JP2020120573A - Design support device, design support method, and design support program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、設計支援装置と設計支援方法と設計支援プログラムとに関する。 The present invention relates to a design support device, a design support method, and a design support program.
工場等では、複数の電動機が、離れた場所に配置された複数のサーボドライバにてPWM駆動されるシステム(ロボットとその制御装置とで構成されたシステム等)が使用されている。そのようなシステムには、電動機・サーボドライバ間の長いケーブルからの放射ノイズを低減するために、スイッチングスピードを速くできない、電動機・サーボドライバ間の接続に多数のケーブルが必要とされる、といった問題がある。 In factories and the like, a system in which a plurality of electric motors are PWM-driven by a plurality of servo drivers arranged at distant places (a system including a robot and its controller) is used. In such a system, switching speed cannot be increased in order to reduce radiation noise from a long cable between the motor and the servo driver, and a large number of cables are required for connection between the motor and the servo driver. There is.
各電動機の近傍にサーボドライバ内のインバータ回路のみを配置し、1つの直流電源からDCバスにて複数のインバータ回路に電力を供給する構成を採用しておけば、上記問題が発生しないようにすることが出来る。ただし、この構成を採用したシステムでは、DCバス側のLC回路とインバータ回路側とが干渉して、システムの動作が不安定となる場合があることが知られている(例えば、非特許文献1参照)。そのため、上記構成の採用時には、各インバータ回路に対する制御内容を考慮して安定性を解析することが望まれる。 If only the inverter circuit in the servo driver is arranged near each motor and the power is supplied from a single DC power source to a plurality of inverter circuits via the DC bus, the above problem will not occur. You can However, in a system adopting this configuration, it is known that the LC circuit on the DC bus side and the inverter circuit side may interfere with each other to make the operation of the system unstable (for example, Non-Patent Document 1). reference). Therefore, when adopting the above configuration, it is desired to analyze the stability in consideration of the control content for each inverter circuit.
本発明は、上記現状に鑑みなされたものであり、インバータ回路と電動機とを含む複数台のサーボ装置に直流電源からDCバスにより電力が供給されるDC給電システムの安定性を、各サーボ装置に対する制御内容を考慮して解析(評価)し、それを制御内容に反映する技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned current situation, and improves the stability of a DC power supply system in which power is supplied from a DC power supply to a plurality of servo devices including an inverter circuit and an electric motor by a DC bus, with respect to each servo device. The purpose is to provide a technology that analyzes (evaluates) in consideration of the control content and reflects it in the control content.
本発明の一観点に係る設計支援装置は、インバータ回路と電動機とを含む複数台のサーボ装置に直流電源からDCバスにより電力が供給されるDC給電システムの設計を支援する装置であって、前記DC給電システムの前記DCバス及び前記複数台のサーボ装置の構成を示すシステム情報と、前記複数台のサーボ装置のそれぞれの動作パターンを示す動作パターン情報とを取得する取得手段と、前記DC給電システムを前記複数台のサーボ装置を含む負荷側部と前記負荷側部に電力を供給する電源側部とを接続した接続システムであると見做した場合における前記電源側部の出力インピーダンスZo(s)(sはラプラス演算子)と、前記負荷側部の入力インピーダンスZin(s)であって、前記DCバスを流れる電流値であるバス電流値及び当該バス電流値の、前記電動機のq軸電流への変換率αとの関数でもあるZin(s)とに基づき、前記DC給電システムの安定性に関する情報を出力する出力手段と、前記取得手段により取得された前記システム情報と各サーボ装置について取得された前記動作パターン情報とに基づき、前記DCバスを介して前記複数台のサーボ装置へ供給される総電流値の時間変化パターンを示す時系列電流データを生成し、前
記DCバスを流れる電流値が、生成した前記時系列電流データの最大値となる場合における前記情報を前記出力手段に出力させ、該情報に基づいて前記動作パターン情報を変更する制御手段と、を備える。
A design support device according to one aspect of the present invention is a device for supporting the design of a DC power supply system in which electric power is supplied from a DC power supply to a plurality of servo devices including an inverter circuit and an electric motor by a DC bus. Acquisition means for acquiring system information indicating a configuration of the DC bus and the plurality of servo devices of the DC power supply system, and operation pattern information indicating operation patterns of the plurality of servo devices, and the DC power supply system Is regarded as a connection system in which a load side portion including the plurality of servo devices and a power source side portion that supplies electric power to the load side portion are connected, the output impedance Z o (s of the power source side portion ) (S is a Laplace operator) and the input impedance Z in (s) of the load side, the bus current value being the current value flowing through the DC bus, and the q-axis of the motor at the bus current value. Output means for outputting information on the stability of the DC power supply system based on Z in (s) which is also a function of the conversion rate α to current, the system information obtained by the obtaining means, and each servo device On the basis of the operation pattern information acquired for the plurality of servo devices, time-series current data indicating a time change pattern of the total current value supplied to the plurality of servo devices is generated, and the time series current data is flowed through the DC bus. A control unit that causes the output unit to output the information when the current value is the maximum value of the generated time-series current data, and changes the operation pattern information based on the information.
