JP2958600B2 - モータ制御装置 - Google Patents
モータ制御装置Info
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- JP2958600B2 JP2958600B2 JP5154895A JP15489593A JP2958600B2 JP 2958600 B2 JP2958600 B2 JP 2958600B2 JP 5154895 A JP5154895 A JP 5154895A JP 15489593 A JP15489593 A JP 15489593A JP 2958600 B2 JP2958600 B2 JP 2958600B2
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Description
特に、軸ねじり振動特性を有する機械負荷が接続された
モータの駆動を制御するに好適なモータ制御装置に関す
る。
荷が接続されたモータを駆動するに際しては、モータの
回転軸に連結軸を介して接続された機械負荷を主要素と
する機械系の軸ねじり振動を抑制し、機械負荷の速度を
速度指令値に追従させて応答良く制御することが行なわ
れている。例えば、軸ねじり振動特性を有するモータド
ライブ系の速度制御として、特開昭60−177906
号公報に記載されているように、モータ速度や機械負荷
速度あるいは軸ねじりトルクなどの検出値または推定値
を用い、機械系の振動を抑制するようにモータ電流指令
値を補償する方法が知られている。このような方法でモ
ータの速度制御を補償すると、速度指令値に追従して機
械負荷速度を制御することができると共に、加減速時や
負荷外乱で励起される機械系の振動を抑制することがで
きる。
令値に対する応答特性や振動の抑制特性は、各補償ゲイ
ンによって決定されるようになっているため、閉ループ
制御系の補償ゲインを大きくすることで、振動抑制特性
を維持した状態で指令値に対する応答特性を向上させる
ことができる。
領域のゲインも大きくなるため、速度検出器の位相遅れ
やノイズの影響で制御系が不安定に成り易い。一方、閉
ループ系のゲインを大きくすることなく、速度指令値の
ステップ変化に対する速度の立ち上がりを向上させるに
は、閉ループ制御系のダンピング特性を小さくすれば良
いことになる。すなわち振動抑制制御系では、モータと
機械負荷との軸ねじり速度の補償ゲインを変化させるこ
とで、閉ループ系のダンピング特性を変化させることが
できる。これにより、速度指令値の変化に対して機械負
荷速度を短かい立ち上がり時間で応答させることができ
る。しかし、ダンピング特性を小さくすると速度のオー
バーシュートが増加し、機械負荷速度の整定時間が増加
し、良好な速度制御特性が得られない。
ートを増加させることなく、速度指令値に対し機械負荷
の速度を短い立ち上がり時間で応答させることができる
モータ制御装置を提供することにある。
に、本発明は、第1の装置として、軸ねじり振動特性を
有する機械負荷が接続されたモータのトルク電流を検出
するトルク電流検出手段と、前記モータの回転速度を検
出するモータ速度検出手段と、前記機械負荷の速度を検
出する機械負荷速度検出手段と、前記機械負荷速度検出
手段の検出速度と前記モータ速度検出手段の検出速度と
の偏差を算出する速度偏差算出手段と、この速度偏差算
出手段の算出値に応じたねじり振動補償値を生成するね
じり振動補償値生成手段と、速度指令値と前記機械負荷
速度検出手段の検出速度との誤差を算出する速度誤差算
出手段と、前記ねじり振動補償値生成手段の生成による
ねじり振動補償値を前記速度誤差算出手段の算出値に応
じて補正するねじり振動補償値補正手段と、前記速度誤
差算出手段の算出値を零に抑制するための速度誤差補償
値を生成する速度誤差補償値生成手段と、この速度誤差
補償値生成手段の生成による速度誤差補償値を前記ねじ
り振動補償値生成手段の生成値で補正してトルク電流指
令値を生成するトルク電流指令値生成手段と、このトル
ク電流指令値生成手段により生成されたトルク電流指令
値と前記トルク電流検出手段の検出出力との偏差に応じ
て前記モータを駆動するモータ駆動手段とを備えている
モータ制御装置を構成したものである。
する機械負荷が接続されたモータのトルク電流を検出す
るトルク電流検出手段と、前記モータの回転速度を検出
するモータ速度検出手段と、前記機械負荷を主要素とす
る機械系の振動状態を前記トルク電流検出手段の検出電
流と前記モータ速度検出手段の検出速度とから推定する
状態推定手段と、この状態推定手段の推定値から前記機
械負荷の速度を推定する機械負荷速度推定手段と、前記
機械負荷速度推定手段の推定による機械負荷速度推定値
と前記モータ速度検出手段の検出速度との偏差を算出す
る速度偏差算出手段と、この速度偏差算出手段の算出値
に応じたねじり振動補償値を生成するねじり振動補償値
生成手段と、速度指令値と前記機械負荷速度推定手段の
推定値との誤差を算出する速度誤差算出手段と、前記ね
じり振動補償値生成手段の生成によるねじり振動補償値
を前記速度誤差算出手段の算出値に応じて補正するねじ
り振動補償値補正手段と、前記速度誤差算出手段の算出
値を零に抑制するための速度誤差補償値を生成する速度
誤差補償値生成手段と、この速度誤差補償値生成手段の
生成による速度誤差補償値を前記ねじり振動補償値生成
手段の生成値で補正してトルク電流指令値を生成するト
ルク電流指令値生成手段と、このトルク電流指令値生成
手段により生成されたトルク電流指令値と前記トルク電
流検出手段の検出出力との偏差に応じて前記モータを駆
