JP2576644B2 - filter - Google Patents

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feedback control
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法彦 畑野
要一 菊川
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【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明はモータの制御装置の速度フィードバック制御
ループに挿入され、モータの機械共振によって速度フィ
ードバック制御ループに生じる共振特性を抑制するフィ
ルタの改良に関するものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an improvement in a filter that is inserted into a speed feedback control loop of a motor control device and suppresses resonance characteristics generated in the speed feedback control loop due to mechanical resonance of the motor. Things.

<従来の技術> ダイレクト・ドライブ・モータ(以下、DDモータとす
る)は、減速機を介さないで負荷に直接結合されている
ため、負荷の機械共振の影響を受けやすい。例えば、D
モータで駆動するスカラロボットでは、ロボットアーム
の構造が原因となって、例えば200〜1000Hzの高周波領
域で発生するQ値の高い機械共振により、モータの速度
フィードバック制御ループが共振特性を有することがあ
る。
<Conventional Technology> A direct drive motor (hereinafter referred to as a DD motor) is directly coupled to a load without a reduction gear, and thus is susceptible to mechanical resonance of the load. For example, D
In a SCARA robot driven by a motor, the speed feedback control loop of the motor may have a resonance characteristic due to a mechanical resonance having a high Q value generated in a high frequency region of, for example, 200 to 1000 Hz due to the structure of the robot arm. .

このような共振特性を抑制するために、速度フィード
バック制御ループに挿入され、このループのゲインを共
振特性を抑制したものにするフィルタがある。
In order to suppress such resonance characteristics, there is a filter that is inserted into a speed feedback control loop and that makes the gain of the loop a resonance characteristics suppressed.

<発明が解決しようとする課題> 従来は、このようなフィルタには、Q値の高い機械共
振を効果的に除去できるフィルタは未だ実現されていな
かった。
<Problem to be Solved by the Invention> Conventionally, a filter capable of effectively removing mechanical resonance having a high Q value has not yet been realized in such a filter.

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、
機械共振の共振周波数に合わせて特性が設定され、Q値
の高い共振を有効に除去できるフィルタを実現すること
を目的とする。
The present invention has been made in view of such a point,
It is an object of the present invention to realize a filter whose characteristics are set in accordance with the resonance frequency of mechanical resonance and which can effectively remove resonance having a high Q value.

<課題を解決するための手段> 本発明は、 モータの制御装置の速度フィードバック制御ループに
挿入され、モータの機械共振によりこの速度フィードバ
ック制御ループに生じる共振特性を抑制するフィルタに
おいて、 ゲインが可変なスイッチトキャパシタ積分器と、この
積分器の出力を1/Q倍して(Qは定数)入力段に帰還す
る係数器を有し、伝達関数が次式で与えられ、共振点の
数に応じた段数だけ接続されたノッチフィルタと、 ω11/2π=(モータの機械共振周波数)となるよう
に設定される角速度 s:ラプラス演算子 前記ノッチフィルタと直列に接続されていて伝達関数
が次式で与えられる1次遅れフィルタと、 ω≠ω4≪ω1≪ω を具備したことを特徴とするフィルタである。
<Means for Solving the Problems> The present invention is directed to a filter which is inserted into a speed feedback control loop of a motor control device and suppresses a resonance characteristic generated in the speed feedback control loop due to mechanical resonance of the motor. It has a switched capacitor integrator and a coefficient unit that multiplies the output of this integrator by 1 / Q (Q is a constant) and feeds it back to the input stage. The transfer function is given by Notch filters connected by the number of stages, ω 1 : ω 1 / 2π = (mechanical resonance frequency of the motor) Angular velocity set s: Laplace operator First-order lag filter connected in series with the notch filter and having a transfer function given by the following equation When, A filter characterized by having ω 3 ≠ ω 4 , ω 3 ≪ω 1 , ω 4フ ィ ル タ ω 1 .

<作用> このような本発明では、直列接続した1次遅れフィル
タとノッチフィルタの特性を用いて機械共振により速度
フィードバック制御ループに生じる共振特性を抑制す
る。
<Operation> In the present invention, the resonance characteristics generated in the speed feedback control loop due to the mechanical resonance are suppressed by using the characteristics of the first-order lag filter and the notch filter connected in series.

<実施例> 以下、図面を用いて本発明を説明する。Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は本発明の一実施例の構成図である。 FIG. 1 is a configuration diagram of one embodiment of the present invention.

このフィルタは、ゲインの共振点が2つある速度フィ
ードバック制御ループに挿入されるフィルタである。
This filter is a filter inserted into a speed feedback control loop having two gain resonance points.

図で、10は入力Viを例えば20〜200Hzの周波数帯域で1
0dB程度だけ減衰させる1次遅れフィルタである。この
フィルタの伝達機関は次式で与えられる。
In the figure, reference numeral 10 denotes the input Vi in the frequency band of 20 to 200 Hz, for example.
This is a first-order lag filter that attenuates by about 0 dB. The transmission of this filter is given by:

{1+(s/ω)}/{1+(s/ω)} s:ラプラス演算子 ここで、ωとωは角速度であり、ω≠ωであ
る。
{1+ (s / ω 4 )} / {1+ (s / ω 3 )} s: Laplace operator Here, ω 3 and ω 4 are angular velocities, and ω 3 ≠ ω 4 .