すなわち、インバータ回路と電動機とを含む複数台のサーボ装置に直流電源からDCバスにより電力が供給されるDC給電システムが不安定になるのは、DCバスに大きな電流が流れるときである。上記したように、設計支援装置は、各サーボ装置について取得された動作パターン情報に基づき、DCバスを介して前記複数台のサーボ装置へ供給される総電流値の時間変化パターンを示す時系列電流データを生成し、DCバスを流れる電流が、生成した前記時系列電流データの最大値となる場合におけるDC給電システムの安定性に関する情報を出力する構成を有する。従って、設計支援装置によれば、インバータ回路と電動機とを含む複数台のサーボ装置に直流電源からDCバスにより電力が供給されるDC給電システムの安定性を、各サーボ装置に対する制御内容を考慮して、解析(評価)し、その解析結果を考慮して、DC給電システムが不安定とならない、実際にサーボ装置を駆動するための動作パターンを得ることが出来る。 That is, a DC power supply system in which electric power is supplied from a DC power supply to a plurality of servo devices including an inverter circuit and an electric motor by a DC bus becomes unstable when a large current flows through the DC bus. As described above, the design support device, based on the operation pattern information acquired for each servo device, the time-series current indicating the time change pattern of the total current value supplied to the plurality of servo devices via the DC bus. It is configured to generate data and output information regarding the stability of the DC power feeding system when the current flowing through the DC bus has the maximum value of the generated time series current data. Therefore, according to the design support device, the stability of the DC power supply system in which electric power is supplied from the DC power supply to the plurality of servo devices including the inverter circuit and the electric motor by the DC bus is taken into consideration in the control content for each servo device. Then, analysis (evaluation) is performed, and in consideration of the analysis result, it is possible to obtain an operation pattern for actually driving the servo device in which the DC power feeding system does not become unstable.
設計支援装置の出力手段は、DC給電システムの安定性に関する情報をどのような形で出力するものであっても良い。具体的には、出力手段は、前記DC給電システムの安定性に関する情報(ナイキスト線図やボード線図)をディスプレイの画面上に表示するものであっても、ナイキスト線図等を表すデータ(数値群)を出力するものであっても良い。 The output means of the design support device may output information regarding the stability of the DC power feeding system in any form. Specifically, even if the output means displays the information (Nyquist diagram or Bode diagram) on the stability of the DC power feeding system on the screen of the display, the data (numerical value) representing the Nyquist diagram or the like is displayed. Group) may be output.
また、出力手段は、各サーボ装置の入力インピーダンスZin(s)を、以下の(1)〜(4)式から求め、求めたZin(s)を合成することで、前記負荷側部の入力インピーダンスZin(s)を求めても良い。 Further, the output means obtains the input impedance Z in (s) of each servo device from the following equations (1) to (4) and synthesizes the obtained Z in (s) to obtain the load side portion. The input impedance Z in (s) may be obtained.
なお、Vb、Ibは、それぞれ、前記DCバスの電圧、電流であり、Rm、Lmは、各サーボ装置の電動機の抵抗、インダクタンスであり、Kp、Kiは、それぞれ、各サーボ装置の電動機へのq軸電流を電流指令と一致させるために行われるPI制御の比例ゲイン、積分ゲインである。 Note that V b and I b are the voltage and current of the DC bus, R m and L m are the resistance and inductance of the electric motor of each servo device, and K p and K i are the respective values. It is a proportional gain and an integral gain of PI control performed to match the q-axis current to the electric motor of the servo device with the current command.
