JP2016035676A - モータシステム - Google Patents
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Abstract
Description
a1=q1+m1−p
b1=q0m1
b2=(q1−p)(m1−p)+q0
モータ制御装置は、動作対象物およびモータのイナーシャを検出するイナーシャ検出手段を備え、イナーシャ検出手段での検出結果に基づいて、q0およびq1を調整することによって、希望伝達関数の特性を損なうことなく、動作対象物およびモータのイナーシャに応じて変化する外乱応答特性を補正することを特徴とする。
a1=q1+m1−p
b1=q0m1
b2=(q1−p)(m1−p)+q0
モータ制御装置は、動作対象物および/またはモータの振動の大きさを検出する振動検出手段を備え、振動検出手段での検出結果に基づいて、q0およびq1を調整することによって、希望伝達関数の特性を損なうことなく、動作対象物および/またはモータの振動を抑制することを特徴とする。
図1は、本発明の実施の形態にかかるモータシステム1の概略構成を示すブロック図である。図2は、図1に示すモータシステム1においてモータ3の回転位置指令を入力としモータ3の回転位置を出力としたときの閉ループ系8のブロック線図である。
m0/(s2+m1s+m0)=ω1ω2/(s+ω1)(s+ω2)
ここで、ω1、ω2は、希望伝達関数の遮断周波数(カットオフ周波数)であり、以下の関係が成立する。
m0=ω1ω2、m1=ω1+ω2
なお、動作対象物2およびモータ3の特性に応じてω1、ω2を設定することで、所望の制御応答特性を得ることができる。
a1=q1+m1−p・・・式(1)
b1=q0m1・・・式(2)
b2=(q1−p)(m1−p)+q0・・・式(3)
s2+q1s+q0=(s+ωq1)(s+ωq2)
ここで、ωq1、ωq2は、遮断周波数であり、以下の関係が成立する。
q0=ωq1ωq2、q1=ωq1+ωq2
本形態では、ωq1とωq2とが等しくなっている。すなわち、微分フィルタ要素13の特性多項式の根は重根となっている。ただし、ωq1とωq2とは等しくなくても良い。
以上説明したように、本形態では、閉ループ系8をブロック線図で表わすと、閉ループ系8は、図2に示すように構成されている。また、本形態では、モータ制御装置4は、適応同定手段21で推定されたイナーシャに基づいて、q0およびq1を調整している。そのため、本形態では、動作対象物2やモータ3のイナーシャが大きくなったときに動作対象物2やモータ3に振動が生じても、動作対象物2やモータ3の振動を抑制することが可能になる。
s4+(a1+p)s3+(a1p+b2)s2+b1s+m0(s2+q1s+q0)
と変形することができ、変形後の分母に上述の式(1)〜(3)を代入して整理すると、
s2(s2+q1s+q0)+m1s(s2+q1s+q0)+m0(s2+q1s+q0)
となり、共通因子である(s2+q1s+q0)が分母分子に存在するため、(s2+q1s+q0)を約分することで、図3(D)の伝達関数は、希望伝達関数m0/(s2+m1s+m0)と一致することがわかる。
上述した形態は、本発明の好適な形態の一例ではあるが、これに限定されるものではなく本発明の要旨を変更しない範囲において種々変形実施が可能である。
2 動作対象物
3 モータ
4 モータ制御装置
8 閉ループ系
9 比例ゲイン要素
10 積分フィルタ要素
11 モータゲイン要素
12 モータ要素
13 微分フィルタ要素
15 前向き経路
16 第1帰還経路
17 第2帰還経路
18 第1の加え合わせ点
19 第2の加え合わせ点
21 適応同定手段(イナーシャ検出手段)
Claims (11)
- 動作対象物を動作させるモータと、前記モータを制御するモータ制御装置とを備えるモータシステムにおいて、
前記モータの回転位置指令を入力とし前記モータの回転位置を出力とする閉ループ系をブロック線図で表わすと、前記閉ループ系は、伝達要素として、比例ゲイン要素と、積分フィルタ要素と、モータゲイン要素と、モータ要素と、微分フィルタ要素とを備えるとともに、前記閉ループ系の入力部から出力部へ向かう前向き経路と、前記閉ループ系の出力部から入力側に向かう第1帰還経路および第2帰還経路とを備え、
前記前向き経路では、信号の伝達方向において、前記回転位置指令が入力される第1の加え合わせ点と、前記比例ゲイン要素と、第2の加え合わせ点と、前記積分フィルタ要素と、前記モータゲイン要素と、前記モータ要素とがこの順番に配置され、
前記第1帰還経路は、前記第1の加え合わせ点に負帰還接続され、
前記第2帰還経路は、前記第2の加え合わせ点に負帰還接続されるとともに、前記微分フィルタ要素は、前記第2帰還経路の中に配置され、
前記モータに電力を供給するアンプの固定ゲインと前記モータのトルク定数とを含む固定値を前記動作対象物および前記モータのイナーシャで割った値であるゲインをKとし、前記動作対象物および前記モータの粘性に関わる項を前記動作対象物および前記モータのイナーシャで割った値であるゲインをpとし、ラプラス演算子をsとすると、
前記動作対象物に応じて前記モータを適切に制御するための前記閉ループ系の希望特性を有する伝達関数である希望伝達関数は、
m0/(s2+m1s+m0)
で規定され、
前記比例ゲイン要素は、m0であり、
前記積分フィルタ要素は、(s2+q1s+q0)/(s2+a1s)で表わされる伝達関数であり、
前記モータゲイン要素は、1/Kであり、
前記モータ要素は、K/(s2+ps)で表わされる伝達関数であり、
前記微分フィルタ要素は、(b2s2+b1s)/(s2+q1s+q0)で表わされる伝達関数であり、