20と30はノッチフィルタであり、直列に2段接続され
ている。
Notch filters 20 and 30 are connected in two stages in series.

ノッチフィルタ20で、21は減算器、22,23はスイッチ
トキャパシタ積分器、24は係数器である。
In the notch filter 20, 21 is a subtractor, 22 and 23 are switched capacitor integrators, and 24 is a coefficient unit.

減衰器21は、1次遅れフィルタ10の出力と係数器24の
出力が位相反転されて与えられる。
The output of the first-order lag filter 10 and the output of the coefficient unit 24 are inverted and given to the attenuator 21.

スイッチトキャパシタ積分器22は、減算器21の出力と
積分器23の出力の差信号を積分する。
The switched capacitor integrator 22 integrates a difference signal between the output of the subtractor 21 and the output of the integrator 23.

スイッチトキャパシタ積分器23は積分器22の出力信号
を積分する。
The switched capacitor integrator 23 integrates the output signal of the integrator 22.

これらの積分器22,23の伝達関数はω1/sで与えられ
る。ωは角速度で、ω1/2πがフィードバック制御ル
ープのゲインの第1の共振周波数になるようにクロック
発生器40からのクロックCLK1により設定される。
The transfer function of these integrators 22 and 23 is given by ω 1 / s. ω 1 is an angular velocity, which is set by the clock CLK 1 from the clock generator 40 so that ω 1 / 2π is the first resonance frequency of the gain of the feedback control loop.

係数器24は積分器22の出力に係数1/Q1を掛けて減算器
21に負帰還する。Q1は第1の共振点のQの値を抑制する
値に設定されている。
Coefficient multipliers 24 subtractor is multiplied by the coefficient 1 / Q 1 at the output of the integrator 22
Negative feedback to 21. Q 1 is set to suppress value the value of Q of the first resonance point.

ノッチフィルタ30も、ノッチフィルタ20と同様な構成
になっていて、減算器31、スイッチトキャパシタ積分器
32,33、係数器34からなる。
The notch filter 30 has the same configuration as that of the notch filter 20, and includes a subtractor 31, a switched capacitor integrator.
32 and 33, and a coefficient unit 34.

減算器31は、入力の1つは減算器21の出力になってい
て、出力はフィルタの出力V0になる。
Subtractor 31, one of the inputs is placed in the output of the subtractor 21, the output becomes the output V 0 which filter.

スイッチトキャパシタ積分器32,33のゲインを与える
角速度ωは、ω2/2πが速度フィードバック制御ルー
プのゲインの第2の共振周波数になるようにクロック発
生器40からのクロックCLK2により設定される。
The angular velocity ω 2 giving the gain of the switched capacitor integrators 32 and 33 is set by the clock CLK 2 from the clock generator 40 so that ω 2 / 2π becomes the second resonance frequency of the gain of the velocity feedback control loop.

係数器34の係数を与えるQ2の値は第2の共振点のQの
値を抑制する値に設定されている。
The value of Q 2 giving the coefficient of the coefficient unit 34 is set to suppress value the value of Q of the second resonance point.

第1図に示すフィルタ全体の伝達関数は次式で与えら
れる。
The transfer function of the entire filter shown in FIG. 1 is given by the following equation.

第2図は1次遅れフィルタ10の伝達特性のボード線図
である。
FIG. 2 is a Bode diagram of the transfer characteristic of the first-order lag filter 10.

第3図はノッチフィルタ20と30を直列に接続した部分
の伝達特性のボード線図である。
FIG. 3 is a Bode diagram of a transfer characteristic of a portion where notch filters 20 and 30 are connected in series.

このようなフィルタでは、モータの機械共振により、
速度フィードバック制御ループのゲインに第4図の破線
に示すような共振点が生じた場合に、第1図のフィルタ
を挿入すると、1次遅れフィルタ10の1次遅れ特性と、
ノッチフィルタ20,30のノッチ特性により、共振特性が
抑制され、速度フィードバック制御ループのゲインは図
の実線に示すようになる。
In such a filter, due to the mechanical resonance of the motor,
When a resonance point as shown by a broken line in FIG. 4 occurs in the gain of the speed feedback control loop, if the filter of FIG.
The resonance characteristics are suppressed by the notch characteristics of the notch filters 20 and 30, and the gain of the speed feedback control loop becomes as shown by the solid line in the figure.

第5図は本発明にかかるフィルタを挿入する箇所を示
した図である。
FIG. 5 is a diagram showing a place where a filter according to the present invention is inserted.

この図はDDモータの速度フィードバック制御ループを
構成する各要素のゲインを示したブロック図である。
This figure is a block diagram showing the gain of each element constituting the speed feedback control loop of the DD motor.