また、本発明の一観点に係る、インバータ回路と電動機とを含む複数台のサーボ装置に直流電源からDCバスにより電力が供給されるDC給電システムの設計を支援する設計支援方法は、前記DC給電システムの前記DCバス及び前記複数台のサーボ装置の構成を示
すシステム情報と、前記複数台のサーボ装置のそれぞれの動作パターンを示す動作パターン情報とに基づき、前記DCバスを介して前記複数台のサーボ装置へ供給される総電流の時間変化パターンを示す時系列電流データを生成し、前記DC給電システムを前記複数台のサーボ装置を含む負荷側部と前記負荷側部に電力を供給する電源側部とを接続した接続システムであると見做した場合における前記電源側部の出力インピーダンスZo(s)(sはラプラス演算子)と、前記負荷側部の入力インピーダンスZin(s)であって、前記DCバスを流れる電流値であるバス電流値及び当該バス電流値の、前記電動機のq軸電流への変換率αとの関数でもあるZin(s)とに基づき、前記DCバスを流れる電流値が、生成された前記時系列電流データの最大値となる場合における前記DC給電システムの安定性に関する情報を出力し、該情報に基づいて前記動作パターン情報を変更する。また、本発明の一観点に係る設計支援プログラムは、 コンピュータを、上記したいずれかの構成
の設計支援装置として動作させる。従って、これらの技術によっても、DC給電システムの安定性を、各サーボ装置に対する制御内容を考慮して解析(評価)し、DC給電システムが不安定とならない、実際にサーボ装置を駆動するための動作パターンを得ることが可能となる。
According to another aspect of the present invention, there is provided a design support method for supporting the design of a DC power supply system in which power is supplied from a DC power supply to a plurality of servo devices including an inverter circuit and an electric motor by a DC bus. Based on the system information indicating the configurations of the DC bus and the plurality of servo devices of the system, and the operation pattern information indicating the operation patterns of the plurality of servo devices, the plurality of the plurality of servo devices are connected via the DC bus. A power supply side that generates time-series current data indicating a time change pattern of the total current supplied to the servo device and supplies the DC power supply system with a load side part including the plurality of servo devices and power to the load side part. The output impedance Z o (s) of the power source side (s is a Laplace operator) and the input impedance Z in (s) of the load side when the connection system is considered to be connected to the load side. The DC bus based on the bus current value which is the current value flowing through the DC bus and Z in (s) which is also a function of the conversion rate α of the bus current value to the q-axis current of the electric motor. Information about the stability of the DC power feeding system when the flowing current value is the maximum value of the generated time series current data is output, and the operation pattern information is changed based on the information. A design support program according to one aspect of the present invention causes a computer to operate as a design support apparatus having any one of the above configurations. Therefore, even by these techniques, the stability of the DC power feeding system is analyzed (evaluated) in consideration of the control content for each servo device, and the DC power feeding system does not become unstable. It is possible to obtain the operation pattern.
本発明によれば、インバータ回路と電動機とを含む複数台のサーボ装置に直流電源からDCバスにより電力が供給されるDC給電システムの安定性を、各サーボ装置に対する制御内容を考慮して、解析(評価)し、それを制御内容に反映することが可能となる。 According to the present invention, the stability of a DC power supply system in which electric power is supplied from a DC power supply to a plurality of servo devices including an inverter circuit and an electric motor by a DC bus is analyzed in consideration of control contents for each servo device. It is possible to (evaluate) and reflect that in the control content.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に、本発明の一実施形態に係る設計支援装置10のブロック図を示し、図2に、設計支援装置10によりその安定性が解析されるDC給電システムの構成例を示す。
FIG. 1 shows a block diagram of a
本実施形態に係る設計支援装置10(図1)は、図2に示したような構成のDC給電システムの安定性を解析することで、当該DC給電システムの設計を支援するために開発した装置である。 The design support apparatus 10 (FIG. 1) according to the present embodiment is an apparatus developed to support the design of the DC power feeding system by analyzing the stability of the DC power feeding system having the configuration shown in FIG. Is.
具体的には、図2に示してあるように、設計支援装置10が安定性を解析するDC給電システム(以下、解析対象システムとも表記する)は、インバータ回路41、電動機42及び制御部43により構成された複数台のサーボ装置に、DCバス35を介して、直流電
源31からの電力が供給されるシステムである。
Specifically, as shown in FIG. 2, the DC power supply system (hereinafter also referred to as an analysis target system) in which the design support
