JP2997278B2 - Motor control device - Google Patents

Motor control device

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JP2997278B2
JP2997278B2 JP1227801A JP22780189A JP2997278B2 JP 2997278 B2 JP2997278 B2 JP 2997278B2 JP 1227801 A JP1227801 A JP 1227801A JP 22780189 A JP22780189 A JP 22780189A JP 2997278 B2 JP2997278 B2 JP 2997278B2
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茂人 大内
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Fuji Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION 【産業上の利用分野】[Industrial applications]

本発明は、軸を介して負荷と結合された電動機をマイ
ナーループで電気子電流の制御を行いながらメインルー
プで電動機速度の制御を行う電動機の制御装置に関す
る。
The present invention relates to a motor control device that controls a motor speed in a main loop while controlling an armature current of a motor coupled to a load via a shaft.

【従来の技術】[Prior art]

従来、この種の制御装置として、本件出願人によっ
て、軸トルクに比例する信号を入力される遅れ要素を設
け、この遅れ要素の出力と速度調節ループ出力とを加算
したものを電流調節ループの入力として制御を行うこと
により、軸ねじり振動を制御するものが提案されている
(特願昭63−83130号)。
Conventionally, as a control device of this type, the present applicant has provided a delay element to which a signal proportional to the shaft torque is input, and adds the output of the delay element and the output of the speed adjustment loop to the input of the current adjustment loop. A method of controlling shaft torsional vibration by performing control as described above has been proposed (Japanese Patent Application No. 63-83130).

【発明が解決しようとする課題】[Problems to be solved by the invention]

この既提案の制御装置は、ギヤの介在しない軸ねじり
振動の抑制制御を前提としており、ギヤが介在した場合
の軸ねじり振動の抑制制御に対してはその効果が明確で
なかった。 さらに、軸ねじり振動系のパラメータが不明確あるい
は変動するような場合には、速度調節ループの応答を最
適に保つことが出来ないという欠点があった。 そこで、本発明は、制御対象がギヤの介在する非線形
の軸ねじり振動系である場合でもその振動を抑制すると
共に、軸ねじり振動系のパラメータが不明確あるいは変
動するような場合でも新たな調整を行うことなしに速度
調節ループを最適な応答に保つことができる電動機の制
御装置を提供することを課題とする。
The proposed control device is based on the control of suppressing the shaft torsional vibration without a gear, and the effect of the control device on the control of the shaft torsional vibration with a gear is not clear. Furthermore, when the parameters of the torsional vibration system are unclear or fluctuate, the response of the speed adjustment loop cannot be kept optimal. Therefore, the present invention suppresses the vibration even when the control target is a non-linear torsional vibration system with a gear interposed, and performs a new adjustment even when the parameters of the torsional vibration system are unclear or fluctuate. An object of the present invention is to provide a control device for an electric motor that can maintain an optimum response of a speed adjustment loop without performing the operation.

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

このような課題を解決するために、本発明は、電動機
トルクと補償出力との偏差を入力され電動機速度に相当
する信号を出力する規範モデルと、この規範モデルの出
力と速度実際値との差を所定倍して補償出力を発生する
補償ゲイン要素とを備え、規範モデルを、電動機トルク
と補償出力との偏差が与えられる電動機起動時定数要素
と、この電動機起動時定数要素の出力信号が与えられ電
動機速度に相当する信号を出力する遅延演算子とから構
成し、前記補償ゲイン要素から発生された補償出力と前
記速度調節ループにおける速度調節器の出力とを加算し
た加算量を前記電流制御ループに与えることを特徴とす
る。
In order to solve such a problem, the present invention provides a reference model which receives a deviation between a motor torque and a compensation output and outputs a signal corresponding to a motor speed, and a difference between an output of the reference model and an actual speed value. And a compensation gain element for generating a compensation output by multiplying the reference model by a predetermined value.The reference model is provided with a motor start time constant element that gives a deviation between the motor torque and the compensation output, and an output signal of the motor start time constant element. And a delay operator for outputting a signal corresponding to the motor speed, wherein the current control loop calculates an addition amount obtained by adding a compensation output generated from the compensation gain element and an output of the speed regulator in the speed regulation loop. The feature is to give to.

