JP3189865B2 - 機械振動検出装置および制振制御装置 - Google Patents
機械振動検出装置および制振制御装置Info
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Description
の振動を検出する機械振動検出装置を備えたモータ制御
装置に関する。
および制振制御装置としては、本出願人が特願平6−1
27859で提案した装置がある。この従来技術では、
モータを含む機構系を等価剛体系と機械振動系とに分離
し、等価剛体系のモデルに基づいたオブザーバにより機
械振動を高速で推定し、制振制御を行っていた。
(特願平6−127859号)では、機械振動検出装置
を構成するため、等価剛体系の角速度とステップ状トル
ク外乱(クーロン摩擦等をモデル化)とを状態変数とし
て2次のオブザーバを構成しており、オブザーバ内のフ
ィードバックループは比例演算手段と積分手段で構成し
ている。前記比例演算手段はオブザーバの状態推定誤差
を低減するが、前記トルク外乱によりオブザーバの速度
推定値に定常偏差が生じることがあるため、前記積分演
算手段により、これを抑えている。オブザーバとしては
比例演算手段と積分手段の2つのパラメータを設定する
必要があり、しかも、その設定値によって機械振動信号
の位相が大きく変化するため、パラメータ調整が難しい
という問題があった。そこで本発明は、調整が容易で、
かつ、機械振動を高精度で取り出すことのできる機械振
動検出装置、および、機会振動の制振制御を達成できる
制振制御装置を提供することを目的とする。
め、本願の第1の発明は、トルク指令を与えるとモータ
のトルクを制御するモータ制御系に適用する機械振動検
出装置であって、γを等価剛体系の慣性モーメントの逆
数とし、D 0 /γを等価剛体系の粘性摩擦係数とした時
に、入力信号にγを乗じた信号と積分器の出力にD O を
乗じた信号の差を前記積分器の入力として前記積分器の
出力をその出力とする等価剛体モデルと、比例演算手段
と、機械振動信号を出力するハイパスフィルタと、前記
トルク指令と前記比例演算手段の出力を加算して前記等
価剛体モデルに入力する手段と、速度検出手段によって
得られる前記モータの速度に対応する速度信号から前記
等価剛体モデルの出力を差し引いた差信号を前記比例演
算手段と前記ハイパスフィルタに入力する手段と、を備
えたことを特徴とするものである。
とモータのトルクを制御するモータ制御系に適用する制
振制御装置であって、γを等価剛体系の慣性モーメント
の逆数とし、D 0 /γを等価剛体系の粘性摩擦係数とし
た時に、入力信号にγを乗じた信号と積分器の出力にD
O を乗じた信号の差を前記積分器の入力として前記積分
器の出力をその出力とする等価剛体モデルと、比例演算
手段と、機械振動信号を出力するハイパスフィルタと、
その機械振動信号を入力とする位相調整器と、その位相
調整器の出力を入力とする振幅調整器と、前記トルク指
令と前記比例演算手段の出力を加算して前記等価剛体モ
デルに入力する手段と、速度検出手段によって得られる
前記モータの速度に対応する速度信号から前記等価剛体
モデルの出力を差し引いた差信号を前記比例演算手段と
前記ハイパスフィルタに入力する手段と、前記トルク指
令と前記振幅調整器の出力を加えた信号を新たなトルク
指令とする手段と、を備えたことを特徴とするものであ
る。
速度制御手段がトルク指令を出力してモータを駆動し、
モータの角速度を制御するモータ制御系に適用する制振
制御装置であって、γを等価剛体系の慣性モーメントの
逆数とし、D 0 /γを等価剛体系の粘性摩擦係数とした
時に、入力信号にγを乗じた信号と積分器の出力にD O
を乗じた信号の差を前記積分器の入力として前記積分器
の出力をその出力とする等価剛体モデルと、比例演算手
段と、機械振動信号を出力するハイパスフィルタと、そ
の機械振動信号を入力とする位相調整器と、その位相調
整器の出力を入力とする振幅調整器と、前記トルク指令
と前記比例演算手段の出力を加算して前記等価剛体モデ
ルに入力する手段と、速度検出手段によって得られる前
記モータの速度に対応する速度信号から前記等価剛体モ
デルの出力を差し引いた差信号を前記比例演算手段と前
記ハイパスフィルタに入力する手段と、前記速度指令と
