JP5673087B2 - モータ制御装置 - Google Patents
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Description
本実施形態1におけるモータ制御装置1bのブロック図を図1,図2に示す。本実施形態1におけるモータ制御装置1bは、図1,図2に示すように、2つのユニットを有し、軸を回転駆動させる駆動制御部10a,10bと、軸変位を検出して軸支持力を発生させる軸支持制御部20a,20bと、外乱およびジャイロ効果を抑制する軸変位指令値の並進運動成分と回転運動成分を出力する振れ回り抑制制御部30a,30bと、を有する。
(1)dq座標上の軸変位指令値dp*,qp*,dr*,qr*が、軸支持制御部20a,20bやベアリングレスモータ(または、磁気軸受モータ)2a,2bを含む実システムを通り、係数Qap,Qbp,Qar,Qbrとの積により実システムの伝達特性を打ち消した信号ddnp,qdnp,ddnr,qdnr
(2)dq座標上の軸変位指令値dp*,qp*,dr*,qr*が実システムを通らず、検出用ローパスフィルタLPF2だけを適用した信号dLPFp,qLPFp,dLPFr,qLPFr
(1)は軸変位指令値dp*,qp*,dr*,qr*に実システム上の外乱が重畳した信号、(2)は軸変位指令値dp*,qp*,dr*,qr*に検出用LPF2を適用しただけであり外乱を含まない信号である。この2つの差分をとることで、外乱を求めることができる。
回転運動成分の軸変位αr=α1−α2・・・(8)
図2の振れ回り抑制制御部30a,30bの出力αp*,αr*は、並進運動成分と回転運動成分の軸変位指令値であるが、これらも同様に各ユニットの軸変位指令値α1*,α2*の加算・減算として下記(9),(10)式で表すことができる。
回転運動成分の軸変位指令値αr*=α1*−α2*・・・(10)
そのため、並進運動成分αp*や回転運動成分αr*から各ユニットの変位指令値α1*,α2*は以下の(11),(12)式で求めることができる。
ユニット2の軸変位指令値α2*=(αp*−αr*)/2・・・(12)
このため、ユニット1,2の軸支持制御部20a,20bにおいて、並進側と回転側の軸変位指令値αp*,βp*,αr*,βr*を加算・減算することにより、各ユニットの軸変位指令値α1*,β1*,α2*,β2*を求め、それに従い制御することで振れ回りを抑制することができる。正しくは、上記(11),(12)式に示すように、2で除算する必要があるが、2で除算しなくとも係数Qap,Qbp,Qar,Qbrが半分の大きさで測定されるため、制御動作上は問題ない。
本実施形態2におけるモータ制御装置1cのブロック図を図4,図5に示す。本実施形態2において、駆動制御部10a,10b,軸支持制御部20a,20bは実施形態1と同様に構成されている。一方、振れ回り抑制制御部30a,30bは実施形態1と比較して以下の点で相違する。
本実施形態3におけるモータ制御装置1dのブロック図を図6,7に示す。本実施形態3において、駆動制御部10a,10bは実施形態2と同様に構成されている。一方、軸支持制御部20a,20b,振れ回り抑制制御部30a,30bは実施形態2と比較して以下の点で相違する。
本実施形態4におけるモータ制御装置1eの振れ回り抑制制御部30a,30bのブロック図を図8に示す。本実施形態4において、駆動制御部10a,10b,軸支持制御部20a,20bは実施形態1と同様に構成されている。また、振れ回り抑制制御部30a,30bは複数並列に接続し、各々で算出された値を加算器39a〜39dにおいて加算し、軸変位指令値αp*,βp*,αr*,βr*を算出する。
実施形態5におけるモータ制御装置1fのブロック図を図9に示す。本実施形態5において、駆動制御部10a,10b,軸支持制御部20a,20bは実施形態1と同様に構成されている。実施形態1との相違点は、振れ回り抑制制御部30a,30bの入力をスイッチS4により軸変位検出値α1,β1と軸支持力指令値Fα1 *,Fβ1 *とで切替可能にし、スイッチS5において、軸変位検出値α2,β2と軸支持力指令値Fα2 *,Fβ2 *とで切替可能にしたことである。また、係数Qap,Qbp,Qar,QbrもスイッチS6,S7により入力に合わせて切り替え可能に変更する。
2…ベアリングレスモータ
10…駆動制御部
20…軸支持制御部