【作 用】[Operation]

本発明によれば、モデルと制御対象の出力の差を所定
倍し、補償出力として制御対象の速度調節ループに加算
することによって、モデルと制御対象が異なる場合でも
モデルが新しい制御対象となるように補償出力が出るた
め、制御対象がギヤの介在した非線系の軸ねじり振動系
である場合にも、その振動を抑制することができる。 さらに、本発明によれば、制御対象のパラメータが不
明確あるいは変動するような場合でも、新たな調整を行
うことなしに速度調節ループを最適な応答に保つことが
できる。 このことを本発明の原理に基づいてさらに詳細に説明
する。 第1図は本発明の原理を説明するための原理図であ
る。この第1図において、51は入力要素、52は制御対
象、53は補償器、531は制御対象に対する規範モデル、5
32は補償ゲインLを有する補償ゲイン要素、533は調節
ゲインKを有する調節ゲイン要素である。 入力要素51が近似的に1とおけると仮定し、また外乱
D(s)=0とする。入力R(s)がU(s)として制
御対象52とモデル53へ与えられると、制御対象52の出力
Y(s)とモデル531の出力W(s)とが発生する。制
御対象52とモデル531とが異なる場合、その出力も異な
るが、偏差を補償ゲイン要素532により所定倍して得ら
れた補償出力C(s)を調節ゲイン要素533によりさら
に所定倍して補償器53の出力とし、入力R(s)へ加算
する。一方、モデル531へ入力されるU(s)の量を調
節するためにU(s)の量から補償出力C(s)を減算
する。このようにすると、入力R(s)と出力Y(s)
の関係は、 となり、L→∞、K=1のとき、 となって、入力R(s)と出力Y(s)の関係は、制御
対象P(s)に無関係にモデルPm(s)となる。一方、
外乱D(s)と出力Y(s)の関係は入力R(s)=0
とおくと、 となり、L→∞、K=1のとき、 となって出力Y(s)は外乱D(s)の影響を受けない
ものとなる。 今、制御対象P(s)が第2図で表わされるとする。
この第2図において、61は負荷を示すブロックであり、
その伝達関係1/STLにおいてsはラプラス演算子、TL
負荷の慣性モーメントに対応する積分器61の積分時間で
ある。63,62は軸を示すブロックであり、62はギヤによ
る不感帯を示し、63は積分器でその出力θがギヤの刃と
刃の間の角度を示す。64は電動機を示すブロックであ
り、Tmは電動機の慣性モーメントに対応する積分器64の
積分時間である。これらのブロック61,62,63,64にて、
ギヤによる非線形要素を含んだ軸ねじり振動系を構成し
ている。また、τは電動機トルク、nmは電動機速度、
τは軸トルク、τは負荷トルク、nLは負荷速度を示
す。 第3図は制御対象に対するモデルであり、Tm′は積分
器65の積分時間である。 このように制御対象P(s)が第2図で表わされ、モ
デルPm(s)が第3図で表わされるとき、(2)式で示
されるように第2図のギヤが介在した軸ねじり振動系は
第3図に示す積分器65で置き換えられる。即ち、制御対
象のパラメータが不明確あるいは変動するような場合で
も新たな調整を行うことなしに速度調節ループを最適な
応答に保つことができ、かつ、振動抑制することができ
る。
According to the present invention, the difference between the output of the model and the control target is multiplied by a predetermined value, and is added to the speed adjustment loop of the control target as a compensation output, so that the model becomes a new control target even when the model and the control target are different. Therefore, even when the controlled object is a non-linear torsional vibration system with a gear interposed, the vibration can be suppressed. Further, according to the present invention, even when a parameter to be controlled is unclear or fluctuates, the speed adjustment loop can be maintained at an optimum response without performing new adjustment. This will be described in more detail based on the principle of the present invention. FIG. 1 is a principle diagram for explaining the principle of the present invention. In FIG. 1, 51 is an input element, 52 is a controlled object, 53 is a compensator, 531 is a reference model for the controlled object, 5
32 is a compensation gain element having a compensation gain L, and 533 is an adjustment gain element having an adjustment gain K. It is assumed that the input element 51 can be approximately set to 1 and that the disturbance D (s) = 0. When the input R (s) is given as U (s) to the control target 52 and the model 53, an output Y (s) of the control target 52 and an output W (s) of the model 531 are generated. When the control target 52 and the model 531 are different, their outputs are also different, but the compensation output C (s) obtained by multiplying the deviation by the compensation gain element 532 by a predetermined factor is further multiplied by the adjustment gain element 533 to obtain a compensator. An output of 53 is added to the input R (s). On the other hand, the compensation output C (s) is subtracted from the amount of U (s) to adjust the amount of U (s) input to the model 531. Thus, the input R (s) and the output Y (s)
The relationship is When L → ∞ and K = 1, Thus, the relationship between the input R (s) and the output Y (s) becomes a model P m (s) regardless of the control target P (s). on the other hand,
The relationship between the disturbance D (s) and the output Y (s) is as follows: input R (s) = 0.
After all, When L → ∞ and K = 1, Thus, the output Y (s) is not affected by the disturbance D (s). Now, assume that the control target P (s) is represented in FIG.
In FIG. 2, reference numeral 61 denotes a block indicating a load,
S is Laplace operator in its transfer relationship 1 / S T L, T L is the integration time of the integrator 61 corresponding to the moment of inertia of the load. Reference numerals 63 and 62 denote blocks indicating axes, 62 denotes a dead zone formed by gears, and 63 denotes an integrator whose output θ indicates the angle between the blades of the gear. 64 is a block showing the motor, and Tm is the integration time of the integrator 64 corresponding to the moment of inertia of the motor. In these blocks 61,62,63,64,
It constitutes a shaft torsional vibration system including non-linear elements due to gears. Also, τ M is the motor torque, nm is the motor speed,
τ c indicates shaft torque, τ L indicates load torque, and n L indicates load speed. FIG. 3 shows a model for the controlled object, where T m ′ is the integration time of the integrator 65. Thus, when the control object P (s) is represented in FIG. 2 and the model P m (s) is represented in FIG. 3, the gear of FIG. 2 is interposed as shown in equation (2). The shaft torsional vibration system is replaced by an integrator 65 shown in FIG. That is, even when the parameter to be controlled is unclear or fluctuates, the speed adjustment loop can be maintained at an optimum response without performing new adjustment, and vibration can be suppressed.