前記振幅調整器の出力を加えた信号を新たな速度指令と
する手段と、を備えたことを特徴とするものである。
構成されるため、積分手段が1つ少ない分、系を安定と
するパラメータの領域が広がる。さらに、オブザーバの
設定パラメータも1つであり、かつ、そのパラメータの
機械振動信号の位相に対する感度も低いため、パラメー
タ調整が容易に行えるようになる。
発明の機械振動検出装置に関する第1の実施例を図1に
示して説明する。図中ブロック102は、等価剛体モデ
ル103と、比例演算手段104と、ハイパスフィルタ
105とからなる機械振動検出装置であり、モータのト
ルク信号τとモータ速度信号(ここではモータ角速度v
mを使用する)を入力し、機械振動信号を出力する。ブ
ロック101は機械共振系を持つ機構(モータを含む)
を示している。以下、機械振動信号の検出原理を説明す
る。機構系101の伝達関数は、特願平6−12785
9で提案した近似法を用いると、等価剛体系G1 (s)
の慣性モーメントの逆数、D0/γは等価剛体系の粘性
摩擦係数である。また、ωrとωaは機械共振系の共振周
波数と反共振周波数である。従来技術(特願平6−12
7859号)によると、機械共振系を含む機構系をモデ
ル化するとき簡単化のため剛体系にのみ限定しているた
め、ここでもその等価剛体系G 1 だけをモデルとする状
態オブザーバを構成することを考える。
が、本発明ではこのvに代えてモータ角速度vmを用い
ることを特徴としており、yをvmに置き換えて(6)
式を具体化したのが図1のハイパスフィルタ105を除
く機械振動検出装置102である。この図からわかるよ
うに、求めるべき機械振動信号は、モータの角速度vm
と等価剛体モデル103の角速度推定値との差信号e、
ブザーバではトルク外乱dを考慮していないため、ステ
ップ状のトルク外乱dがあると差信号eに推定誤差が残
ってしまう。そこで本発明では、差信号eをハイパスフ
ィルタ105に通し、トルク外乱による推定誤差を除い
た信号を機械振動信号としている。このように、上記オ
ブザーバを具体化して組み込むとともに出力段にハイパ
スフィルタを設けた機械振動検出装置102によって、
モータを含む機構系101の機械振動を検出する機械振
動信号が得られるのである。
例を図2に示して説明する。同図は、本発明をモータの
トルク制御装置に適用したものである。図中、モータを
含む機構系101と機械振動検出装置102は、第1の
実施例と同様である。106は、トルク指令を入力し、
モータが発生するトルクを出力するモータ駆動装置であ
り、パワーアンプ等で構成される。機械振動検出装置1
02へ入力するモータのトルク信号τとしては、発生ト
ルクモニタ信号あるいはトルク指令信号を用いる。機械
振動検出装置102が推定した機械振動信号を位相調整
器107に入力する。位相調整器107の出力を振幅調
整器108に入力し、その出力wをトルク指令に加えた
信号を新たなトルク指令としてモータのトルク制御装置
へ出力する。
は、モータと機械共振系を含んだ制御系の振動を抑制す
るように、機械振動検出装置102の出力である機械振
動信号の位相および振幅を調整するものである。機械振
動検出装置102の出力する機械振動信号の位相は、モ
ータ角速度vmの振動の位相よりも進んでおり、その進
み具合は前記比例演算手段104のゲインkによって調
整されるため、位相調整器107はローパスフィルタな
どの位相遅れ要素で実現される。振幅調整器108は、
前記位相調整器107の出力信号をゲイン倍する増幅器
あるいは演算器で実現される。
例を図3に示して説明する。同図は、本発明をモータの
速度制御装置に適用したものである。図中、モータを含
む機構系101と機械振動検出装置102は、第1の実
施例と同様であり、モータ駆動装置106、位相調整器
107および振幅調整器108は第2の実施例と同様の
働きをする。ただし、振幅調整器108の出力wは速度
指令に加算され、加算された信号は新たな速度指令とし
てモータの速度制御装置へ出力される。109は、速度
指令と速度フィードバックとの差信号を入力し、トルク
指令を出力する速度制御用補償器である。
トルク外乱dの検出値あるいは推定値が得られる場合に
は、トルク指令にトルク外乱dを加えた値をトルク信号