解析対象システム内の各サーボ装置の電動機42は、永久磁石同期電動機である。また、各サーボ装置の制御部43は、電動機42に取り付けられたエンコーダ(図示略)及び電動機42の駆動電流を検知するセンサ(図示略)からの情報(図では、θ、iu、iv)に基づき、非干渉化補償を伴うベクトル制御を、d軸電流Id=0として行うユニットである。
The
より詳細には、制御部43は、図3に示したように、q軸電流を制御するユニットとなっている。なお、この図3は、制御部43のq軸電流の制御内容を示す制御ブロック図である。また、図3において、Ktは、電動機42のトルク定数であり、Keは、電動機42の誘起電圧定数である。J、Dr、Kは、それぞれ、機械系(電動機42と電動機42にて駆動される機械)のイナーシャ、粘性、ばね定数である。Iq_refは、基準電流(電流指令)であり、Iqは、dq変換した電動機42の電流(q軸電流)である。電流補償器45は、IqをIq_refと一致させるためのPI補償器である。
More specifically, the
図1に戻って、設計支援装置10の構成及び機能を説明する。
図示してあるように、設計支援装置10は、キーボード、マウス等の入力装置11と、ディスプレイ12と、本体部13とを備える。
Returning to FIG. 1, the configuration and function of the
As illustrated, the
本体部13は、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory
)、不揮発性記憶装置16(ハードディスクドライブ、ソリッドステートドライブ等)等で構成されたユニットである。この本体部13の不揮発性記憶装置16には、設計支援プログラム18がインストールされており、CPUが設計支援プログラム18をRAM上に読み出して実行することで、本体部13は、UI処理部14及び安定性解析処理部15として動作する。
The
), a non-volatile storage device 16 (hard disk drive, solid state drive, etc.) and the like. A
UI処理部14は、ディスプレイ12の画面上に各種画像情報を表示しながら、入力装置11に対する操作を通じて、ユーザから、システム情報とサーボ装置毎の動作パターン情報とを取得するユニットである。
The
UI処理部14がユーザから取得するシステム情報は、解析対象システムの構成を示す情報である。UI処理部14は、このシステム情報として、ユーザから、以下の情報を取得する。
・解析対象システムの電源側部30を、図4に示した構成のLC並列回路として取り扱うためのLC並列回路指定情報
・直流電源31(系統電圧を直流化するコンバータ等)の出力電圧Vb(以下、DCバス電圧Vbとも表記する)
・各サーボ装置の電動機42のインダクタンスLm、電機子抵抗Rm
・各サーボ装置の電流補償器45(図3)の比例ゲインKp及び積分ゲインKi
The system information acquired by the
-LC parallel circuit designation information for handling the power
Inductance L m of the
・Proportional gain K p and integral gain K i of the current compensator 45 (FIG. 3) of each servo device
UI処理部14がユーザから取得するLC並列回路指定情報は、図4におけるCbに、各インバータ回路41の入力コンデンサの容量及びDCバスの容量を含めたものである。
LC parallel circuit designation information
また、UI処理部14は、ユーザから表示対象指定情報を取得する。表示対象指定情報は、安定性解析処理部15にナイキスト線図を表示させる1つ以上のDCバス電流Ibを指定する情報である。この表示対象指定情報は、1つ以上のDCバス電流Ibを、直接的に指定する情報であっても、間接的に指定する情報であっても良い。
In addition, the
UI処理部14がユーザから取得するサーボ装置毎の動作パターン情報は、各サーボ装
置を動作させるために、各制御部43に入力される指令値群(位置指令の時系列データ等)である。
The operation pattern information for each servo device acquired by the
UI処理部14は、通常は、システム情報と各(全)サーボ装置の動作パターン情報がユーザにより入力されるのを待機している。そして、UI処理部14は、それらの情報の入力完了後に、ユーザから安定解析処理の実行指示が入力された場合には、安定性解析処理の開始を安定性解析処理部15に指示する。
The
安定性解析処理部15が実行する安定性解析処理は、総電流算出処理とナイキスト線図表示処理とを含む。
総電流算出処理は、システム情報中の各サーボ装置に関する情報(インダクタンスLm比例ゲインKp等)と、各サーボ装置の動作パターン情報とに基づき、各サーボ装置に直流電源31から供給される電流の時系列データを生成し、生成した時系列データにおける同時刻の電流値を加算し、加算結果から、DCバス35を流れる電流の最大値(以下、最大電流値と表記する)を算出する処理である。
The stability analysis process executed by the stability
The total current calculation process is based on the information (inductance L m proportional gain K p etc.) about each servo device in the system information and the operation pattern information of each servo device, and the current supplied from the
ナイキスト線図表示処理は、基本的には、システム情報に基づき、解析対象システム(図2)の電源側部30の出力インピーダンスZo(s)(sは、ラプラス演算子)と解析対象システムの負荷側部40の入力インピーダンスZin(s)とを特定し、特定したZo(
s)及びZin(s)から“Zo(s)/Zin(s)”のナイキスト線図をディスプレイ12
の画面上に表示する処理である。ただし、ナイキスト線図表示処理は、負荷側部40の入力インピーダンスZin(s)として、s及びDCバス電流Ibと相関する電流指定値(後述するD値)の関数を用いる処理であると共に、DCバス電流Ibが、総電流算出処理により算出された最大電流値である場合のナイキスト線図を表示する処理となっている。
The Nyquist diagram display process is basically based on the system information and the output impedance Z o (s) (s is a Laplace operator) of the power
s) and Z in (s) to “Z o (s)/Z in (s)” Nyquist diagram 12
This is a process to be displayed on the screen of. However, the Nyquist diagram display processing is processing that uses a function of s and a specified current value (D value described later) that correlates with the DC bus current I b as the input impedance Z in (s) of the
そのため、安定性解析処理が行われると、ディスプレイ12の画面上に、例えば、図5Aや図5Bに示したようなナイキスト線図が表示される。なお、図5Aに示したナイキスト線図は、動作パターン情報通りの制御により各サーボ装置が安定して動作する場合に表示されるナイキスト線図の形状例の説明図であり、図5Bに示したナイキスト線図は、動作パターン情報通りの制御では各サーボ装置が安定して動作しない場合に表示されるナイキスト線図の形状例の説明図である。
Therefore, when the stability analysis processing is performed, for example, the Nyquist diagram shown in FIGS. 5A and 5B is displayed on the screen of the
以下、ナイキスト線図表示処理についてさらに具体的に説明する。 Hereinafter, the Nyquist diagram display process will be described more specifically.
