JP4008342B2 - Electric motor position control device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機の位置制御装置に関わり、特に負荷軸振動を抑制するサーボ制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、電動機の軸振動抑制手段としては、単純に位置制御系及び速度制御系の応答周波数を低減する方法が一般的である。しかし、応答周波数を低減することにより、整定時間の増大や外乱抑制性能の低下が発生する。
【0003】
より積極的に軸振動を抑制する別の手段としては、特開平6−217579号公報に記載のものがある。これは、電動機の軸トルクを推定する外乱オブザーバ、フィルタおよび2つの増幅器を設けて、電動機の軸トルク変化に対する速度変化の位相を進ませることによりねじり振動を抑制する。
【0004】
【特許文献1】
特開平6−217579号公報(段落0038、図1)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献1に記載の技術はねじり振動を減衰する効果はある。しかし、位置指令の立ち上がりが非常に急峻な場合にはオーバーシュートを完全に無くすことができない。
【0006】
本発明の目的は、外乱抑制性能を悪化することなく、位置制御におけるオーバーシュートおよび軸振動を低減し、結果として整定時間を短縮する電動機の位置制御装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明は、負荷軸またはロープ等の接続部材を介して負荷と結合した電動機を駆動する電力変換器と、位置指令値と前記電動機の位置検出値との偏差に応じて速度指令値を得る位置制御器と、前記速度指令値と電動機の速度検出値の偏差に応じてトルク電流指令値を得る速度制御器と、前記トルク電流指令値に従い前記電力変換器の出力電流を制御する電流制御器を備えた電動機の位置制御装置において、前記位置検出値と前記速度検出値を負荷モデルに入力して得られる前記負荷軸または前記結合部材の位置推定値と前記位置指令値から、前記負荷軸の軸ねじり量または前記接続部材の伸縮量を推定し、この推定した量に応じて軸ねじり量または伸縮量を減少するべく前記位置指令値を補正することを特徴とする。
【0008】
本発明では、電動機が負荷と負荷軸で結合される場合の負荷軸の軸ねじり量、または電動機が負荷とロープやベルト等の接続部材で結合される場合の接続部材の伸縮量が抑制される。すなわち、負荷モデルにより推定した軸ねじり量または伸縮量に応じて、軸ねじり量または伸縮量を減少するべく位置指令値を補正する。この位置指令値を補正することにより、振動の発生源となる負荷軸の軸ねじりまたは接続部材の伸縮を抑制する。これにより、急峻に変化する位置指令値が上位制御装置から入力された場合でも、オーバーシュート及びそれに続く振動を低減することができる。なお、前記負荷モデルは実施例1−4では軸モデルと呼んでいる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面により詳細に説明する。第一の実施の形態は電動機と負荷が軸により結合される場合で、第一から第四の実施例がある。第二の実施の形態は電動機と負荷がロープにより結合される場合で、エレベータに適用される実施例五がある。なお、ロープに代えて、ベルトを用いても同様の制御が可能になる。
【0010】
図1は本発明の実施例一を示す電動機の位置制御装置である。1は電動機、2は電動機1の軸位置θMを検出する軸位置検出器、3は本発明の特徴である軸ねじり抑制制御器、4は軸ねじり抑制制御器3の出力する軸ねじり補正値を電動機の位置指令値θM **から減算する減算器である。5は軸ねじり補正後の電動機の位置指令値θM *と電動機の軸位置検出値θMとの偏差信号を入力し、速度指令値ωM *を算出する位置制御器、6は電動機の軸位置検出値θMから電動機の速度ωMを演算する速度演算器である。7は速度指令値ωM *と電動機の速度ωMとの偏差信号を入力し、トルク電流指令値を出力する速度制御器、8はトルク電流指令値Iq *とトルク電流検出値Iqの偏差に応じて電圧指令V*を演算する電流制御器である。9は電圧指令V*に比例した電圧Vを出力し電動機1を駆動する電力変換器、10は該電力変換器9のトルク電流値Iqを検出する電流検出器である。
【0011】
軸ねじり抑制制御器3の内部ブロックは電動機1と駆動対象となる負荷を結合する回転軸やボールネジ等の軸モデルにより構成している。電動機1の軸位置検出値θMから負荷軸の位置推定値θL_estを減算器19において減ずることで、現在の軸ねじり量を推定し、これに11の推定用バネ定数KFeを乗ずることで推定軸ねじりトルクτT_estを算出する。また、電動機の速度検出値ωMから負荷軸の速度推定値ωL_estを減算器17において減ずることで、現在の軸ねじり速度を推定し、これに12の推定用粘性摩擦係数を乗ずることで推定粘性摩擦トルクτF_estを算出する。
【0012】