30…振れ回り抑制制御部
50…周期外乱オブザーバ
INV1a,INV1b…駆動側インバータ
INV2a,INV2b…軸支持側オブザーバ
LPF1…ローパスフィルタ
Claims (6)
- 電磁力によって軸支持を行う複数のベアリングレスモータまたは磁気軸受モータを制御するモータ制御装置であって、
前記モータの軸の径方向の軸変位を、モータの水平方向である第1の座標の軸変位とモータの鉛直方向である第2の座標の軸変位で表し、第1の座標の軸変位検出値と第1の座標の軸変位指令値との偏差に応じた第1の座標の軸支持力指令値、および、第2の座標の軸変位検出値と第2の座標の軸変位指令値との偏差に応じた第2の座標の軸支持力指令値に基づいて生成するゲート信号により、軸支持側インバータを制御する各モータの軸支持制御部と、
前記第1の座標の軸変位検出値と第2の座標の軸変位検出値から、第1の軸変位検出値の制御中心に対するモータ軸の変位を示す第1の座標の並進運動成分と水平状態からのモータ軸の傾きを示す第1の座標の回転運動成分と、第2の軸変位検出値の制御中心に対するモータ軸の変位を示す第2の座標の並進運動成分と水平状態からのモータ軸の傾きを示す第2の座標の回転運動成分とを求め、前記第1の座標の並進運動成分と第2の座標の並進運動成分と前記第1の座標の回転運動成分と第2の座標の回転運動成分のそれぞれについて、ローパスフィルタによって、軸の回転周波数に同期した直流成分の信号のみを抽出し、周期外乱オブザーバによって前記直流成分の信号に基づいて外乱を推定し、前記推定した外乱を抑制する第1の座標の軸変位指令値の第1の座標の並進運動成分と第1の座標の回転運動成分と、第2の座標の軸変位指令値の第2の座標の並進運動成分と第2の座標の回転運動成分を演算する振れ回り抑制制御部と、を備え、
前記軸支持制御部において、前記第1の座標の軸変位指令値の第1の座標の並進運動成分と第1の座標の回転運動成分と、第2座標の軸変位指令値の第2の座標の並進運動成分と第2の座標の回転運動成分に基づき、各モータの第1の座標の軸変位指令値と第2の座標の軸変位指令値を算出することを特徴とするモータ制御装置。 - 電磁力によって軸支持を行う複数のベアリングレスモータまたは磁気軸受モータを制御するモータ制御装置であって、
前記モータの軸の径方向の軸変位を、モータの水平方向である第1の座標の軸変位とモータの鉛直方向である第2の座標の軸変位で表し、第1の座標の軸変位検出値と第1の座標の軸変位指令値との偏差に応じた第1の座標の軸支持力指令値、および、第2の座標の軸変位検出値と第2の座標の軸変位指令値との偏差に応じた第2の座標の軸支持力指令値に基づいて生成するゲート信号により、軸支持側インバータを制御する各モータの軸支持制御部と、
前記第1の座標の軸支持力指令値と第2の座標の軸支持力指令値から、第1の座標の軸支持力指令値の制御中心に対するモータの軸の変位を示す第1の座標の並進運動成分と水平状態からのモータ軸の傾きを示す第1の座標の回転運動成分と第2の座標の軸支持力指令値の制御中心に対するモータの軸の変位を示す第2の座標の並進運動成分と水平状態からのモータ軸の傾きを示す第2の座標の回転運動成分を求め、前記第1の座標の並進運動成分と第2の座標の並進運動成分と第1の座標の回転運動成分と第2の座標の回転運動成分のそれぞれについて、ローパスフィルタにより、軸の回転周波数に同期した直流成分の信号のみを抽出し、周期外乱オブザーバによって前記直流成分の信号に基づいて外乱を推定し、前記推定した外乱を抑制する第1の座標の軸変位指令値の第1の座標の並進運動成分と第1の座標の回転運動成分と、第2の座標の軸変位指令値の第2の座標の並進運動成分と第2の座標の回転運動成分を演算する振れ回り抑制制御部と、を備え、
前記軸支持制御部において、前記第1の座標の軸変位指令値の第1の座標の並進運動成分と第1の座標の回転運動成分と、第2座標の軸変位指令値の第2の座標の並進運動成分と第2の座標の回転運動成分に基づき、各モータの第1の座標の軸変位指令値と第2の座標の軸変位指令値を算出することを特徴とするモータ制御装置。 - 電磁力によって軸支持を行う複数のベアリングレスモータまたは磁気軸受モータを制御するモータ制御装置であって、