動するモータ駆動手段とを備えているモータ制御装置を
構成したものである。
する機械負荷が接続されたモータのトルク電流を検出す
るトルク電流検出手段と、前記モータの回転速度を検出
するモータ速度検出手段と、前記機械負荷を主要素とす
る機械系の振動状態を前記トルク電流検出手段の検出電
流と前記モータ速度検出手段の検出速度とから推定する
状態推定手段と、この状態推定手段の推定値から前記機
械負荷の速度を推定する機械負荷速度推定手段と、前記
状態推定手段の推定値から前記機械負荷の負荷トルクを
推定する負荷トルク推定手段と、前記状態推定手段の推
定値から軸ねじりトルクを推定する軸ねじりトルク推定
手段と、前記負荷トルク推定手段の推定値から負荷トル
ク補償値を生成する負荷トルク補償値生成手段と、前記
軸ねじりトルク推定手段の推定値から軸ねじりトルク補
償値を生成する軸ねじりトルク補償値生成手段と、前記
機械負荷速度推定手段の推定による機械負荷速度推定値
と前記モータ速度検出手段の検出速度との偏差を算出す
る速度偏差算出手段と、この速度偏差算出手段の算出値
に応じたねじり振動補償値を生成するねじり振動補償値
生成手段と、速度指令値と前記機械負荷速度推定手段の
推定値との誤差を算出する速度誤差算出手段と、前記ね
じり振動補償値生成手段の生成によるねじり振動補償値
を前記速度誤差算出手段の算出値に応じて補正するねじ
り振動補償値 補正手段と、前記速度誤差算出手段の算出
値を零に抑制するための速度誤差補償値を生成する速度
誤差補償値生成手段と、この速度誤差補償値生成手段の
生成による速度誤差補償値を前記ねじり振動補償値生成
手段と前記負荷トルク補償値生成手段及び前記軸ねじり
トルク補償値生成手段の各生成値で補正してトルク電流
指令値を生成するトルク電流指令値生成手段と、このト
ルク電流指令値生成手段により生成されたトルク電流指
令値と前記トルク電流検出手段の検出出力との偏差に応
じて前記モータを駆動するモータ駆動手段とを備えてい
るモータ制御装置を構成したものである。
する機械負荷が接続されたモータのトルク電流を検出す
るトルク電流検出手段と、前記モータの回転速度を検出
するモータ速度検出手段と、前記機械負荷を主要素とす
る機械系の振動状態を前記トルク電流検出手段の検出電
流と前記モータ速度検出手段の検出速度とから推定する
状態推定手段と、この状態推定手段の推定値から前記機
械負荷の速度を推定する機械負荷速度推定手段と、前記
機械負荷速度推定手段の推定による機械負荷速度推定値
と前記モータ速度検出手段の検出速度との偏差を算出す
る速度偏差算出手段と、この速度偏差算出手段の算出値
に応じたねじり振動補償値を生成するねじり振動補償値
生成手段と、速度指令値と前記モータ速度検出手段の検
出速度との誤差を算出する速度誤差算出手段と、前記ね
じり振動補償値生成手段の生成によるねじり振動補償値
を前記速度誤差算出手段の算出値に応じて補正するねじ
り振動補償値補正手段と、前記速度誤差算出手段の算出
値を零に抑制するための速度誤差補償値を生成する速度
誤差補償値生成手段と、この速度誤差補償値生成手段の
生成による速度誤差補償値を前記ねじり振動補償値生成
手段の生成値で補正してトルク電流指令値を生成するト
ルク電流指令値生成手段と、このトルク電流指令値生成
手段により生成されたトルク電流指令値と前記トルク電
流検出手段の検出出力との偏差に応じて前記モータを駆
動するモータ駆動手段とを備えているモータ制御装置を
構成したものである。
する機械負荷が接続されたモータの トルク電流を検出す
るトルク電流検出手段と、前記モータの回転速度を検出
するモータ速度検出手段と、前記機械負荷を主要素とす
る機械系の振動状態を前記トルク電流検出手段の検出電
流と前記モータ速度検出手段の検出速度とから推定する
状態推定手段と、この状態推定手段の推定値から前記機
械負荷の速度を推定する機械負荷速度推定手段と、前記
状態推定手段の推定値から前記機械負荷の負荷トルクを
推定する負荷トルク推定手段と、前記状態推定手段の推
定値から軸ねじりトルクを推定する軸ねじりトルク推定
手段と、前記負荷トルク推定手段の推定値から負荷トル
ク補償値を生成する負荷トルク補償値生成手段と、前記
軸ねじりトルク推定手段の推定値から軸ねじりトルク補
償値を生成する軸ねじりトルク補償値生成手段と、前記
機械負荷速度推定手段の推定による機械負荷速度推定値
と前記モータ速度検出手段の検出速度との偏差を算出す
る速度偏差算出手段と、この速度偏差算出手段の算出値
に応じたねじり振動補償値を生成するねじり振動補償値
生成手段と、速度指令値と前記モータ速度検出手段の検
出速度との誤差を算出する速度誤差算出手段と、前記ね
じり振動補償値生成手段の生成によるねじり振動補償値
を前記速度誤差算出手段の算出値に応じて補正するねじ
り振動補償値補正手段と、前記速度誤差算出手段の算出
値を零に抑制するための速度誤差補償値を生成する速度
誤差補償値生成手段と、この速度誤差補償値生成手段の
生成による速度誤差補償値を前記ねじり振動補償値生成
手段と前記負荷トルク補償値生成手段及び前記軸ねじり
トルク補償値生成手段の各生成値で補正してトルク電流
指令値を生成するトルク電流指令値生成手段と、このト
ルク電流指令値生成手段により生成されたトルク電流指
令値と前記トルク電流検出手段の検出出力との偏差に応
じて前記モータを駆動するモータ駆動手段とを備えてい
るモータ制御装置を構成したものである。
する機械負荷が接続されたモータのトルク電流を検出す
るトルク電流検出手段と、前記モータの回転速度を検出
するモータ速度検出手段と、前記機械負荷を主要素とす