推定軸トルクτS_estは推定軸ねじりトルクτT_estと推定粘性摩擦トルクτF_estを加算器18で加算して求める。この推定軸トルクτS_estに対し、13の推定用負荷イナーシャモデルで積分処理、推定用負荷イナーシャJLeで除算を行い、負荷軸の速度推定値ωL_estを求める。さらに速度推定値ωL_estを積分器14で積分することで、負荷軸の位置推定値θL_estを求める。
【0013】
以上述べた、電動機の軸位置検出値θMと電動機の速度検出値ωMから負荷軸の位置推定値θL_estを求める過程は(1)の伝達関数で表すことができる。
【0014】
【数8】
【0015】
減算器16では、電動機の軸位置指令値θM **から(1)式で求まる負荷軸の位置推定値θL_estを減ずることで、電動機の軸位置指令値θM **を与えた場合に発生する軸ねじり量を求める。これに軸ねじり量フィードバックゲインk1を乗じた値が前述の軸ねじり補正値である。
【0016】
軸ねじりを抑制するように補正した補正後位置指令値θM *は、電動機の軸位置指令値θM **から前述の軸ねじり補正値を減ずることにより導出する。この電動機の軸位置指令値θM **と負荷軸の位置推定値θL_estとから補正後位置指令値θM *を求める過程を(4)式に表す。
【0017】
【数9】
【0018】
k1の値は0<k1<1の範囲内で設定することにより、軸ねじりを抑制することが可能となる。構成上、k1の値が大きい程軸ねじり抑制効果は大きいが、位置指令値の立ち上がりを抑えることで軸ねじり抑制を実現している関係上、位置決め時間が長くなる作用がある。従って、k1を調整する際には、オーバーシュート及び軸振動が許容レベルに収まる範囲内で可能な限り小さく設定するとよい。
【0019】
次に、本実施形態の原理的な説明を行う。図2は図1における電動機1と電動機1に結合された負荷を、ブロック図に展開して表現したものである。図1と同一の制御系及び制御対象を表している。
【0020】
図2において、30は電動機1単体のイナーシャ特性を表現するブロックであり、電動機1自身が発生する電動機トルクτMと電動機1に対して外部(軸)より加えられる軸トルクτSの差分を入力とし、電動機速度ωMを出力とする。31は積分器であり、電動機速度ωMを入力とし電動機の軸位置θMを出力する。32は電動機1に接続された軸および負荷の特性を表現するブロックであり、電動機の軸位置θM、電動機の速度ωM、外乱トルクτLの入力に対して負荷軸の位置θLを出力する。
【0021】
また、図2においては、図1における電流制御器8および電力変換器9を省略している。理由はトルク定数kTを用いてτM=kTIqで表される電動機の一般的な特性と電流制御器8によりIq≒Iq *に制御されているという前提から、τMとIq *が1対1に対応することによる。
【0022】
ここで、ブロック32と軸ねじり抑制制御器3を比較すると、軸ねじり抑制制御器3にはブロック32においてτL=0とした場合と同一の入力信号及び構成が含まれている。従って、軸ねじり抑制制御器3における推定用負荷イナーシャJLe、推定用バネ定数KFe、推定用粘性摩擦係数CFeの値は以下のように与えられる。すなわち、ブロック32における実際の負荷イナーシャJL、実際のバネ定数KF、実際の粘性摩擦係数CFに対して、JLe≒JL、KFe≒KF、CFe≒CFに設定する。これにより、外乱トルクτL=0の場合にはθL_est≒θLが成立する。また、外乱が存在する場合にはθL_est≒θLは成立しないが、外乱トルクτLの影響を除外した負荷軸の位置推定値θL_estが得られる。
【0023】
また、軸ねじり抑制制御器3において、電動機の軸位置θMから負荷軸の位置推定値θL_estまでの伝達関数を求めると(8)式となる。また(8)式に最終値の定理を適用すると(9)式となる。
【0024】
【数10】
【0025】
これより、一定時間後にはθL_est=θMとなることが分る。さらに、位置制御系が正しく機能していると仮定すると、定常状態においてはθM=θM *が成立する。よって、前述のθL_est=θMと合わせて(10)式の関係が成立する。
【0026】
【数11】
【0027】
(10)式を位置指令値の補正手段を表す前述の(4)式に代入すると、(11)式が得られる。
【0028】
【数12】
【0029】
いま、0<k1<1の範囲でk1を規定しているので、1−k1≠0となり、(11)式よりθM *=θM **が成立する。
【0030】
このように、本発明による位置指令値の補正は、位置指令の目標停止位置に対して誤差を与えることなく実施することができる。また、制御系の応答周波数低減によるオーバーシュート抑制手段と比較して、外乱応答を殆ど劣化することなくオーバーシュート及び軸振動の抑制が可能である。
【0031】
図6に位置決め制御時の位置偏差の収束の様子を示す。(a)は第一の実施例を用いた場合で、本発明の適用によりオーバーシュートが完全に抑制されることが分かる。(b)は用いない場合で、位置偏差のオーバーシュートと軸振動が発生している。
【0032】
図3は本発明の第二の実施例を示す電動機の位置制御装置である。図1で既に説明した第一の実施例において、推定用粘性摩擦係数CFeを省略した場合に相当する。この場合の電動機の軸位置検出値θMから負荷軸の位置推定値θL_estを求める過程は(2)式の伝達関数で表すことができる。