として機械振動検出装置102に入力しても良い。この
場合、ハイパスフィルタ105は不要となる。例えば、
第3の実施例における速度制御用補償器109内で、比
例積分制御によりトルク指令を決定する場合には、積分
演算値の正負を反転したものを前記トルク外乱推定値と
して用いれば良い。
パラメータの数が少なくその設定領域が広い等価剛体オ
ブザーバが構成されるため、調整が容易で、かつ、機械
振動を高精度で取り出すことのできる機械振動検出装
置、および、機械振動の制振を達成できる制振制御装置
が実現されるという効果がある。
Claims (5)
- 【請求項1】トルク指令を与えるとモータのトルクを制
御するモータ制御系に適用する機械振動検出装置であっ
て、 γを等価剛体系の慣性モーメントの逆数とし、D 0 /γ
を等価剛体系の粘性摩擦係数とした時に、入力信号にγ
を乗じた信号と積分器の出力にD O を乗じた信号の差を
前記積分器の入力として前記積分器の出力をその出力と
する 等価剛体モデルと、 比例演算手段と、 機械振動信号を出力するハイパスフィルタと、 前記トルク指令と前記比例演算手段の出力を加算して前
記等価剛体モデルに入力する手段と、 速度検出手段によって得られる前記モータの速度に対応
する速度信号から前記等価剛体モデルの出力を差し引い
た差信号を前記比例演算手段と前記ハイパスフィルタに
入力する手段と、 を備えたことを特徴とする機械振動検出装置。 - 【請求項2】トルク指令を与えるとモータのトルクを制
御するモータ制御系に適用する制振制御装置であって、 γを等価剛体系の慣性モーメントの逆数とし、D 0 /γ
を等価剛体系の粘性摩擦係数とした時に、入力信号にγ
を乗じた信号と積分器の出力にD O を乗じた信号の差を
前記積分器の入力として前記積分器の出力をその出力と
する等価剛体モデルと、 比例演算手段と、 機械振動信号を出力するハイパスフィルタと、 その機械振動信号を入力とする位相調整器と、 その位相調整器の出力を入力とする振幅調整器と、 前記トルク指令と前記比例演算手段の出力を加算して前
記等価剛体モデルに入力する手段と、 速度検出手段によって得られる前記モータの速度に対応
する速度信号から前記等価剛体モデルの出力を差し引い
た差信号を前記比例演算手段と前記ハイパスフィルタに
入力する手段と、 前記トルク指令と前記振幅調整器の出力を加えた信号を
新たなトルク指令とする手段と、 を備えたことを特徴とする制振制御装置。 - 【請求項3】速度指令を与えると速度制御手段がトルク
指令を出力してモータを駆動し、モータの角速度を制御
するモータ制御系に適用する制振制御装置であって、 γを等価剛体系の慣性モーメントの逆数とし、D 0 /γ
を等価剛体系の粘性摩擦係数とした時に、入力信号にγ
を乗じた信号と積分器の出力にD O を乗じた信号の差を
前記積分器の入力として前記積分器の出力をその出力と
する等価剛体モデルと、 比例演算手段と、機械振動信号を出力するハイパスフィ
ルタと、 その機械振動信号を入力とする位相調整器と、 その位相調整器の出力を入力とする振幅調整器と、 前記トルク指令と前記比例演算手段の出力を加算して前
記等価剛体モデルに入力する手段と、 速度検出手段によって得られる前記モータの速度に対応
する速度信号から前記等価剛体モデルの出力を差し引い
た差信号を前記比例演算手段と前記ハイパスフィルタに
入力する手段と、 前記速度指令と前記振幅調整器の出力を加えた信号を新
たな速度指令とする手段と、 を備えたことを特徴とする制振制御装置。 - 【請求項4】トルク外乱信号を検出あるいは推定によっ
て求める手段と、前記トルク信号に前記トルク外乱信号
を加えた信号を新たなトルク信号とする手段を備えたこ
とを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の機械
振動検出装置又は制振制御装置。 - 【請求項5】比例積分制御等の積分演算を含む演算によ
りトルク指令を決定する手段と、この積分演算値の正負
を反転したものを前記トルク外乱信号とする手段とを備
えたことを特徴とする請求項4記載の機械振動検出装置
又は制振制御装置。
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