る機械系の振動状態を前記トルク電流検出手段の検出電
流と前記モータ速度検出手段の検出速度とから推定する
状態推定手段と、この状態推定手段の推定値から前記機
械負荷の速度を推定す る機械負荷速度推定手段と、前記
機械負荷速度推定手段の推定による機械負荷速度推定値
を基にねじり振動補償値を生成するねじり振動補償値生
成手段と、速度指令値と前記モータ速度検出手段の検出
速度との誤差を算出する速度誤差算出手段と、前記速度
誤差算出手段の算出値を零に抑制するための速度誤差補
償値を生成する速度誤差補償値生成手段と、前記ねじり
振動補償値生成手段の生成によるねじり振動補償値及び
前記速度誤差補償値生成手段の生成による速度誤差補償
値を前記速度誤差算出手段の算出値に応じて補正するね
じり振動補償値補正手段と、前記速度誤差補償値生成手
段の生成による速度誤差補償値を前記ねじり振動補償値
生成手段の生成値で補正してトルク電流指令値を生成す
るトルク電流指令値生成手段と、このトルク電流指令値
生成手段により生成されたトルク電流指令値と前記トル
ク電流検出手段の検出出力との偏差に応じて前記モータ
を駆動するモータ駆動手段とを備えているモータ制御装
置を構成したものである。
する機械負荷が接続されたモータのトルク電流を検出す
るトルク電流検出手段と、前記モータの回転速度を検出
するモータ速度検出手段と、前記機械負荷を主要素とす
る機械系の振動状態を前記トルク電流検出手段の検出電
流と前記モータ速度検出手段の検出速度とから推定する
状態推定手段と、この状態推定手段の推定値から前記機
械負荷の速度を推定する機械負荷速度推定手段と、前記
機械負荷速度推定手段の推定による機械負荷速度推定値
と前記モータ速度検出手段の検出速度との偏差を算出す
る速度偏差算出手段と、この速度偏差算出手段の算出値
に応じたねじり振動補償値を生成するねじり振動補償値
生成手段と、速度指令値と前記機械負荷速度推定手段の
推定値との誤差を算出する速度誤差算出手段と、前記ね
じり振動補償値生成手段の生成によるねじり振動補償値
を前記速度誤差算出手段の算出値に応じて補正するねじ
り振動補償値補正手段と、前記速度誤差算出手段の算出
値を零に抑制するための速度誤差補償値を生成する速度
誤差補償値生成手段と、前記速度誤差算出手段の算出値
を積分する積分手段と、前記速度誤差補償値生成手段の
生成による速度誤差補償値に前記積分手段の積分値を加
算する加算手段と、前記積分手段の積分値が加算された
速度誤差補償値を前記ねじり振動補償値生成手段の生成
値で補正して トルク電流指令値を生成するトルク電流指
令値生成手段と、このトルク電流指令値生成手段により
生成されたトルク電流指令値と前記トルク電流検出手段
の検出出力との偏差に応じて前記モータを駆動するモー
タ駆動手段とを備えているモータ制御装置を構成したも
のである。
ータが駆動されると、モータの速度が検出されると共
に、モータのトルク電流が検出される。このときモータ
に接続された機械負荷の速度を検出する機械負荷速度検
出手段が設けられてないときには、モータの速度とモー
タのトルク電流に従って機械負荷速度と負荷トルク及び
軸ねじりトルクが推定される。一方機械負荷に速度検出
手段が設けられているときには、機械負荷の実際の速度
が検出される。そしてモータ速度、機械負荷速度、負荷
トルク推定値、軸ねじりトルク推定値、機械負荷速度推
定値を基にねじり振動補償値、加速度補償値、負荷トル
ク補償値、軸ねじりトルク補償値が生成される。更に速
度指令値と機械負荷速度推定値との差、速度指令値とモ
ータ速度の差あるいは速度指令値と機械負荷速度との差
を基に速度誤差が生成される。この速度誤差を基にねじ
り振動補償値が補正されると共に速度誤差補償値が生成
される。速度誤差補償値が、補正されたねじり振動補償
値によって補正されると、この速度誤差補償値は加速度
補償値、負荷トルク補償値あるいは軸ねじりトルク補償
値によって補正されトルク電流指令値に変換される。ト
ルク電流指令値が生成されるとトルク電流検出値との偏
差に応じてモータが駆動される。
ねじり振動補償値は速度誤差の大きさに応じて補正され
る。すなわちモータ速度と機械負荷速度との速度差への
補償ゲインを可変とすることで、軸振動抑制制御系のダ
ンピング特性を可変とするように補正される。ここで、
速度誤差に対する関数を単調関数で近似して軸ねじり補
償値のゲインを設定すると、速度誤差が大きいときは小
さいダンピング特性で、速度誤差が小さいときは大きい
ダンピング特性でモータの速度が制御される。これによ
り、速度誤差が大きいときは短かい立ち上がり特性でモ
ータが加速される。一方、速度誤差が小さくなり、機械
負荷速度が速度指令値に近づいたときには、ダンピング
特性を大きくしてオーバーシュートの少ない整定を達成
することができる。
明する。
結軸2を介して、軸ねじり振動特性を有する機械負荷3
に連結されており、モータ1の駆動トルクが連結軸2を
介して機械負荷3に伝達されている。そしてモータ1の
駆動を制御するためにモータ制御装置が以下のように構
成されている。
12、加算器14、電流制御器16、パワー変換器1
8、電流検出器20、関数発生器22、係数乗算器2
4,26、加算器28、状態推定器30、速度検出器3
2、加算器34を備えて構成されている。このモータ制
御装置は、速度指令値ωrと機械負荷速度との速度誤差
ε、モータ速度ωmと機械負荷速度(機械負荷速度推定
値ωle)との速度偏差、機械負荷速度の変化率を基に
トルク電流指令値を生成し、トルク電流指令値と検出さ
れたトルク電流との偏差に応じてモータ1の駆動を制御