【0033】
【数13】
【0034】
このように軸ねじり抑制制御器3における軸モデルを簡略化した場合には、第一の実施例ほど良好なオーバーシュートおよび軸振動の抑制効果は得られないが、設定パラメータ数の減少により使い勝手が向上する。
【0035】
図4は本発明の弟三の実施例を示す電動機の位置制御装置である。図1で既に説明した第一の実施例に対して、位置制御器5の出力する速度指令値ωM **を補正する機能を追加したものである。
【0036】
図4において、負荷軸の速度推定値ωL_estは第一の実施例と同一の推定モデルにより、電動機の軸位置検出値θMと電動機の速度検出値ωMから求めている。この導出過程は(5)式の伝達関数で表すことができる。
【0037】
【数14】
【0038】
51は速度指令値ωM **から軸ねじり抑制制御器3の状態変数である負荷軸の速度推定値ωL_estを減ずる減算器、50は減算器51の出力に乗ずるゲインである軸ねじり速度フィードバックゲインk2である。52は速度指令値ωM **に軸ねじり速度フィードバックゲインk2の出力する軸ねじり速度補正値を加算する加算器である。
【0039】
この位置制御器5の出力する速度指令値ωM **と負荷軸の速度推定値ωL_estとから補正後速度指令値ωM *を求める過程を(7)式に表す。
【0040】
【数15】
【0041】
位置指令値の補正手段を表す(4)式と速度指令の補正手段を表す(7)式を比較してみると、位置指令値の補正では軸ねじり量を減少する向きに補正を行っていたが、速度指令値の補正では軸ねじり速度を増加する向きに補正を行う。このように位置指令の補正と速度指令の補正を併用することにより、オーバーシュート及び軸振動の抑制に加えて、外乱抑制効果を向上することが可能となる。
【0042】
図5は本発明の第四の実施例を示す電動機の位置制御装置である。図3で既に説明した第二の実施例に対して、位置制御器5の出力する速度指令値ωM **を補正する機能を追加したものである。図5において、負荷軸の速度推定値ωL_estは第二の実施例と同一の推定モデルにより、電動機の軸位置検出値θMから求めている。この導出過程は(6)式の伝達関数で表すことができる。
【0043】
【数16】
【0044】
51は速度指令値ωM **から軸ねじり抑制制御器3の状態変数である負荷軸の速度推定値ωL_estを減ずる減算器、50は減算器51の出力に乗ずるゲインである軸ねじり速度フィードバックゲインk2である。52は速度指令値ωM **に軸ねじり速度フィードバックゲインk2の出力する軸ねじり速度補正値を加算する加算器である。この位置制御器5の出力する速度指令値ωM **と負荷軸の速度推定値ωL_estとから補正後速度指令値ωM *を求める過程は、第三の実施例と同様に(7)式で表現できる。
【0045】
このように軸ねじり抑制制御器における軸モデルを簡略化した場合には、第三の実施例ほど良好なオーバーシュートおよび軸振動の抑制効果は得られないが、設定パラメータ数の減少により使い勝手が向上する。
【0046】
次に、本発明の第二の実施の形態を説明する。図7は第五の実施例の適用例を示す概略構成図である。模式的に示すロープ式エレベータに本発明を適用する場合を説明する。
【0047】
図7において、101は乗りかご、102は乗客、103は乗りかご101を吊り上げるロープのバネ定数KF1、104は乗りかご101を吊り上げるロープのダンパ定数c1、105は乗りかご101を吊り上げるロープである。106はロープ101を駆動する駆動滑車、109はカウンタウェイト(重り)、107はカウンタウェイト109を吊り上げるロープのダンパ定数c2である。108はカウンタウェイト109を吊り上げるロープのバネ定数KF2、mcは乗りかご101の質量、mLは乗客全員の質量、x1は乗りかご101の移動距離、rsは駆動滑車106の半径である。
【0048】
このようなロープ式エレベータに本発明を適用する場合にも、第一の実施例と同様の考え方が適用できる。異なる点は、乗りかご101を吊り上げるロープ式エレベータは、軸のバネ定数に代わってロープ105のバネ定数KF1と、軸の粘性摩擦係数に代わってロープ105のダンパ定数c1が、負荷(乗りかご101)の縦方向振動の挙動に支配的となる。したがって、ロープの伸縮を抑制することが、軸ねじり抑制と同様に負荷の振動低減に効果を発揮する。
【0049】
図8は本実施例による電動機の位置制御装置のブロック図である。図において、115は電動機1の軸位置検出値θMを直線系の位置情報に換算するためのゲインであり、駆動滑車106の半径rsを大きさとする。116は電動機の速度ωMを直線系の速度情報に換算するためのゲインであり、駆動滑車106の半径rsを大きさとする。117はモデルにより推定された乗りかご101の推定移動距離x1_estを回転系に換算するためのゲインであり、駆動滑車106の半径rsの逆数を大きさとする。111はロープのバネ定数KF1を大きさとするゲイン、112はロープの粘性摩擦係数を大きさとするゲインである。113はゲイン111、112の出力和で算出されるロープが乗りかごに与える力を積分し、さらに乗りかごと乗客との質量和(mc+mL)で除算し、乗りかごの速度v1を推定する推定用負荷イナーシャモデルである。114は乗りかごの推定速度v1_estを積分し、乗りかご101の推定移動距離x1_estを算出する積分器である。