ナイキスト線図表示処理時、安定性解析処理部15は、システム情報(LC並列回路情報)に基づき、解析対象システムの電源側部30の出力インピーダンスZo(s)として、以下の(A1)式で表される関数を用意する。
During the Nyquist diagram display process, the stability
また、安定性解析処理部15は、負荷側部40の入力インピーダンスZin(s)(以下、Zinall(s)とも表記する)を求めるために、各サーボ装置に関するシステム情報(LC並列回路情報以外の情報)に基づき、各サーボ装置の入力インピーダンスZin(
s)として、以下の(A2)式を満たす関数を用意する。
Further, the stability
As s), a function satisfying the following expression (A2) is prepared.
この(A2)式において、ZN(s)は、理想フィードバック時におけるサーボ装置の入力インピーダンスである。また、ZD(s)は、無帰還時(フィードバックがない場合)におけるサーボ装置の入力インピーダンスであり、T(s)は、サーボ装置の一巡伝達関数である。
In this equation (A2), Z N (s) is the input impedance of the servo device during ideal feedback. Further, Z D (s) is the input impedance of the servo device when there is no feedback (when there is no feedback), and T(s) is the loop transfer function of the servo device.
そして、安定性解析処理部15は、(A2)式により用意した各サーボ装置のZin(
s)を合成することで、負荷側部40(複数台のサーボ装置全体)の入力インピーダンス
Zinall(s)を用意する。すなわち、安定性解析処理部15は、各サーボ装置が単軸でDCバス35に接続されていると仮定した場合の、その各サーボ装置のZin(s)をZi(s)(i=1〜imax)と表記すると、以下の式を満たすZinall(s)を用意する。
Then, the stability
s) is synthesized to prepare the input impedance Z inall (s) of the load side portion 40 (entire plural servo devices). That is, the stability
具体的には、理想フィードバック時におけるサーボ装置の入力インピーダンスは、−Vb/Ibである。すなわち、ZN(s)を、以下の(B0)式で表すことが出来る。 More specifically, the input impedance of the servo device at the ideal feedback is -V b / I b. That is, Z N (s) can be represented by the following formula (B0).
また、サーボ装置においてフィードバックされているのは、Iqである(図4参照)。そのため、ZD(s)、T(s)として、それぞれ、Iqがフィードバックされていない場合におけるサーボ装置の入力インピーダンス、一巡伝達関数を使用すれば良いことになる。 Further, what is fed back in the servo device is I q (see FIG. 4). Therefore, the input impedance and open loop transfer function of the servo device when I q is not fed back are used as Z D (s) and T(s), respectively.
Iqがフィードバックされていない場合におけるサーボ装置の入力インピーダンス、一巡伝達関数は、図3から求めることが出来る。ただし、ZD(s)、T(s)として、図3から求めた関数を用いると、ナイキスト線図表示時の計算負荷が大きくなってしまう。 The input impedance and open loop transfer function of the servo device when I q is not fed back can be obtained from FIG. However, if the functions obtained from FIG. 3 are used as Z D (s) and T(s), the calculation load at the time of displaying the Nyquist diagram becomes large.
ここで、サーボ装置の機械系の応答性(通常、数百Hz)が、電源側部30の共振周波数よりもかなり低いことを考えると、H(s)を無視した制御ブロック図、すなわち、図6に示した制御ブロック図から、Iqがフィードバックされていない場合におけるサーボ装
置の入力インピーダンス、一巡伝達関数を求めて、ZD(s)、T(s)として使用しても、安定性を良好に評価できることになる。
Here, considering that the response of the mechanical system of the servo device (usually several hundred Hz) is considerably lower than the resonance frequency of the power
そして、PI(s)、G(s)は、それぞれ、以下の(A3)式、(A4)式で表すことが出来るため、T(s)を、(A5)式で表せる。 Since PI(s) and G(s) can be represented by the following equations (A3) and (A4), respectively, T(s) can be represented by the equation (A5).