するように構成されている。
検出され、この検出電流のうちトルク電流成分Itが電
流制御器16と状態推定器30に入力されている。また
モータ1の回転速度は速度検出器32によって検出さ
れ、検出されたモータ速度ωmが状態推定器30と加算
器34に入力されている。すなわち電流検出器20はト
ルク電流検出手段として構成され、速度検出器32はモ
ータ速度検出手段として構成されている。
よるトルク電流成分Itと速度検出器32の検出による
モータ速度ωmを入力し、入力した情報を基に後述する
ような演算式に従って機械負荷3を主要素とする機械系
の振動状態を推定し、この推定値に基づいて負荷トルク
推定値τde、軸ねじりトルク推定値τse、機械負荷
速度推定値ωleを算出するように構成されている。す
なわち状態推定器30は状態推定手段、機械負荷速度推
定手段、負荷トルク推定手段及び軸ねじりトルク推定手
段を構成するようになっている。負荷トルク推定値τd
eと軸ねじりトルク推定値τseはそれぞれ加算器28
に入力され、加算器28によって加速度推定値αleが
算出されるようになっている。すなわち加算器28は機
械負荷加速度推定手段として構成されている。そして加
算器28の算出による加速度推定値αleは係数乗算器
26に入力され、機械負荷3の加速度を補償するための
補償ゲインk2と乗算され、加速度補償値が生成される
ようになっている。すなわち係数乗算器26は加速度補
償値生成手段として構成されており、この加速度補償値
が加算器14に入力されている。
10に入力されており、加算器10からは、速度指令値
ωrと機械負荷速度推定値ωleとの偏差に応じた速度
誤差εの信号が出力され、速度誤差εの信号が係数乗算
器12と関数発生器22に入力されている。すなわち加
算器10は速度誤差算出手段として構成されている。係
数乗算器12は速度誤差εに補償ゲインk1を乗算して
速度誤差εを零に抑制するための速度誤差補償値を生成
する速度誤差補償値生成手段として構成されており、速
度誤差補償値が加算器14に入力されている。関数発生
器22は速度誤差εに応じてねじり振動補償値を補正す
るための補正値を係数乗算器24へ出力するねじり振動
補償値補正手段として構成されている。
荷速度推定値ωleとを加算して速度偏差を算出し、こ
の速度偏差を係数乗算器24へ出力する速度偏差算出手
段として構成されている。この係数乗算器24は加算器
34で算出された速度偏差にねじり振動を抑制するため
の補償ゲインk3を乗算してねじり振動補償値を生成す
るねじり振動補償値生成手段として構成されている。そ
して係数乗算器24で生成されたねじり振動補償値は関
数発生器22から出力される補正値に従って補正される
ようになっている。係数乗算器24の出力が係数乗算器
26の出力と共に加算器14に入力されると、係数乗算
器12から入力された速度誤差補償値が係数乗算器24
からのねじり振動補償値と係数乗算器26からの加速度
補償値によって補正され、トルク電流指令値Irが生成
される。すなわち加算器14はトルク電流指令値生成手
段として構成されている。このトルク電流指令値Irが
電流制御器16に入力されると、電流制御器16から
は、トルク電流指令値Irとトルク電流成分Itとの差
に応じた制御信号が出力され、この制御信号に従ってパ
ワー変換器18の変換出力が制御され、モータ1の駆動
トルクが制御されることになる。すなわち電流制御器1
6、パワー変換器18はモータ駆動手段として構成され
ている。
4のねじり振動補償値を補正するに際しては、関数発生
器22では、速度誤差εが大きいときには補償ゲインk
3を小さくし、速度誤差εが小さくなったときには補償
ゲインk3を大きくするような補正値を生成するように
なっている。
ループ速度制御系の応答特性が最適となるように決定さ
れている。この特性を決定するために、モータ1による
機械負荷駆動系の特性を図2に示すような2質量系の振
動モデルでモデル化すると、この振動モデルは図3に示
すようなブロック線図で表わされる。
タ1と、慣性モーメントG2の機械負荷3とが軸ねじり
合成Kf、粘性係数cfの連結軸2を介して連結されて
いる。また図3において、Itはモータ1トルク電流、
τmはモータ1の駆動トルク、ωmはモータ速度、τs
は軸ねじりトルク、τdは負荷トルク、ω1は機械負荷
速度をそれぞれ示す。またG1,G2、Kf、cfは2
質量系振動モデルの定数を表わすパラメータであり、K
tはモータ1のトルク定数を示す。
流Itに対する機械負荷速度ω1の伝達特性は次式で表
わされる。
た。tは時間でd/dtで微分を表わす。このとき、ω
mは軸ねじり振動の共振角周波数であり、この周波数は
次式で与えられる。
指令値ωrがステップ状に変化したとき演算される電流
指令値Irは次式で与えられる。
式の関係が成り立つ。
3式でωle=ω1、τse=τs、τde=τdとみ
なし、これに数4式の関係を代入すると、次式が得られ
る。
て速度を制御することにより、等価的に機械負荷速度ω
l、その微分d(ωl)/dt及び2段微分d2(ω
l)/dt2をフィードバックした速度制御系を構成す
ることができる。
に比らべて充分高く設定できるので、Ir=Itと置
き、これを数1式に代入すると、速度のステップ変化時
の速度誤差εの特性は次式で表わせる。
a2,a1,a0はそれぞれ次式で表わせる。
軌跡が次式で表わせる楕円になるように各補償ゲインk
1,k2,k3を決定することで、最適な応答特性を達
成することができる。
zとし、0≧y≧−ylとする。また、yl及びβは応
答特性を与えるためのパラメータである。この条件を満