図で、VinとVF/VはDDモータの速度指令信号とF/V変
換器で検出した速度フィードバック信号、KDCは指令信
号と速度フィードバック信号の差信号を増幅してモータ
コイルの励磁信号を発生する回路部のゲイン、KTはトル
ク定数、JSはモータのイナーシャ、M(s)は機械共振
特性を有する部分のゲイン、KF/VはF/V変換器のゲイン
である。
In the figure, Vin and VF / V are the speed command signal of the DD motor and the speed feedback signal detected by the F / V converter, and K DC is the signal that amplifies the difference signal between the command signal and the speed feedback signal and excites the motor coil excitation signal. KT is the torque constant, JS is the inertia of the motor, M (s) is the gain of the portion having the mechanical resonance characteristic, and KF / V is the gain of the F / V converter.

フィルタはモータコイルに励磁電流を供給する回路部
とモータ部の間に挿入される。
The filter is inserted between the motor unit and a circuit unit that supplies an exciting current to the motor coil.

なお、実施例ではノッチフィルタが2段設けられた場
合について説明したが、ノッチフィルタの段数は共振点
の数に応じてこれ以外の段数であってもよい。
In the embodiment, the case where two notch filters are provided has been described. However, the number of stages of the notch filter may be any other number according to the number of resonance points.

<効果> 本発明によれば次の効果が得られる。<Effects> According to the present invention, the following effects can be obtained.

ノッチフィルタはスイッチトキャパシタ積分器を用い
ているため、この積分器に与えるクロック周波数を変化
させることによりノッチ周波数を設定できる。つまり、
計測した伝達特性に基づいて、上位コントローラ等で外
部から共振周波数に合わせてノッチ周波数を設定できる
ので調整がしやすい。
Since the notch filter uses a switched capacitor integrator, the notch frequency can be set by changing the clock frequency applied to the integrator. That is,
The notch frequency can be externally set in accordance with the resonance frequency by a host controller or the like based on the measured transfer characteristics, so that adjustment is easy.

ノッチフィルタの係数器の係数値は共振のQ値に応じ
て設定できる。これによって、高いQ値の機械共振の影
響を有効に除去できる。
The coefficient value of the coefficient unit of the notch filter can be set according to the resonance Q value. As a result, the effect of high Q value mechanical resonance can be effectively eliminated.

1次遅れフィルタは位相遅れが小さいため、このフィ
ルタを挿入したことによる位相遅れは小さくてすむ。
Since the first-order lag filter has a small phase lag, the phase lag caused by inserting this filter is small.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の一実施例の構成図、第2図及び第3図
は第1図の1次遅れフィルタとノッチフィルタの伝達特
性のボード線図、第4図は速度フィードバック制御ルー
プのゲインを示した図、第5図は本発明にかかるモータ
を挿入する箇所を示した図である。 10……1次遅れフィルタ、20,30……ノッチフィルタ、2
2,23,32,33……スイッチトキャパシタ積分器、24,34…
…係数器、40……クロック発生器。
1 is a block diagram of an embodiment of the present invention, FIGS. 2 and 3 are Bode diagrams of transfer characteristics of a first-order lag filter and a notch filter of FIG. 1, and FIG. 4 is a diagram of a speed feedback control loop. FIG. 5 is a diagram showing a gain, and FIG. 5 is a diagram showing a place where a motor according to the present invention is inserted. 10 ... first-order lag filter, 20,30 ... notch filter, 2
2,23,32,33 …… Switched capacitor integrator, 24,34…
... coefficient unit, 40 ... clock generator.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】モータの制御装置の速度フィードバック制
御ループに挿入され、モータの機械共振によりこの速度
フィードバック制御ループに生じる共振特性を抑制する
フィルタにおいて、 外部からゲインが可変なスイッチトキャパシタ積分器
と、この積分器の出力を1/Q倍して(Qは定数)入力段
に帰還する係数器を有し、伝達関数が次式で与えられ、
共振点の数に応じた段数だけ接続されたノッチフィルタ
と、 ω11/2π=(モータの機械共振周波数)となるよう
に設定される角速度 s:ラプラス演算子 前記ノッチフィルタと直列に接続されていて伝達関数が
次式で与えられる1次遅れフィルタと、 ω≠ω4≪ω1≪ω を具備したことを特徴とするフィルタ。
A filter inserted into a speed feedback control loop of a control device of a motor to suppress resonance characteristics generated in the speed feedback control loop due to mechanical resonance of the motor, comprising: a switched capacitor integrator having a variable gain from outside; The output of the integrator is multiplied by 1 / Q (Q is a constant) and has a coefficient unit that feeds back to the input stage. The transfer function is given by the following equation.
A notch filter connected by the number of stages corresponding to the number of resonance points, ω 1 : ω 1 / 2π = (mechanical resonance frequency of the motor) Angular velocity set s: Laplace operator First-order lag filter connected in series with the notch filter and having a transfer function given by the following equation When, A filter comprising: ω 3 ≠ ω 4 , ω 3 ≪ω 1 , ω 4 ≪ω 1 .
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