【0050】
以上に示した、電動機の軸位置検出値θMと電動機の速度検出値ωMから負荷の回転系に換算した位置推定値θL_estを求める制御ブロックは、(3)式の伝達関数で表すことができる。
【0051】
【数17】
【0052】
減算器16では電動機の軸位置指令値θM **から(3)式で求まる負荷の回転系換算の位置推定値θL_estを減ずることで、電動機の軸位置指令値θM **を与えた場合に発生するロープの伸縮量を求める。これに伸縮量フィードバックゲインk1を乗じた値が後述の位置指令補正値である。ロープの伸縮を抑制するように補正した補正後位置指令値θM *は、電動機の軸位置指令値θM **から前述の位置指令補正値を減ずることにより導出する。この電動機の軸位置指令値θM **と負荷軸の位置推定値θL_estとから、補正後位置指令値θM *を求める過程は前述の(4)式で表わされる。
【0053】
k1の値は0<k1<1の範囲内で設定することにより、ロープの伸縮抑制することが可能となる。構成上、k1の値が大きい程ロープ伸縮抑制効果は大きいが、位置指令値の立ち上がりを抑えることでロープ伸縮抑制を実現している関係上、位置決め時間が長くなる作用がある。従って、k1を調整する際には、オーバーシュート及び乗りかごの上下振動が許容レベルに収まる範囲内で可能な限り小さく設定するとよい。
【0054】
【発明の効果】
本発明の電動機の位置制御装置によれば、外乱抑制性能を低下することなく、急峻に変化する位置指令値が上位制御装置から入力された場合でも、オーバーシュート及びそれに続く軸振動を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による第一の実施例を示す電動機の位置制御装置のブロック図。
【図2】本発明による電動機の位置制御装置の原理説明図。
【図3】本発明による第二の実施例を示す電動機の位置制御装置のブロック図。
【図4】本発明による第三の実施例を示す電動機の位置制御装置のブロック図。
【図5】本発明による第四の実施例を示す電動機の位置制御装置のブロック図。
【図6】本発明の第一の実施例の効果を示す説明図。
【図7】本発明の第五の実施例の適用例を示すロープ式エレベータの模試図。
【図8】本発明による第五の実施例を示す電動機の位置制御装置のブロック図。
【符号の説明】
1…電動機、2…電動機の軸位置検出器、3…軸ねじり抑制制御器、4…減算器、5…位置制御器、6…速度演算器、7…速度制御器、8…電流制御器、9…電力変換器、10…電流検出器、11…負荷軸の位置推定用バネ定数、12…負荷軸の位置推定用粘性摩擦係数、13…負荷軸の位置推定用負荷イナーシャモデル、14…積分器、15…軸ねじり量フィードバックゲイン、16…減算器、20…位置偏差演算器、21…速度偏差演算器、22…トルク電流偏差演算器、30…電動機1のイナーシャモデル、31…積分器、32…電動機1に接続された軸および負荷を表すブロック、33…減算器、34…軸のバネ定数、35…加算器、36…軸の粘性摩擦係数、37…減算器、38…負荷60のイナーシャモデル、39…減算器、40…積分器、41…減算器、50…軸ねじり速度フィードバックゲイン、51…減算器、60…負荷、θM **…電動機の軸位置指令値、θM *…軸ねじり補償後の電動機の軸位置指令値、θM…電動機の軸位置(検出値)、ωM *…電動機の速度指令値、ωM…電動機の速度(検出値)、Iq *…トルク電流指令値、Iq…トルク電流検出値、V*…変換器指令電圧値、θL_est…負荷軸の位置推定値、ωL_est…負荷軸の速度推定値、τM…電動機トルク、τS…軸トルク、τL…外乱トルク、τT…軸ねじりトルク、τF…粘性摩擦トルク、τS_est…推定軸トルク、τT_est…推定軸ねじりトルク、τF_est…推定粘性摩擦トルク。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a position control device for an electric motor, and more particularly to a servo control device that suppresses load shaft vibration.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a shaft vibration suppression means of an electric motor, a method of simply reducing response frequencies of a position control system and a speed control system is common. However, reducing the response frequency causes an increase in settling time and a decrease in disturbance suppression performance.