たす解は、米国、電気学会(AIEE)、トランザクシ
ョン、282頁〜289頁(1956年)に記載されて
いるように、各係数a0,a1,a2を次式のように設
定することで求まる。
係数であり、以下に述べるように定義される。また、応
答の速さを表わすパラメータとして、数8式で与えられ
る速度誤差の軌跡の面積の逆数として、時間Trを次式
により定義する。
係は次式で表わせる。
ータであり、y1、β、Tr、x1が応答特性を指定す
る可調節パラメータである。
(ε)は以下のように演算できる。まず、速度誤差εの
位相平面上の軌跡が数8式に従うときには、その時間応
答は次式で与えられる。
速度指令値のステップ幅により変化する。一方、速度誤
差εの位相平面上の軌跡が数8式に従うための関数h
(ε)は、まず時間tの関数として次式のように求ま
る。
領域で優位な解を与える。従って、0≦t≦Trの範囲
で時間tを変化させたときの速度誤差ε(t)と関数h
(t)の関係を求めることで、関数hは速度誤差εの関
数として求まる。
1,k2,k3は数7と数9式から次のように求まる。
数となるので、εの絶対値│ε│の関数として関数発生
器22の特性を規定した。
3を設定し、また補償ゲインk3を数12、数13式に
示すように速度誤差の関数として変化させることによ
り、速度ステップ変化時の応答特性を最適に制御できる
ことになる。
誤差の絶対値│ε│の関数として、図4の特性Aのよう
に求まる。ここで、εmは速度誤差の絶対値の最大値で
ある。
にはh(│ε│)を小さくし、これによりモータ1と機
械負荷3との速度差の補償ゲインk3を小さくすること
で、閉ループ系のダンピング特性を小さくする。これに
より速い加速を達成することができる。
(│ε│)の値を大きくし、これにより大きい値の補償
ゲインk3で制御することでダンピング特性を大きく
し、整定特性を向上させることができる。なお、h(│
ε│)の特性は、図4の直線Bで示すように単調関数で
近似することができる。このような近似特性を用いて
も、等価的には最適な速度応答特性を達成できる。
定器30は、図3に示す振動モデルのブロック線図から
次のように構成できる。まず、軸ねじり振動を表わす振
動モデルの状態方程式は次式となる。
クトル、uは入力、yは出力変数、A,B,Cは係数行
列であり、それぞれ次式で表わせる。
数行列A,B,Cは次式で与えられる。
化するとして、d/dt(τd)=0と仮定した。
成する。ここで、振動状態を表わす状態変数ωm、τ
s、ωl、τdは互いに関連しながら変化する。そこ
で、It、ωmを入力として、τs、ωl、τdを推定
する最小次元状態推定器を構成し、その推定出力の一つ
とし軸ねじり推定値τseを演算する。この演算値は次
式によって求まる。
数ベクトル、xeは推定される変数τs、ωle、τd
eを表わす変数ベクトル、Krは状態推定の応答を決め
る推定ゲインベクトルである。各変数ベクトルは次式の
要素から構成される。
ωleは機械負荷速度推定値、τdeは機械負荷3に作
用する負荷トルク推定値である。また、Ar,Br,G
rは次式で与えられる係数行列を表わす。
2,B1,B2は、A,Bの係数行列から次式のように
与えられる。
定できるように、最小次元状態推定器の推定ゲインベク
トルKrを調節する。このとき、状態推定器30では、
この最小次元状態推定器に従って演算を実行し、機械系
の振動状態を漸近的に推定する。
ョンを行なったところ、図5に示すような測定結果が得
られた。図5から、速度のオーバーシュートが小さく、
立ち上がりの早い速度応答が達成されることが理解され
る。また軸ねじり振動特性を有する駆動系に対して、機
械負荷速度側の速度を抑制することができる。
補償ゲインk3を速度誤差εの関数として非線形に変化
させることにより、補償ゲインを大きくすることなく、
早い応答とダンピング特性に優れた整定とを共に両立し
た制御を達成することができる。
説明する。本実施例は、図1に示す状態推定器30、加
算器28の代わりに機械負荷3の速度を検出する速度検
出器36を設けると共に、速度検出器36の検出出力を
微分する微分器38を設け、機械負荷3の実際の速度を
基にモータ1の駆動を制御するようにしたものであり、
他の構成は図1のものと同様であるので、同一のものに
は同一符号を付してそれらの説明は省略する。
度ωlを検出する機械負荷速度検出手段として構成され
ており、機械負荷速度ωlが加算器10と微分器38に
入力されている。そして加算器10からは速度指令値ω
rと機械負荷速度ωlとの偏差に応じた速度誤差εが出
力されるようになっている。また微分器38は機械負荷
速度ωlを微分して機械負荷3の加速度を算出する機械
負荷加速度算出手段として構成されており、微分器38
の出力が係数乗算器26に入力されている。すなわち係
数乗算器26は微分器38の出力を基に加速度補償値を
生成するように構成されている。
に、各補償ゲインk1,k2,k3を決定しているた
め、補償ゲインk3を速度誤差εの関数として非線形に
変化させることにより、補償ゲインを大きくすることな
く、早い応答とダンピング特性に優れた整定とを共に両
立した制御を達成することができる。更に本実施例で
は、機械負荷速度と機械負荷加速度を直接検出している
ため、状態推定器30が不要となる。また機械系のパラ
メータ変動があっても、補償ゲインを非線形に変化させ
ることで、最適な速度応答特性を達成することができ
る。
説明する。本実施例は、状態推定器30により推定され
る軸ねじりトルク推定値τseと負荷トルク推定値τd