また、Iqがフィードバックされていない場合におけるサーボ装置の入力インピーダンスZD(s)は、電動機42の電気的時定数部分となる。ただし、図6から求められる入力インピーダンスZD(s)は、Vq,Iq側の値となる。そのため、安定性解析処理部15は、変換率αについて成立する以下の(A6)式(詳細は後述)を用いて、図6から求められる入力インピーダンスZD(s)を、Vq,Iq側の値に換算することにより、以下の(A7)式で表されるZD(s)を用意する。なお、本実施形態に係る安定性解析処理部15は、ZD(s)を用意する際、各サーボ装置の動作パターン情報が設定されている場合には、サーボ装置に関するイナーシャ等の機械情報を用い、設定されている動作パターン情報に基づき、速度、電流指令値の変化パターンを特定し、特定結果から変換率αを算出する。また、安定性解析処理部15は、各サーボ装置の動作パターン情報が設定されていない場合には、予め用意されている動作パターン情報に基づき、上記手順で、変換率αを算出する。
Further, the input impedance Z D (s) of the servo device when I q is not fed back becomes an electric time constant part of the
以上のようにしてZo(s)、ZN,ZD(s)、T(s)を用意した安定性解析処理部15は、ZN,ZD(s)及びT(s)と(A2)式とから、負荷側部40(1台のサーボ装置)の入力インピーダンスZin(s)を用意する。そして、安定性解析処理部15は、用意したZin(s)及びZo(s)に基づき、表示対象指定情報が直接的/間接的に指定するDCバス電流Ib毎(本実施形態では、DCバス電流IbからD値毎)に、“Zo(s)/Zin(s)”のナイキスト線図をディスプレイ12の画面上に表示する。
As described above, the stability
以下、幾つかの事項について補足する。
図5A、図5Bに示したナイキスト線図は、それぞれ、最大電流値をImax1、Imax2(Imax1<Imax2)とした条件でナイキスト線図表示処理を行うことにより得られたものである。
Hereinafter, some items will be supplemented.
The Nyquist plots shown in FIGS. 5A and 5B are obtained by performing the Nyquist plot display processing under the conditions that the maximum current values are Imax1 and Imax2 (Imax1<Imax2), respectively.
なお、(A5)式のKp値及びKi値としては、T(s)のボード線図における0dBを横切る周波数が所定の周波数となるように定めた値を採用した。 As the K p value and the K i value in the equation (A5), values determined so that the frequency across 0 dB in the Bode diagram of T(s) becomes a predetermined frequency were adopted.
図7に、ナイキスト線図表示処理を行った条件と同じ条件でDC給電システムを実際に制御した実験結果を示す。 FIG. 7 shows the experimental results of actually controlling the DC power feeding system under the same conditions as the conditions under which the Nyquist diagram display processing was performed.
図7から明らかなように、速度が上昇するにつれ、DCバス電流Ibが増加していき、DCバス電流IbがImax2に近づくまで上昇すると、図5Bに示したナイキスト線図から判定される安定性通りに、DCバス電流Ib及びDCバス電圧Vbが発振し始めることが確認できた。 As is apparent from FIG. 7, as the speed increases, the DC bus current I b increases and increases until the DC bus current I b approaches Imax2, which is determined from the Nyquist diagram shown in FIG. 5B. It was confirmed that the DC bus current I b and the DC bus voltage V b started to oscillate as the stability.
このように、設計支援装置10(安定性解析処理部15)は、DC給電システムの実際の動作と対応するナイキスト線図(図5A、図5B)を表示することが出来る。従って、設計支援装置10によれば、サーボ装置(インバータ回路41)に対する制御内容を考慮してDC給電システムの安定性を解析(判定)することが出来る。
In this way, the design support device 10 (stability analysis processing unit 15) can display the Nyquist diagram (FIGS. 5A and 5B) corresponding to the actual operation of the DC power feeding system. Therefore, according to the
更に、上記のディスプレイ12の画面上へのナイキスト線図の表示とともに、設計支援装置10は、上記のDC給電システムの安定性の解析(判定)結果に基づいて、当初ユーザにより入力された各サーボ装置の動作パターン情報、すなわち当該安定性解析のために使用された動作パターン情報を、DC給電システムを安定に動作させることが出来る動作パターン情報に変更する。そのような機能は、例えば、安定であることを示すナイキスト線図が得られるDCバス電流Ibを求め、求めたDCバス電流Ibと総電流算出処理で算出された最大電流値の比(Ib/最大電流値)に応じた割合で電動機42の加速度が減少するように、各サーボ装置の当初の動作パターン情報を変更することにより実現できる。これにより、DC給電システムが不安定とならない、実際にサーボ装置を駆動するための動作パターンを得ることができる。これにより、安定解析処理を終了する。
Further, along with the display of the Nyquist diagram on the screen of the
最後に、上記した(A6)式が成立する理由を説明しておくことにする。
DCバス電圧VbとDCバス電流Ibとd軸電圧Vdとd軸電流Idとq軸電圧Vqと
q軸電流Iqとの間には、以下の(B1)式が成立する。そして、Id=0であるため、
(B1)式を以下の(B2)式に変形することが出来る。
Finally, the reason why the above expression (A6) is established will be explained.
The following formula (B1) is established among the DC bus voltage V b , the DC bus current I b , the d-axis voltage V d , the d-axis current I d , the q-axis voltage V q, and the q-axis current I q. .. And since I d =0,
The expression (B1) can be transformed into the following expression (B2).
(B2)式から、DCバス電流Ibとq軸電流Iqの比である変換率αについて、以下の(B3)式が成立する。従って、以下の(B4)式、すなわち、上記した(A6)式が成立することになる。 From the equation (B2), the following equation (B3) is established for the conversion rate α which is the ratio of the DC bus current I b and the q-axis current I q . Therefore, the following expression (B4), that is, the above expression (A6) is established.