a1、b1、b2が以下の関係を満足することで、前記閉ループ系の特性が前記希望伝達関数に一致し、
a1=q1+m1−p
b1=q0m1
b2=(q1−p)(m1−p)+q0
前記モータ制御装置は、前記動作対象物および前記モータのイナーシャを検出するイナーシャ検出手段を備え、前記イナーシャ検出手段での検出結果に基づいて、q0およびq1を調整することによって、前記希望伝達関数の特性を損なうことなく、前記動作対象物および前記モータのイナーシャに応じて変化する外乱応答特性を補正することを特徴とするモータシステム。 - 前記イナーシャ検出手段は、前記モータ要素への入力と前記モータ要素からの出力とに基づいて、前記動作対象物および前記モータのイナーシャを推定する適応同定手段であることを特徴とする請求項1記載のモータシステム。
- 前記モータ制御装置には、前記動作対象物および前記モータのイナーシャと、q0およびq1とが対応付けられたテーブルが記憶され、
前記モータ制御装置は、前記イナーシャ検出手段での検出結果と前記テーブルとに基づいてq0およびq1を調整することを特徴とする請求項1または2記載のモータシステム。 - 前記モータ制御装置は、前記イナーシャ検出手段によって検出された前記動作対象物および前記モータのイナーシャに基づいて、所定の演算を行ってq0およびq1を算出し、q0およびq1を調整することを特徴とする請求項1または2記載のモータシステム。
- 動作対象物を動作させるモータと、前記モータを制御するモータ制御装置とを備えるモータシステムにおいて、
前記モータの回転位置指令を入力とし前記モータの回転位置を出力とする閉ループ系をブロック線図で表わすと、前記閉ループ系は、伝達要素として、比例ゲイン要素と、積分フィルタ要素と、モータゲイン要素と、モータ要素と、微分フィルタ要素とを備えるとともに、前記閉ループ系の入力部から出力部へ向かう前向き経路と、前記閉ループ系の出力部から入力側に向かう第1帰還経路および第2帰還経路とを備え、
前記前向き経路では、信号の伝達方向において、前記回転位置指令が入力される第1の加え合わせ点と、前記比例ゲイン要素と、第2の加え合わせ点と、前記積分フィルタ要素と、前記モータゲイン要素と、前記モータ要素とがこの順番に配置され、
前記第1帰還経路は、前記第1の加え合わせ点に負帰還接続され、
前記第2帰還経路は、前記第2の加え合わせ点に負帰還接続されるとともに、前記微分フィルタ要素は、前記第2帰還経路の中に配置され、
前記モータに電力を供給するアンプの固定ゲインと前記モータのトルク定数とを含む固定値を前記動作対象物および前記モータのイナーシャで割った値であるゲインをKとし、前記動作対象物および前記モータの粘性に関わる項を前記動作対象物および前記モータのイナーシャで割った値であるゲインをpとし、ラプラス演算子をsとすると、
前記動作対象物に応じて前記モータを適切に制御するための前記閉ループ系の希望特性を有する伝達関数である希望伝達関数は、
m0/(s2+m1s+m0)
で規定され、
前記比例ゲイン要素は、m0であり、
前記積分フィルタ要素は、(s2+q1s+q0)/(s2+a1s)で表わされる伝達関数であり、
前記モータゲイン要素は、1/Kであり、
前記モータ要素は、K/(s2+ps)で表わされる伝達関数であり、
前記微分フィルタ要素は、(b2s2+b1s)/(s2+q1s+q0)で表わされる伝達関数であり、
a1、b1、b2が以下の関係を満足することで、前記閉ループ系の特性が前記希望伝達関数に一致し、
a1=q1+m1−p
b1=q0m1
b2=(q1−p)(m1−p)+q0
前記モータ制御装置は、前記動作対象物および/または前記モータの振動の大きさを検出する振動検出手段を備え、前記振動検出手段での検出結果に基づいて、q0およびq1を調整することによって、前記希望伝達関数の特性を損なうことなく、前記動作対象物および/または前記モータの振動を抑制することを特徴とするモータシステム。 - 前記モータ制御装置には、前記動作対象物および/または前記モータの振動の大きさと、q0およびq1とが対応付けられたテーブルが記憶され、
前記モータ制御装置は、前記振動検出手段での検出結果と前記テーブルとに基づいてq0およびq1を調整することを特徴とする請求項5記載のモータシステム。 - 前記モータ制御装置は、前記振動検出手段によって検出された前記動作対象物および/または前記モータの振動の大きさに基づいて、所定の演算を行ってq0およびq1を算出し、q0およびq1を調整することを特徴とする請求項5記載のモータシステム。
- 前記微分フィルタ要素の特性多項式s2+q1s+q0の根は、重根となっていることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載のモータシステム。
- 前記モータ制御装置は、前記モータ要素への入力と前記モータ要素からの出力とに基づいて前記ゲインKを推定する適応同定手段を備え、前記適応同定手段で推定された前記ゲインKに基づいて前記モータゲイン要素を更新することを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載のモータシステム。
- 前記適応同定手段は、前記ゲインKの推定を所定時間間隔で逐次実行し、
前記モータ制御装置は、前記適応同定手段で推定された前記ゲインKに基づいて前記モータゲイン要素を所定時間間隔で逐次更新することを特徴とする請求項9記載のモータシステム。 - 前記適応同定手段は、前記モータ要素への入力と前記モータ要素からの出力とに基づいて、前記ゲインpを推定することを特徴とする請求項9または10記載のモータシステム。
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