eとを個別にフィードバックしてトルク電流指令値Ir
を制御する点にある。すなわち、図1に示す加算器2
8、係数演算器26の代わりに、係数演算器40,42
を設け、負荷トルク推定値τdeに補償ゲインk5を乗
算して負荷トルク補償値を生成し、軸ねじりトルク推定
値τseに補償ゲインk4を乗算して軸ねじりトルク補
償値を生成し、各補償値をそれぞれ加算器14に入力す
るようにしている。このように、各補償値を別系統で加
算器14に入力すると、軸ねじりトルク推定値τseを
フィードバックすることで軸ねじり振動を抑制すること
ができ、負荷トルク推定値τdeをフィードバックする
ことで負荷トルクによる速度変動を抑制することができ
る。この振動抑制制御系においても、閉ループ系のダイ
ピング特性は、モータ1と機械負荷3との速度差(ωm
−ωl)に乗算される補償ゲインk3により変化する。
従って、第1実施例と同様に、速度誤差εの関数として
補償ゲインk3を変化させることにより、速度の立ち上
がり特性及び整定特性に優れた振動抑制制御を達成する
ことができる。この場合、関数h(ε)は第1実施例と
同様に、速度誤差εに関する現象関数として決定するこ
とができる。
と独立して負荷トルクの影響を抑制できるので、振動抑
制制御系の速度指令値に対する応答だけでなく、外乱と
して作用する負荷トルク抑制にも優れた速度制御系を構
成することができる。
説明する。本実施例が、図7に示す第3の実施例と異な
るところは、速度誤差εを速度指令値ωrとモータ速度
ωmとの差として演算し、この演算値に基づいてモータ
1を加速するためのトルク電流指令値Irを決定し、ま
たこれを用いて補償ゲインk3を変化させているところ
にある。
て、機械負荷速度と軸ねじりトルクの推定値をフィード
バックすることによって振動を抑制しているので、速度
指令値ωrと機械負荷速度推定値ωleとの速度誤差ε
は、速度指令値ωrとモータ速度ωmの速度誤差とほぼ
一致することになる。従って、この速度誤差εを用いて
補償ゲインk3を可変にすることで、前記実施例と同様
に、速度の立ち上がり特性と整定特性とを最適化するこ
とができる。
を用いて、主な速度制御演算を実行しているので、機械
負荷速度を推定する状態推定器30の推定特性に係わら
ず、安定な振動抑制制御を達成することができる。
説明する。本実施例が、図8に示す第4実施例と異なる
ところは、モータ速度ωmと機械負荷速度ωleとをそ
れぞれ個別にフィードバックして振動を抑制し、それぞ
れの補償ゲインk1′,k3′を速度誤差εの関数とし
て変化させて速度応答を最適化するところにある。すな
わち、係数乗算器12の代わりに、速度誤差εに補償ゲ
インk1′を乗算する係数乗算器44を設けると共に、
係数乗算器24の代わりに、機械負荷速度推定値ωle
に補償ゲインk3′を乗算してねじり振動補償値を生成
する係数乗算器46を設けている。
施例とを比較すると、次式の条件が成り立つように、k
1′,k3′を設定することで、図8に示す実施例と同
じ平ループ特性となる。
差εの関数として変化させる。従って、関数発生器22
により数15式、数23式に従って補償ゲインk1′,
k3′を変更することで、前記実施例と同様に速度応答
を最適化することができる。
度ωmと、機械負荷速度推定値ωle、軸ねじりトルク
推定値τse、負荷トルク推定値τdeを個別にフィー
ドバックする振動制御系において、速度の立ち上がり特
性と制定特性を共に最適化することができる。このた
め、振動抑制のための各補償ゲインk1′,k3′、k
4′,k5′を設計し易いという利点がある。
て説明する。牧実施例が図8に示す第4実施例と異なる
ところは、速度指令値ωrとモータ速度ωmとの速度誤
差εを積分する積分補償器48と、係数乗算器12の出
力に積分補償器48の積分値を加算する加算器50を設
け、加算器50の出力を加算器14に入力し比例積分制
御をした点にある。
補償により、定常的な速度誤差を零に抑制することがで
きると共に、補償ゲインk3を速度誤差εの大きさに応
じて変化させることによって、速度指令値ωrへの立ち
上がり特性と制定特性を最適化した速度制御を達成する
ことができる。
速度指令値とモータ速度あるいは機械負荷速度との速度
誤差に応じてねじり振動補償値を補正し、補正されたね
じり振動補償値に従ってトルク電流指令値を生成するよ
うにしたため、速度制御系の制御ゲインを大きくするこ
となく、振動特性を有する機械系の負荷側の速度を最適
な応答特性で速度制御することができる。従って、速度
指令値に対して早い立ち上がり特性で機械負荷速度を応
答させることができ、またオーバシュートを抑制するこ
とによって良好な制定特性を達成することができる。
る。
る。
る。
る。
る。
る。
ある。
Claims (7)
- 【請求項1】 軸ねじり振動特性を有する機械負荷が接
続されたモータのトルク電流を検出するトルク電流検出
手段と、前記モータの回転速度を検出するモータ速度検
出手段と、前記機械負荷の速度を検出する機械負荷速度
検出手段と、前記機械負荷速度検出手段の検出速度と前
記モータ速度検出手段の検出速度との偏差を算出する速
度偏差算出手段と、この速度偏差算出手段の算出値に応
じたねじり振動補償値を生成するねじり振動補償値生成
手段と、速度指令値と前記機械負荷速度検出手段の検出
速度との誤差を算出する速度誤差算出手段と、前記ねじ
り振動補償値生成手段の生成によるねじり振動補償値を
前記速度誤差算出手段の算出値に応じて補正するねじり
振動補償値補正手段と、前記速度誤差算出手段の算出値
を零に抑制するための速度誤差補償値を生成する速度誤