《変形形態》
上記した設計支援装置10は、各種の変形が可能なものである。例えば,安定性解析処理を、Zo(s)/Zin(s)のナイキスト線図ではなく、Zo(s)及びZin(s)のボード線図を表示する処理に変形しても良い。なお、ボード線図を用いる場合には、Zo(s)/Zin(s)の大きさが1以下または位相が180度以下の位相差であるときに安定とな
ると判定することが出来る。また、安定性解析処理を、ナイキスト線図やボード線図を表示する処理ではなく、ナイキスト線図やボード線図を表すデータ(数値群)を出力する処理に変形しても良い。安定性解析処理を、そのような処理に変形する場合には、安定性解析処理に、安定であるか否かを判定して判定結果を出力する機能を付与しておいても良い。また、設計支援装置10から幾つかの機能を取り除いておいても良いことや、設計支援装置10を、ネットワークを介して情報を入出力する装置(換言すれば、入力装置11、ディスプレイ12を備えない装置)に変形しても良いことは、当然のことである。
<<Deformation>>
The
《付記1》
インバータ回路(41)と電動機(42)とを含む複数台のサーボ装置にDCバス(35)を介して直流電源(31)から電力が供給されるDC給電システムの設計を支援する設計支援装置(10)において、
前記DC給電システムの前記DCバス(35)及び前記複数台のサーボ装置の構成を示すシステム情報と、前記複数台のサーボ装置のそれぞれの動作パターンを示す動作パターン情報とを取得する取得手段(14)と、
前記DC給電システムを前記複数台のサーボ装置を含む負荷側部(40)と前記負荷側部(40)に電力を供給する電源側部(30)とを接続した接続システムであると見做した場合における前記電源側部(30)の出力インピーダンスZo(s)(sはラプラス演算子)と、前記負荷側部(40)の入力インピーダンスZin(s)であって、前記DCバスを流れる電流値であるバス電流値及び当該バス電流値の、前記電動機のq軸電流への変換率αとの関数でもあるZin(s)とに基づき、前記DC給電システムの安定性に関する情報を出力する出力手段(15)と、
前記取得手段により取得された前記システム情報と各サーボ装置について取得された前記動作パターン情報とに基づき、前記DCバスを介して前記複数台のサーボ装置へ供給される総電流の時間変化パターンを示す時系列電流データを生成し、前記DCバスを流れる電流が、生成した前記時系列電流データの最大値となる場合における前記情報を前記出力手段に出力させ、該情報に基づいて前記動作パターン情報を変更する制御手段(15)と、
を備える設計支援装置(10)。
<<
A design support device for supporting the design of a DC power supply system in which electric power is supplied from a DC power supply (31) to a plurality of servo devices including an inverter circuit (41) and an electric motor (42) via a DC bus (35) ( In 10),
An acquisition unit (14) that acquires system information indicating the configurations of the DC bus (35) and the plurality of servo devices of the DC power supply system, and operation pattern information indicating the respective operation patterns of the plurality of servo devices. )When,
The DC power supply system was regarded as a connection system in which a load side part (40) including the plurality of servo devices and a power supply side part (30) supplying power to the load side part (40) were connected. The output impedance Z o (s) (s is the Laplace operator) of the power supply side (30) and the input impedance Z in (s) of the load side (40) in the case flowing through the DC bus. Outputs information on the stability of the DC power supply system based on a bus current value that is a current value and Z in (s) that is also a function of the conversion rate α of the bus current value to the q-axis current of the electric motor. Output means (15) for
The time change pattern of the total current supplied to the plurality of servo devices via the DC bus is shown based on the system information acquired by the acquisition means and the operation pattern information acquired for each servo device. When the time series current data is generated and the current flowing through the DC bus becomes the maximum value of the generated time series current data, the information is output to the output means, and the operation pattern information is calculated based on the information. Control means (15) for changing,
A design support device (10) provided with.
10 設計支援装置
11 入力装置
12 ディスプレイ
13 本体部
14 UI処理部
15 安定性解析処理部
16 不揮発性記憶部
18 設計支援プログラム
30 電源側部
31 直流電源
40 負荷側部
41 インバータ
42 電動機
43 制御部
10
Claims (6)
前記DC給電システムの前記DCバス及び前記複数台のサーボ装置の構成を示すシステム情報と、前記複数台のサーボ装置のそれぞれの動作パターンを示す動作パターン情報とを取得する取得手段と、
前記DC給電システムを前記複数台のサーボ装置を含む負荷側部と前記負荷側部に電力を供給する電源側部とを接続した接続システムであると見做した場合における前記電源側部の出力インピーダンスZo(s)(sはラプラス演算子)と、前記負荷側部の入力インピーダンスZin(s)であって、前記DCバスを流れる電流値であるバス電流値及び当該バス電流値の、前記電動機のq軸電流への変換率αとの関数でもあるZin(s)とに基づき、前記DC給電システムの安定性に関する情報を出力する出力手段と、
前記取得手段により取得された前記システム情報と各サーボ装置について取得された前記動作パターン情報とに基づき、前記DCバスを介して前記複数台のサーボ装置へ供給される総電流値の時間変化パターンを示す時系列電流データを生成し、前記DCバスを流れる電流値が、生成した前記時系列電流データの最大値となる場合における前記情報を前記出力手段に出力させ、該情報に基づいて前記動作パターン情報を変更する制御手段と、
を備える設計支援装置。 In a design support device for supporting the design of a DC power supply system in which electric power is supplied from a DC power supply to a plurality of servo devices including an inverter circuit and an electric motor by a DC bus,
An acquisition unit that acquires system information indicating a configuration of the DC bus and the plurality of servo devices of the DC power feeding system, and operation pattern information indicating an operation pattern of each of the plurality of servo devices.