【実施例】【Example】

次に本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。 第4図は本発明の一実施例を示すブロック図である。
この第4図において、1はサイリスタレオナード速度制
御装置、2は補償器、3はサイリスタ変換器、4は電流
検出器、5は負荷、6は弾性軸、7は直流電動機、8は
速度検出器、9はギヤである。 直流電動機7の電機子回路に給電するサイリスタ変換
器3を制御するサイリスタレオナード速度制御装置1に
おいて、11は速度調節器(ASR)、12は電流調節器(AC
R)、13はパルス発生器である。電動機7の速度は速度
検出器8にて検出され、速度設定値nに等しくなるよ
うに速度調節器11により調節される。 速度調節器11の出力は電流調節器12の電流指令ia
して与えられ、パルス発生器13を介してサイリスタ変換
器3により電動機7の電機子電流が制御される。 一方、電動機7と弾性軸6,負荷5およびギヤ9より形
成される軸ねじり振動系の補償信号を出力する補償器2
において、20は電動機モデル、21,25は界磁磁束φに対
応したゲインφもしくは1/φを与える界磁模擬要素、22
はサンプリング周期tを関数にもつ電動機起動時定数要
素、23は加算要素、24は遅延演算子、26は比例ゲイン要
素、27は調節ゲイン要素である。要素22,23,24が第3図
の積分器65に相当し、ここではディジタル的に構成され
ている。 また、C(i)は補償出力、τ(i)は電動機トル
ク、iC(i)は補償出力の電流換算値、ia(i)は電動
機電流、nm(i)は電動器速度、W(i)は電動機モデ
ルの出力である。なお、かっこ内のiはi番目のサンプ
リングを表わしている。 制御対象の電動機速度nm(i)とモデルの出力W
(i)との差に比例ゲインをかけて得られる補償出力C
(i)の電流換算値ic(i)に調節ゲイン27をかけたも
のを調節器11の出力に加算し電流指令ia として電流調
節器12へ入力すると、電流指令ia と電動機電流iaの間
の伝達関数は近似的にia /ia=1とおけるので、第1
図と等価となる。即ち、ギヤ9が介在した軸ねじり振動
を抑制することができると共に、電動機7あるいは負荷
5の慣性モーメントや弾性軸6のバネ定数が不明確ある
いは変動するような場合でも新たな調整を行うことなし
に速度調節ループを最適な応答に保つことができる。さ
らに(4)式で示したように、外乱に対する電動機速度
nmの感度を低減することができるので、速度制御系の応
答を損なうことなく軸ねじり振動が抑制できると共に、
制御対象のパラメータの変動に対しても速度調節ループ
を最適な応答に保つことができる。 なお、本発明は、ギヤが介在する軸ねじり振動系に適
用して特に有効であるが、制御装置としてはギヤが介在
しない軸ねじり系にもまた軸ねじり振動のない系にも適
用可能であると共に、制御対象のパラメータが変動する
ような系に対しても適用可能である。
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 4 is a block diagram showing one embodiment of the present invention.
In FIG. 4, 1 is a thyristor Leonard speed control device, 2 is a compensator, 3 is a thyristor converter, 4 is a current detector, 5 is a load, 6 is an elastic shaft, 7 is a DC motor, and 8 is a speed detector. , 9 are gears. In the thyristor Leonard speed control device 1 for controlling the thyristor converter 3 for supplying power to the armature circuit of the DC motor 7, 11 is a speed regulator (ASR), and 12 is a current regulator (AC).
R) and 13 are pulse generators. The speed of the motor 7 is detected by the speed detector 8 and adjusted by the speed adjuster 11 so as to be equal to the set speed value n * . The output of the speed controller 11 is given as a current command i a * of the current controller 12, and the armature current of the electric motor 7 is controlled by the thyristor converter 3 via the pulse generator 13. On the other hand, a compensator 2 that outputs a compensation signal of a shaft torsional vibration system formed by the electric motor 7, the elastic shaft 6, the load 5, and the gear 9
, 20 is a motor model, 21 and 25 are field simulation elements that provide a gain φ or 1 / φ corresponding to the field magnetic flux φ, 22
Is a motor start time constant element having a sampling period t as a function, 23 is an addition element, 24 is a delay operator, 26 is a proportional gain element, and 27 is an adjustment gain element. Elements 22, 23 and 24 correspond to the integrator 65 of FIG. 3, and are here digitally constructed. Also, C (i) is the compensation output, τ M (i) is the motor torque, i C (i) is the current conversion value of the compensation output, i a (i) is the motor current, n m (i) is an electric circuit speed , W (i) are the outputs of the motor model. Note that i in parentheses indicates the i-th sampling. Motor speed n m (i) to be controlled and model output W
Compensation output C obtained by multiplying the difference from (i) by a proportional gain
When added to the output of the regulator 11 multiplied by the adjustment gain 27 to the current conversion value i c of (i) (i) entering into the current regulator 12 as a current command i a *, current command i a * and the electric motor Since the transfer function between the current i a can be approximately i a * / i a = 1, the first
It is equivalent to the figure. That is, it is possible to suppress the torsional vibration caused by the gear 9 and to perform no new adjustment even when the moment of inertia of the electric motor 7 or the load 5 or the spring constant of the elastic shaft 6 is unclear or fluctuates. The speed control loop can be kept at an optimum response. Further, as shown in equation (4), the motor speed with respect to the disturbance
Since the sensitivity of nm can be reduced, torsional vibration can be suppressed without impairing the response of the speed control system.
The speed control loop can be maintained at an optimum response even to a change in the parameter of the control target. The present invention is particularly effective when applied to a shaft torsional vibration system in which a gear is interposed. However, as a control device, the present invention is also applicable to a shaft torsion system without a gear and a system having no shaft torsional vibration. In addition, the present invention can be applied to a system in which the parameter of the control target fluctuates.