[0003]
Japanese Patent Laid-Open No. 6-217579 discloses another means for more actively suppressing shaft vibration. This is provided with a disturbance observer for estimating the shaft torque of the motor, a filter, and two amplifiers, and suppresses torsional vibration by advancing the phase of the speed change with respect to the shaft torque change of the motor.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-6-217579 (paragraph 0038, FIG. 1)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The technique described in Patent Document 1 has an effect of damping torsional vibration. However, overshoot cannot be completely eliminated when the rise of the position command is very steep.
[0006]
An object of the present invention is to provide an electric motor position control device that reduces overshoot and shaft vibration in position control without deteriorating disturbance suppression performance, and consequently shortens settling time.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention that solves the above-described problems includes a power converter that drives an electric motor coupled to a load via a connecting member such as a load shaft or a rope, and a speed according to a deviation between a position command value and a position detection value of the electric motor. A position controller that obtains a command value, a speed controller that obtains a torque current command value according to a deviation between the speed command value and a detected speed value of the motor, and an output current of the power converter that is controlled according to the torque current command value In the position control device for an electric motor provided with a current controller, the position estimated value of the load shaft or the coupling member obtained by inputting the position detection value and the speed detection value into a load model, and the position command value, A shaft torsion amount of the load shaft or an expansion / contraction amount of the connecting member is estimated, and the position command value is corrected to reduce the shaft torsion amount or expansion / contraction amount according to the estimated amount.
[0008]
In the present invention, the amount of torsion of the load shaft when the electric motor is coupled with the load and the load shaft, or the amount of expansion and contraction of the connecting member when the electric motor is coupled with the connection member such as a rope or a belt is suppressed. . That is, the position command value is corrected so as to reduce the amount of shaft twist or expansion / contraction according to the amount of shaft twist or expansion / contraction estimated by the load model. By correcting this position command value, the torsion of the load shaft, which is the source of vibration, or the expansion and contraction of the connecting member is suppressed. Thereby, even when a position command value that changes sharply is input from the host controller, overshoot and subsequent vibration can be reduced. In addition, the said load model is called the axis | shaft model in Example 1-4.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The first embodiment is a case where an electric motor and a load are coupled by a shaft, and there are first to fourth examples. The second embodiment is a case where the electric motor and the load are coupled by a rope, and there is Example 5 applied to an elevator. The same control can be performed by using a belt instead of the rope.
[0010]
FIG. 1 shows an electric motor position control apparatus according to a first embodiment of the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 is an electric motor, 2 is an axial position detector which detects axial position (theta) M of the electric motor 1, 3 is an axial torsion suppression controller which is the characteristics of this invention, 4 is an axial torsion correction value which the axial torsion suppression controller 3 outputs Is a subtracter that subtracts from the position command value θ M ** of the motor. 5 is a position controller for inputting a deviation signal between the position command value θ M * of the motor after the shaft torsion correction and the detected shaft position value θ M of the motor and calculating a speed command value ω M * , and 6 is a shaft of the motor. This is a speed calculator that calculates the speed ω M of the electric motor from the position
[0011]
The internal block of the shaft torsion suppression controller 3 is constituted by a shaft model such as a rotating shaft or a ball screw that couples the electric motor 1 and a load to be driven. By subtracting the estimated position θ L_est of the load shaft from the detected shaft position value θ M of the electric motor 1 by the
[0012]
The estimated shaft torque τ S_est is obtained by adding the estimated shaft torsion torque τ T_est and the estimated viscous friction torque τ F_est by the
[0013]
The process of obtaining the load shaft position estimation value θ L_est from the motor shaft position detection value θ M and the motor speed detection value ω M described above can be expressed by the transfer function of (1).