Output impedance of the power supply side part when the DC power supply system is regarded as a connection system in which a load side part including the plurality of servo devices and a power supply side part that supplies power to the load side part are connected Z o (s) (s is a Laplace operator) and the input impedance Z in (s) of the load side, the bus current value being the current value flowing through the DC bus and the bus current value, Output means for outputting information on the stability of the DC power supply system based on Z in (s) which is also a function of the conversion rate α of the motor to the q-axis current and
Based on the system information acquired by the acquisition unit and the operation pattern information acquired for each servo device, a time change pattern of the total current value supplied to the plurality of servo devices via the DC bus is calculated. The time series current data shown is generated, and the information when the current value flowing through the DC bus becomes the maximum value of the generated time series current data is output to the output means, and the operation pattern is based on the information. Control means for changing information,
Design support device.
ことを特徴とする請求項1に記載の設計支援装置。 The output means outputs a Nyquist diagram of "Z o (s)/Z in (s)".
The design support apparatus according to claim 1, wherein:
ことを特徴とする請求項1に記載の設計支援装置。 The output means outputs Bode diagrams of Z o (s) and Z in (s),
The design support apparatus according to claim 1, wherein:
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の設計支援装置。
なお、Vb、Ibは、それぞれ、前記DCバスの電圧、電流であり、Rm、Lmは、各サーボ装置内の電動機の抵抗、インダクタンスであり、Kp、Kiは、それぞれ、各サー
ボ装置内の電動機へのq軸電流を電流指令と一致させるために行われるPI制御の比例ゲイン、積分ゲインである。 The output means obtains the input impedance Z in (s) of each servo device from the following equations (1) to (4), and synthesizes the obtained Z in (s) to input the load side input. Find the impedance Z in (s),
The design support apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein:
Note that V b and I b are the voltage and current of the DC bus, R m and L m are the resistance and inductance of the electric motor in each servo device, and K p and Ki are the respective values. It is a proportional gain and an integral gain of PI control performed to match the q-axis current to the electric motor in the servo device with the current command.
前記DC給電システムの前記DCバス及び前記複数台のサーボ装置の構成を示すシステム情報と、前記複数台のサーボ装置のそれぞれの動作パターンを示す動作パターン情報とに基づき、前記DCバスを介して前記複数台のサーボ装置へ供給される総電流の時間変化パターンを示す時系列電流データを生成し、
前記DC給電システムを前記複数台のサーボ装置を含む負荷側部と前記負荷側部に電力を供給する電源側部とを接続した接続システムであると見做した場合における前記電源側部の出力インピーダンスZo(s)(sはラプラス演算子)と、前記負荷側部の入力インピーダンスZin(s)であって、前記DCバスを流れる電流値であるバス電流値及び当該バス電流値の、前記電動機のq軸電流への変換率αとの関数でもあるZin(s)とに基づき、前記DCバスを流れる電流値が、生成された前記時系列電流データの最大値となる場合における前記DC給電システムの安定性に関する情報を出力し、該情報に基づいて前記動作パターン情報を変更する、
設計支援方法。 In a design support method for supporting the design of a DC power supply system in which electric power is supplied from a DC power supply to a plurality of servo devices including an inverter circuit and an electric motor by a DC bus,
Based on the system information indicating the configurations of the DC bus and the plurality of servo devices of the DC power feeding system, and the operation pattern information indicating the respective operation patterns of the plurality of servo devices, the information is transmitted via the DC bus. Generates time-series current data showing the time change pattern of the total current supplied to multiple servo devices,
Output impedance of the power supply side part when the DC power supply system is regarded as a connection system in which a load side part including the plurality of servo devices and a power supply side part that supplies power to the load side part are connected Z o (s) (s is a Laplace operator) and the input impedance Z in (s) of the load side, the bus current value being the current value flowing through the DC bus and the bus current value, Based on Z in (s), which is also a function of the conversion rate α of the motor to the q-axis current, and the value of the current flowing through the DC bus is the maximum value of the generated time series current data, the DC Outputting information on the stability of the power supply system and changing the operation pattern information based on the information,
Design support method.
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