【発明の効果】【The invention's effect】

本発明によれば、ギヤが何段にも組み合わされた振動
系や制御対象が時間とともに変化していくような系に対
しても、その出力の応答を良好に保つことができる。
According to the present invention, it is possible to maintain good output response even for a vibration system in which gears are combined in many stages or a system in which a control object changes with time.

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

第1図は本発明の原理を説明するための原理図、第2図
は第1図における制御対象のブロック図、第3図は第1
図における補償器内のモデルのブロック図、第4図は本
発明の一実施例を示す構成図である。 51……入力要素、52……制御対象、53……補償器、531
……モデル、532……補償ゲイン要素、533……調節ゲイ
ン要素。
FIG. 1 is a principle diagram for explaining the principle of the present invention, FIG. 2 is a block diagram of an object to be controlled in FIG. 1, and FIG.
FIG. 4 is a block diagram of a model in the compensator in the figure, and FIG. 4 is a configuration diagram showing an embodiment of the present invention. 51 ... input element, 52 ... controlled object, 53 ... compensator, 531
…… model, 532 …… compensation gain element, 533 …… adjustment gain element.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】電動機速度を制御する速度調節ループに対
し電動機電流を制御する電流制御ループをマイナールー
プとして有する電動機の制御装置において、電動機トル
クと補償出力との偏差を入力され電動機速度に相当する
信号を出力する規範モデルと、この規範モデルの出力と
速度実際値との差を所定倍して前記補償出力を発生する
補償ゲイン要素とを備え、前記規範モデルを、前記電動
機トルクと補償出力との偏差が与えられる電動機起動時
定数要素と、この電動機起動時定数要素の出力信号が与
えられ電動機速度に相当する信号を出力する遅延演算子
とから構成し、前記補償ゲイン要素から発生された補償
出力と前記速度調節ループにおける速度調節器の出力と
を加算した加算量を前記電流制御ループに与えることを
特徴とする電動機の制御装置。
In a motor control device having a current control loop for controlling a motor current as a minor loop with respect to a speed adjustment loop for controlling a motor speed, a deviation between the motor torque and a compensation output is input and corresponds to the motor speed. A reference model that outputs a signal, and a compensation gain element that generates the compensation output by multiplying a difference between the output of the reference model and the actual speed value by a predetermined number.The reference model includes the motor torque and the compensation output. And a delay operator to which an output signal of the motor start time constant element is given and outputs a signal corresponding to the motor speed, and a compensation generated from the compensation gain element. An electric motor characterized in that an addition amount obtained by adding an output and an output of a speed controller in the speed control loop is given to the current control loop. The control device.
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