[0014]
[Equation 8]
[0015]
The
[0016]
The corrected position command value θ M * corrected so as to suppress shaft torsion is derived by subtracting the above-mentioned shaft torsion correction value from the motor shaft position command value θ M ** . The process of obtaining the corrected position command value θ M * from the motor shaft position command value θ M ** and the load shaft position estimate value θ L_est is expressed by equation (4).
[0017]
[Equation 9]
[0018]
By setting the value of k1 within the range of 0 <k1 <1, shaft torsion can be suppressed. In terms of configuration, the greater the value of k1, the greater the effect of suppressing shaft torsion, but there is an effect that the positioning time becomes longer due to the effect of suppressing shaft torsion by suppressing the rise of the position command value. Therefore, when adjusting k1, it is preferable to set it as small as possible within a range in which overshoot and shaft vibration fall within an allowable level.
[0019]
Next, the principle of this embodiment will be described. FIG. 2 shows the electric motor 1 and the load coupled to the electric motor 1 in FIG. The same control system and control target as in FIG. 1 are shown.
[0020]
In FIG. 2,
[0021]
In FIG. 2, the
[0022]
Here, comparing the
[0023]
Further, when the shaft torsion suppression controller 3 obtains a transfer function from the motor shaft position θ M to the load shaft position estimated value θ L — est , the equation (8) is obtained. Applying the final value theorem to equation (8) yields equation (9).
[0024]
[Expression 10]
[0025]
From this, it can be seen that θ L_est = θ M after a certain time. Furthermore, assuming that the position control system is functioning correctly, θ M = θ M * holds in the steady state. Therefore, the relationship of the expression (10) is established together with the aforementioned θ L_est = θ M.
[0026]
[Expression 11]
[0027]
Substituting equation (10) into equation (4) representing the position command value correction means yields equation (11).
[0028]
[Expression 12]
[0029]
Now, since k1 is defined in the range of 0 <k1 <1, 1−k1 ≠ 0, and θ M * = θ M ** is established from the equation (11).
[0030]
As described above, the correction of the position command value according to the present invention can be performed without giving an error to the target stop position of the position command. Further, compared to overshoot suppression means by reducing the response frequency of the control system, overshoot and shaft vibration can be suppressed with almost no deterioration in disturbance response.
[0031]
FIG. 6 shows how the position deviation converges during positioning control. (A) is a case where the first embodiment is used, and it is understood that overshoot is completely suppressed by application of the present invention. (B) is a case where it is not used, and a positional deviation overshoot and shaft vibration occur.
[0032]
FIG. 3 shows an electric motor position control apparatus according to a second embodiment of the present invention. This corresponds to the case where the estimation viscous friction coefficient C Fe is omitted in the first embodiment already described in FIG. The process of obtaining the load shaft position estimated value θ L_est from the detected motor shaft position value θ M in this case can be expressed by a transfer function of equation (2).
[0033]
[Formula 13]
[0034]
When the shaft model in the shaft torsion suppression controller 3 is simplified as described above, the overshoot and shaft vibration suppression effects are not as good as those in the first embodiment, but the usability is reduced by reducing the number of set parameters. improves.
[0035]
FIG. 4 shows an electric motor position control apparatus according to the third embodiment of the present invention. A function for correcting the speed command value ω M ** output from the
[0036]
In FIG. 4, the load shaft speed estimation value ω L — est is obtained from the motor shaft position detection value θ M and the motor speed detection value ω M using the same estimation model as in the first embodiment. This derivation process can be expressed by the transfer function of equation (5).
[0037]
[Expression 14]
[0038]
51 is a subtractor that subtracts the estimated load shaft speed ω L_est , which is a state variable of the shaft torsion suppression controller 3, from the speed command value ω M ** , and 50 is a shaft torsion speed feedback that is a gain multiplied by the output of the
[0039]
The process of obtaining the corrected speed command value ω M * from the speed command value ω M ** output from the
[0040]
[Expression 15]
[0041]
Comparing the equation (4) representing the position command value correcting means and the equation (7) representing the speed command correcting means, the position command value was corrected in a direction to reduce the amount of shaft torsion. However, in the correction of the speed command value, the correction is performed in the direction in which the shaft torsion speed is increased. In this way, by using the correction of the position command and the correction of the speed command together, it is possible to improve the disturbance suppressing effect in addition to the suppression of overshoot and shaft vibration.