差補償値生成手段と、この速度誤差補償値生成手段の生
成による速度誤差補償値を前記ねじり振動補償値生成手
段の生成値で補正してトルク電流指令値を生成するトル
ク電流指令値生成手段と、このトルク電流指令値生成手
段により生成されたトルク電流指令値と前記トルク電流
検出手段の検出出力との偏差に応じて前記モータを駆動
するモータ駆動手段とを備えているモータ制御装置。 - 【請求項2】 軸ねじり振動特性を有する機械負荷が接
続されたモータのトルク電流を検出するトルク電流検出
手段と、前記モータの回転速度を検出するモータ速度検
出手段と、前記機械負荷を主要素とする機械系の振動状
態を前記トルク電流検出手段の検出電流と前記モータ速
度検出手段の検出速度とから推定する状態推定手段と、
この状態推定手段の推定値から前記機械負荷の速度を推
定する機械負荷速度推定手段と、前記機械負荷速度推定
手段の推定による機械負荷速度推定値と前記モータ速度
検出手段の検出速度との偏差を算出する速度偏差算出手
段と、この速度偏差算出手段の算出値に応じたねじり振
動補償値を生成するねじり振動補償値生成手段と、速度
指令値と前記機械負荷速度推定手段の推定値との誤差を
算出する速度誤差算出手段と、前記ねじり振動補償値生
成手段の生成によるねじり振動補償値を前記速度誤差算
出手段の算出値に応じて補正するねじり振動補償値補正
手段と、前記速度誤差算出手段の算出値を零に抑制する
ための速度誤差補償値を生成する速度誤差補償値生成手
段と、この速度誤差補償値生成手段の生成による速度誤
差補償値を前記ねじり振動補償値生成手段の生成値で補
正してトルク電流指令値を生成するトルク電流指令値生
成手段と、このトルク電流指令値生成手段により生成さ
れたトルク電流指令値と前記トルク電流検出手段の検出
出力との偏差に応じて前記モータを駆動するモータ駆動
手段とを備えているモータ制御装置。 - 【請求項3】 軸ねじり振動特性を有する機械負荷が接
続されたモータのトルク電流を検出するトルク電流検出
手段と、前記モータの回転速度を検出するモータ速度検
出手段と、前記機械負荷を主要素とする機械系の振動状
態を前記トルク電流検出手段の検出電流と前記モータ速
度検出手段の検出速度とから推定する状態推定手段と、
この状態推定手段の推定値から前記機械負荷の速度を推
定する機械負荷速度推定手段と、前記状態推定手段の推
定値から前記機械負荷の負荷トルクを推定する負荷トル
ク推定手段と、前記状態推定手段の推定値から軸ねじり
トルクを推定する軸ねじりトルク推定手段と、前記負荷
トルク推定手段の推定値から負荷トルク補償値を生成す
る負荷トルク補償値生成手段と、前記軸ねじりトルク推
定手段の推定値から軸ねじりトルク補償値を生成する軸
ねじりトルク補償値生成手段と、前記機械負荷速度推定
手段の推定による機械負荷速度推定値と前記モータ速度
検出手段の検出速度との偏差を算出する速度偏差算出手
段と、この速度偏差算出手段の算出値に応じたねじり振
動補償値を生成するねじり振動補償値生成手段と、速度
指令値と前記機械負荷速度推定手段の推定値との誤差を
算出する速度誤差算出手段と、前記ねじり振動補償値生
成手段の生成によるねじり振動補償値を前記速度誤差算
出手段の算出値に応じて補正するねじり振動補償値補正
手段と、前記速度誤差算出手段の算出値を零に抑制する
ための速度誤差補償値を生成する速度誤差補償値生成手
段と、この速度誤差補償値生成手段の生成による速度誤
差補償値を前記ねじり振動補償値生成手段と前記負荷ト
ルク補償値生成手段及び前記軸ねじりトルク補償値生成
手段の各生成値で補正してトルク電流指令値を生成する
トルク電流指令値生成手段と、このトルク電流指令値生
成手段により生成されたトルク電流指令値と前記トルク
電流検出手段の検出出力との偏差に応じて前記モータを
駆動するモータ駆動手段とを備えているモータ制御装
置。 - 【請求項4】 軸ねじり振動特性を有する機械負荷が接
続されたモータのトルク電流を検出するトルク電流検出
手段と、前記モータの回転速度を検出するモータ速度検
出手段と、前記機械負荷を主要素とする機械系の振動状
態を前記トルク電流検出手段の検出電流と前記モータ速
度検出手段の検出速度とから推定する状態推定手段と、
この状態推定手段の推定値から前記機械負荷の速度を推
定する機械負荷速度推定手段と、前記機械負荷速度推定
手段の推定による機械負荷速度推定値と前記モータ速度
検出手段の検出速度との偏差を算出する速度偏差算出手
段と、この速度偏差算出手段の算出値に応じたねじり振
動補償値を生成するねじり振動補償値生成手段と、速度
指令値と前記モータ速度検出手段の検出速度との誤差を
算出する速度誤差算出手段と、前記ねじり振動補償値生
成手段の生成によるねじり振動補償値を前記速度誤差算
出手段の算出値に応じて補正するねじり振動補償値補正
手段と、前記速度誤差算出手段の算出値を零に抑制する
ための速度誤差補償値を生成する速度誤差補償値生成手
段と、この速度誤差補償値生成手段の生成による速度誤
差補償値を前記ねじり振動補償値生成手段の生成値で補
正してトルク電流指令値を生成するトルク電流指令値生
成手段と、このトルク電流指令値生成手段により生成さ
れたトルク電流指令値と前記トルク電流検出手段の検出
出力との偏差に応じて前記モータを駆動するモータ駆動
手段とを備えているモータ制御装置。 - 【請求項5】 軸ねじり振動特性を有する機械負荷が接
続されたモータのトルク電流を検出するトルク電流検出
手段と、前記モータの回転速度を検出するモータ速度検
出手段と、前記機械負荷を主要素とする機械系の振動状
態を前記トルク電流検出手段の検出電流と前記モータ速
