制御の周波数帯域に影響を与えない高応答特性とすれば次式のようにすればよい。
Tdy={(KP+KI/s)*(ωref−ωdet)} …(16)
{(Jdy*s)+Ddy}ωdet=Tdy …(17)
上記(16),(17)式からωdet/ωrefについて解くことにより
ωdet/ωref=(KPs+KI)/{Jdys2+(KP+Ddy)s+KI}
…(18)
となる。
(18)式の分母多項式は(3)式と同じであり、したがって、(4),(5)式により速度制御部1aのパラメータKP,KIを決定する。
フィードフォワードFFを付加した場合の制御則は、
Tdy={(KP+KI/s)*(ωref−ωdet)}+(FF*ωref) …(19)
{(Jdy*s)+Ddy}ωdet=Tdy …(20)
上記(19),(20)式の制御則をωdet/ωrefについて解くことにより
ωdet/ωref={KI+(KP+FF)s}/{Jdys2+(KP+Ddy)s+KI} …(21)
となる。
KI+(KP+FF)s=KI …(22)
となり、
FF=−KP …(23)
になる。これによって、2自由度を付加しない状態となる実施例1と等価な式となる。
したがって、この実施例によれば、フィードフォワード部FFを設け、伝達関数の次数を分母次数の係数と同じとする。これにより、モータ慣性Jdy、回転損失Ddy、および周波数応答設定wcを設定することで、定常偏差の無い速度制御部10aのKP,KIパラメータ及びFFパラメータの設定が可能となり、速度制御部への入力指令がステップ状の場合でも、定常偏差の無い高応答な速度制御の実現が可能となるものである。
(21)式より、分子多項式の零点=分母多項式の定数項+1次とすれば、
KI+(KP+FF)s=KI+(KP+Ddy)s …(24)
となり、
FF=Ddy …(25)
になり、ランプ指令の定常偏差の無い速度制御が可能になる。
(21)式より、分子多項式の零点=分母多項式の定数項+1次+2次とすれば、
KI+(KP+FF)s=KI+(KP+Ddy)s+Jdys2 …(26)
となり、
FF=KP+Ddy +Jdys …(27)
になる。ここで
FF=KP+Ddy +Jdys/G(s) …(28)
とすることにより、加速度指令の定常偏差の無い速度制御が可能になる。
たたし、G(s)は相対次数1次以上の任意の伝達関数とする。
したがって、この実施例によれば、フィードフォワード部FFを設け、伝達関数の次数を分母次数の係数と同じとする。これにより、モータ慣性Jdy、回転損失Ddy、および周波数応答設定wcを設定することで、定常偏差の無い速度制御部10aのKP,KIパラメータ及びFFパラメータの設定が可能となり、速度制御部への入力指令が加速度指令の場合でも、定常偏差の無い高応答な速度制御の実現が可能となるものである。
2… 電流制御部
3… 機械特性部
Claims (6)
- 角速度指令値と角速度検出値による偏差信号を速度制御部の積分項に入力し、角度検出値を速度制御部の比例項に入力してトルク電流指令を演算し、求めたトルク電流指令を基に電流制御部を介して制御対象物をI−P制御するものにおいて、
前記速度制御部にフィードフォワード部を設け、前記制御対象物の角速度検出をωdet、制御対象物のモータ慣性Jdy、回転損失Ddyとしたとき、前記速度制御部に入力されるステップ状の角速度指令ωrefと制御対象物の角速度検出ωdetから比の伝達関数を次式で求め、
ωdet/ωref=(KI + FF{ EMBED Equation.3 , })/{Jdys2+(KP+Ddy)s+KI} …(1)‘
(ただし、KPは速度制御部の比例パラメータ、KIは速度制御部の積分パラメータ、sはラプラス演算子)
前記フィードフォワード部のパラメータFFを、上式の分子多項式の零点=分母多項式の定数項として
KI+FFs=KI
から
FF=0
として求めることを特徴とした速度制御装置。 - 前記速度制御部に入力される角速度指令をランプ指令とし、前記フィードフォワード部のパラメータFFを、前記(1)‘式の分子多項式の零点=分母多項式の定数項+1次として
KI+FFs=KI+(KP+Ddy)s
から
FF=KP+Ddy
として求めることを特徴とした請求項1記載の速度制御装置。 - 前記速度制御部に入力される角速度指令を加速度指令とし、前記フィードフォワード部のパラメータFFを、前記(1)‘式の分子多項式の零点=分母多項式の定数項+1次+2次として
KI+FFs=KI+(KP+Ddy)s+Jdys2
から
FF=KP+Ddy+Jdys/G(s)
(たたし、G(s)は相対次数1次以上の任意の伝達関数)
として求めることを特徴とした請求項1記載の速度制御装置。 - 前記速度制御装置に角速度指令値と角速度検出値による偏差信号を入力してトルク電流指令を演算し、求めたトルク電流指令を基に電流制御部を介して制御対象物をPI制御するものにおいて、
前記速度制御部にフィードフォワード部を設け、前記制御対象物の角速度検出をωdet、制御対象物のモータ慣性Jdy、回転損失Ddyとしたとき、前記速度制御部に入力されるステップ状の角速度指令ωrefと制御対象物の角速度検出ωdetから比の伝達関数を次式で求め、
ωdet/ωref={KI + (KP + FF){ EMBED Equation.3 , }}/{Jdys2+(KP+Ddy)s+KI} …(2)‘
(ただし、KPは速度制御部の比例パラメータ、KIは速度制御部の積分パラメータ、sはラプラス演算子)
前記フィードフォワード部のパラメータFFを、(2)‘式の分子多項式の零点=分母多項式の定数項として
KI+(KP+FF)s=KI
から
FF=−KP
として求めることを特徴とした速度制御装置。 - 前記速度制御部に入力される角速度指令をランプ指令とし、前記フィードフォワード部のパラメータFFを、前記(2)‘式の分子多項式の零点=分母多項式の定数項+1次として
KI+(KP+FF)s=KI+(KP+Ddy)s
から
FF=Ddy
として求めることを特徴とした請求項4記載の速度制御装置。 - 前記速度制御部に入力される角速度指令を加速度指令とし、前記フィードフォワード部のパラメータFFを、前記(2)‘式の分子多項式の零点=分母多項式の定数項+1次+2次として
KI+(KP+FF)s=KI+(KP+Ddy)s+Jdys2
から
FF=Ddy+Jdys/G(s)
(たたし、G(s)は相対次数1次以上の任意の伝達関数)
として求めることを特徴とした請求項4記載の速度制御装置。
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