[0042]
FIG. 5 shows an electric motor position control apparatus according to a fourth embodiment of the present invention. A function for correcting the speed command value ω M ** output from the
[0043]
[Expression 16]
[0044]
51 is a subtractor that subtracts the estimated load shaft speed ω L_est , which is a state variable of the shaft torsion suppression controller 3, from the speed command value ω M ** , and 50 is a shaft torsion speed feedback that is a gain multiplied by the output of the
[0045]
Thus, when the shaft model in the shaft torsion suppression controller is simplified, the overshoot and shaft vibration suppression effects are not as good as in the third embodiment, but the usability is improved by reducing the number of set parameters. To do.
[0046]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing an application example of the fifth embodiment. The case where this invention is applied to the rope type elevator typically shown is demonstrated.
[0047]
In FIG. 7, 101 is a passenger car, 102 is a passenger, 103 is a spring constant K F1 of a rope that lifts the
[0048]
Even when the present invention is applied to such a rope type elevator, the same idea as in the first embodiment can be applied. The difference is that the rope-type elevator that lifts the
[0049]
FIG. 8 is a block diagram of an electric motor position control apparatus according to this embodiment. In the figure,
[0050]
The control block for obtaining the estimated position value θ L_est converted into the rotating system of the load from the detected shaft position value θ M of the motor and the detected speed value ω M of the motor is expressed by the transfer function of equation (3). Can do.
[0051]
[Expression 17]
[0052]
The
[0053]
By setting the value of k1 within the range of 0 <k1 <1, it becomes possible to suppress the expansion and contraction of the rope. Although the rope expansion / contraction suppression effect is larger as the value of k1 is larger, the positioning time is longer due to the fact that the rope expansion / contraction suppression is realized by suppressing the rise of the position command value. Therefore, when adjusting k1, it is preferable to set it as small as possible within a range where the overshoot and the vertical vibration of the car fall within the allowable level.
[0054]
【The invention's effect】
According to the electric motor position control device of the present invention, it is possible to reduce overshoot and subsequent shaft vibration even when a rapidly changing position command value is input from the host control device without deteriorating disturbance suppression performance. Can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of an electric motor position control apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating the principle of a position control device for an electric motor according to the present invention.
FIG. 3 is a block diagram of an electric motor position control apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram of an electric motor position control apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a block diagram of an electric motor position control apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the effect of the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic diagram of a rope type elevator showing an application example of the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a block diagram of an electric motor position control apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electric motor, 2 ... Shaft position detector of an electric motor, 3 ... Shaft torsion suppression controller, 4 ... Subtractor, 5 ... Position controller, 6 ... Speed calculator, 7 ... Speed controller, 8 ... Current controller, DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記位置検出値と前記速度検出値を負荷モデルに入力して得られる前記負荷軸の位置推定値と前記位置指令値から前記負荷軸の軸ねじり量を推定し、この推定した量に応じて軸ねじり量を減少するべく前記位置指令値を補正することを特徴とする電動機の位置制御装置。A power converter that drives an electric motor coupled to a load via a load shaft; a position controller that obtains a speed command value according to a deviation between a position command value and a position detection value of the motor; and the speed command value and the electric motor In a position controller for an electric motor comprising a speed controller that obtains a torque current command value according to the deviation of the detected speed value, and a current controller that controls the output current of the power converter according to the torque current command value,
A shaft torsion amount of the load shaft is estimated from the position estimated value of the load shaft and the position command value obtained by inputting the position detection value and the speed detection value to a load model, and a shaft is determined according to the estimated amount. A position control apparatus for an electric motor, wherein the position command value is corrected so as to reduce a torsion amount.
前記位置検出値を負荷モデルに入力して得られる負荷軸の位置推定値と前記位置指令値から軸ねじり量を推定し、この推定した量に応じて軸ねじり量を減少するべく前記位置指令値を補正することを特徴とする電動機の位置制御装置。A power converter that drives an electric motor coupled to a load via a load shaft; a position controller that obtains a speed command value according to a deviation between a position command value and a position detection value of the motor; and the speed command value and the electric motor In a position control device comprising a speed controller that obtains a torque current command value according to the deviation of the detected speed value, and a current controller that controls the output current of the power converter according to the torque current command value,
A position torsion amount is estimated from a position estimation value of the load shaft obtained by inputting the position detection value to a load model and the position command value, and the position command value is set to decrease the amount of shaft torsion according to the estimated amount. A position control device for an electric motor, wherein
前記負荷軸の位置推定値は、前記負荷軸の位置推定値をθL_est、前記電動機の位置検出値をθM、前記電動機の速度検出値をωM、負荷及び前記負荷軸の特性により決定されるパラメータをCFe、KFe、JLeとし、sをラプラス演算子とするとき、(1)式の伝達関数で算出されることを特徴とする電動機の位置制御装置。
The estimated position value of the load shaft is determined by the estimated position value of the load shaft θ L_est , the detected position value of the motor θ M , the detected speed value of the motor ω M , the load and the characteristics of the load shaft. A position control device for an electric motor, wherein the parameters are C Fe , K Fe , J Le and s is a Laplace operator, and is calculated by the transfer function of equation (1).