度検出手段の検出速度とから推定する状態推定手段と、
この状態推定手段の推定値から前記機械負荷の速度を推
定する機械負荷速度推定手段と、前記状態推定手段の推
定値から前記機械負荷の負荷トルクを推定する負荷トル
ク推定手段と、前記状態推定手段の推定値から軸ねじり
トルクを推定する軸ねじりトルク推定手段と、前記負荷
トルク推定手段の推定値から負荷トルク補償値を生成す
る負荷トルク補償値生成手段と、前記軸ねじりトルク推
定手段の推定値から軸ねじりトルク補償値を生成する軸
ねじりトルク補償値生成手段と、前記機械負荷速度推定
手段の推定による機械負荷速度推定値と前記モータ速度
検出手段の検出速度との偏差を算出する速度偏差算出手
段と、この速度偏差算出手段の算出値に応じたねじり振
動補償値を生成するねじり振動補償値生成手段と、速度
指令値と前記モータ速度検出手段の検出速度との誤差を
算出する速度誤差算出手段と、前記ねじり振動補償値生
成手段の生成によるねじり振動補償値を前記速度誤差算
出手段の算出値に応じて補正するねじり振動補償値補正
手段と、前記速度誤差算出手段の算出値を零に抑制する
ための速度誤差補償値を生成する速度誤差補償値生成手
段と、この速度誤差補償値生成手段の生成による速度誤
差補償値を前記ねじり振動補償値生成手段と前記負荷ト
ルク補償値生成手段及び前記軸ねじりトルク補償値生成
手段の各生成値で補正してトルク電流指令値を生成する
トルク電流指令値生成手段と、このトルク電流指令値生
成手段により生成されたトルク電流指令値と前記トルク
電流検出手段の検出出力との偏差に応じて前記モータを
駆動するモータ駆動手段とを備えているモータ制御装
置。 - 【請求項6】 軸ねじり振動特性を有する機械負荷が接
続されたモータのトルク電流を検出するトルク電流検出
手段と、前記モータの回転速度を検出するモータ速度検
出手段と、前記機械負荷を主要素とする機械系の振動状
態を前記トルク電流検出手段の検出電流と前記モータ速
度検出手段の検出速度とから推定する状態推定手段と、
この状態推定手段の推定値から前記機械負荷の速度を推
定する機械負荷速度推定手段と、前記機械負荷速度推定
手段の推定による機械負荷速度推定値を基にねじり振動
補償値を生成するねじり振動補償値生成手段と、速度指
令値と前記モータ速度検出手段の検出速度との誤差を算
出する速度誤差算出手段と、前記速度誤差算出手段の算
出値を零に抑制するための速度誤差補償値を生成する速
度誤差補償値生成手段と、前記ねじり振動補償値生成手
段の生成によるねじり振動補償値及び前記速度誤差補償
値生成手段の生成による速度誤差補償値を前記速度誤差
算出手段の算出値に応じて補正するねじり振動補償値補
正手段と、前記速度誤差補償値生成手段の生成による速
度誤差補償値を前記ねじり振動補償値生成手段の生成値
で補正してトルク電流指令値を生成するトルク電流指令
値生成手段と、このトルク電流指令値生成手段により生
成されたトルク電流指令値と前記トルク電流検出手段の
検出出力との偏差に応じて前記モータを駆動するモータ
駆動手段とを備えているモータ制御装置。 - 【請求項7】 軸ねじり振動特性を有する機械負荷が接
続されたモータのトルク電流を検出するトルク電流検出
手段と、前記モータの回転速度を検出するモータ速度検
出手段と、前記機械負荷を主要素とする機械系の振動状
態を前記トルク電流検出手段の検出電流と前記モータ速
度検出手段の検出速度とから推定する状態推定手段と、
この状態推定手段の推定値から前記機械負荷の速度を推
定する機械負荷速度推定手段と、前記機械負荷速度推定
手段の推定による機械負荷速度推定値と前記モータ速度
検出手段の検出速度との偏差を算出する速度偏差算出手
段と、この速度偏差算出手段の算出値に応じたねじり振
動補償値を生成するねじり振動補償値生成手段と、速度
指令値と前記機械負荷速度推定手段の推定値との誤差を
算出する速度誤差算出手段と、前記ねじり振動補償値生
成手段の生成によるねじり振動補償値を前記速度誤差算
出手段の算出値に応じて補正するねじり振動補償値補正
手段と、前記速度誤差算出手段の算出値を零に抑制する
ための速度誤差補償値を生成する速度誤差補償値生成手
段と、前記速度誤差算出手段の算出値を積分する積分手
段と、前記速度誤差補償値生成手段の生成による速度誤
差補償値に前記積分手段の積分値を加算する加算手段
と、前記積分手段の積分値が加算された速度誤差補償値
を前記ねじり振動補償値生成手段の生成値で補正してト
ルク電流指令値を生成するトルク電流指令値生成手段
と、このトルク電流指令値生成手段により生成されたト
ルク電流指令値と前記トルク電流検出手段の検出出力と
の偏差に応じて前記モータを駆動するモータ駆動手段と
を備えているモータ制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5154895A JP2958600B2 (ja) | 1993-06-25 | 1993-06-25 | モータ制御装置 |
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Family Applications (1)
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JP5154895A Expired - Fee Related JP2958600B2 (ja) | 1993-06-25 | 1993-06-25 | モータ制御装置 |
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