前記負荷軸の位置推定値は、前記負荷軸の位置推定値をθL_est、前記電動機の位置検出値をθM、負荷及び前記負荷軸の特性により決定されるパラメータをKFe、JLeとし、sをラプラス演算子とするとき、(2)式の伝達関数で算出されることを特徴とする電動機の位置制御装置。
The load shaft position estimate value is θ L_est as the load shaft position estimate value, θ M as the position detection value of the motor, and K Fe and J Le as parameters determined by the load and the characteristics of the load shaft, An electric motor position control device, wherein s is a Laplace operator, and is calculated by a transfer function of equation (2).
前記位置指令値の補正は、補正前の位置指令値をθM **、補正後の位置指令値をθM *、負荷軸の位置推定値をθL_est、ゲインをk1(0<k1<1)とするとき、(4)式で算出されることを特徴とする電動機の位置制御装置。
For correction of the position command value, the position command value before correction is θ M ** , the position command value after correction is θ M * , the estimated position value of the load shaft is θ L_est , and the gain is k1 (0 <k1 <1). ), The position control device for an electric motor calculated by the equation (4).
前記位置検出値と前記速度検出値を前記負荷モデルに入力して得られる負荷軸の速度推定値と前記位置制御器より出力される速度指令値から軸ねじり速度を推定し、この推定した軸ねじり速度に応じて軸ねじり速度を増加するべく前記速度指令値を補正することを特徴とする電動機の位置制御装置。In claim 1 ,
A shaft torsion speed is estimated from a load shaft speed estimation value obtained by inputting the position detection value and the speed detection value into the load model and a speed command value output from the position controller. A position control apparatus for an electric motor, wherein the speed command value is corrected so as to increase a shaft torsion speed in accordance with the speed.
前記位置検出値を前記負荷モデルに入力して得られる負荷軸の速度推定値と前記位置制御器より出力される速度指令値から軸ねじり速度を推定し、この推定した軸ねじり速度に応じて軸ねじり速度を増加するべく前記速度指令値を補正することを特徴とする電動機の位置制御装置。In claim 2 ,
A shaft torsional speed is estimated from a load shaft speed estimation value obtained by inputting the position detection value to the load model and a speed command value output from the position controller, and a shaft is set according to the estimated shaft torsional speed. A position control apparatus for an electric motor, wherein the speed command value is corrected so as to increase a twisting speed.
前記負荷軸の速度推定値は、前記負荷軸の速度推定値をωL_est、前記電動機の位置検出値をθM、前記電動機の速度検出値をωM、負荷及び前記負荷軸の特性により決定されるパラメータをCFe、KFe、JLeとし、sをラプラス演算子とするとき、(5)式の伝達関数で算出されることを特徴とする電動機の位置制御装置。
The estimated speed of the load shaft is determined by the estimated speed of the load shaft ω L — est , the detected position of the motor θ M , the detected speed of the motor ω M , the load and the characteristics of the load shaft. The motor position control device is characterized by being calculated by the transfer function of equation (5), where C Fe , K Fe , J Le are s and Laplace operator is s.
前記負荷軸の速度推定値は、前記負荷軸の速度推定値をωL_est、前記電動機の位置検出値をθM、負荷及び前記負荷軸の特性により決定されるパラメータをKFe、JLeとし、sをラプラス演算子とするとき、(6)式の伝達関数で算出されることを特徴とする電動機の位置制御装置。
The estimated speed of the load shaft is ω L_est as the estimated speed of the load shaft, θ M as the position detection value of the motor, and K Fe and J Le as parameters determined by the load and the characteristics of the load shaft, An electric motor position control device, wherein s is a Laplace operator, and is calculated by a transfer function of equation (6).
前記速度指令値の補正は、補正前の速度指令値をωM **、補正後の速度指令値をωM *、負荷軸の速度推定値をωL_est、ゲインをk2(0<k2 <k1×3)とするとき、(7)式で算出されることを特徴とする電動機の位置制御装置。
The speed command value is corrected by setting the speed command value before correction to ω M ** , the speed command value after correction to ω M * , the estimated speed value of the load shaft to ω L_est , and the gain to k2 (0 <k2 <k1). X3), the electric motor position control device is calculated by the equation (7).
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