前記モータの軸の径方向の軸変位を、モータの水平方向である第1の座標の軸変位とモータの鉛直方向である第2の座標の軸変位で表し、第1の座標の軸変位検出値と第1の座標の軸変位指令値との偏差に応じた第1の座標の軸支持力指令値、および、第2の座標の軸変位検出値と第2の座標の軸変位指令値との偏差に応じた第2の座標の軸支持力指令値に基づいて生成するゲート信号により、軸支持側インバータを制御する各モータの軸支持制御部と、
前記第1の座標の軸支持力指令値と第2の座標の軸支持力指令値から、第1の座標の軸支持力指令値の制御中心に対するモータの軸の変位を示す第1の座標の並進運動成分と水平状態からのモータ軸の傾きを示す第1の座標の回転運動成分と第2の座標の軸支持力指令値の制御中心に対するモータの軸の変位を示す第2の座標の並進運動成分と水平状態からのモータ軸の傾きを示す第2の座標の回転運動成分を求め、前記第1の座標の並進運動成分と第2の座標の並進運動成分と第1の座標の回転運動成分と第2の座標の回転運動成分のそれぞれについて、ローパスフィルタにより、軸の回転周波数に同期した直流成分の信号のみを抽出し、周期外乱オブザーバによって前記直流成分の信号に基づいて外乱を推定し、前記推定した外乱を抑制する第1の座標の軸支持力指令値の第1の座標の並進運動成分と第1の座標の回転運動成分、と第2の座標の軸支持力指令値の第2の座標の並進運動成分と第2の座標の回転運動成分を演算する振れ回り抑制制御部と、を備え、
前記軸支持制御部において、前記第1の座標の軸支持力指令値の第1の座標の並進運動成分と第1の座標の回転運動成分と、第2座標の軸支持力指令値の第2の座標の並進運動成分と第2の座標の回転運動成分に基づき、各モータの第1の座標の軸支持力指令値と第2の座標の軸支持力指令値を補正することを特徴とするモータ制御装置。 - 電磁力によって軸支持を行う複数のベアリングレスモータまたは磁気軸受モータを制御するモータ制御装置であって、
前記モータの軸の径方向の軸変位を、モータの水平方向である第1の座標の軸変位とモータの鉛直方向である第2の座標の軸変位で表し、第1の座標の軸変位検出値と第1の座標の軸変位指令値との偏差に応じた第1の座標の軸支持力指令値、および、第2の座標の軸変位検出値と第2の座標の軸変位指令値との偏差に応じた第2の座標の軸支持力指令値に基づいて生成するゲート信号により、軸支持側インバータを制御する各モータの軸支持制御部と、
スイッチにおいて、第1の座標の軸変位検出値と第2の座標の軸変位検出値または第1の座標の軸支持力指令値と第2の座標の軸支持力指令値のうち一方を入力し、前記第1の座標の軸変位検出値と第2の座標の軸変位検出値または第1の座標の軸支持力指令値と第2の座標の軸支持力指令値から、第1の軸変位検出値の制御中心に対するモータ軸の変位を示す第1の座標の並進運動成分と水平状態からのモータ軸の傾きを示す第1の座標の回転運動成分と、第2の軸変位検出値の制御中心に対するモータ軸の変位を示す第2の座標の並進運動成分と水平状態からのモータ軸の傾きを示す第2の座標の回転運動成分または第1の座標の軸支持力指令値の制御中心に対するモータの軸の変位を示す第1の座標の並進運動成分と水平状態からのモータ軸の傾きを示す第1の座標の回転運動成分と第2の座標の軸支持力指令値の制御中心に対するモータの軸の変位を示す第2の座標の並進運動成分と水平状態からのモータ軸の傾きを示す第2の座標の回転運動成分を求め、前記第1の座標の並進運動成分と第2の座標の並進運動成分と第1の座標の回転運動成分と第2の座標の回転運動成分のそれぞれについて、ローパスフィルタにより、軸の回転周波数に同期した直流成分の信号のみを抽出し、周期外乱オブザーバによって前記直流成分の信号に基づいて外乱を推定し、前記推定した外乱を抑制する第1の座標の軸変位指令値の第1の座標の並進運動成分と第1の座標の回転運動成分と、第2の座標の軸変位指令値の第2の座標の並進運動成分と第2の座標の回転運動成分を演算する振れ回り抑制制御部と、を備え、
前記軸支持制御部において、前記第1の座標の軸変位指令値の第1の座標の並進運動成分と第1の座標の回転運動成分と、第2座標の軸変位指令値の第2の座標の並進運動成分と第2の座標の回転運動成分に基づき、各モータの第1の座標の軸変位指令値と第2の座標の軸変位指令値を補正することを特徴とするモータ制御装置。 - 前記振れ回り抑制制御部を複数並列に接続し、各々で算出された指令値の並進運動成分と回転運動成分をそれぞれ加算することを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載のモータ制御装置。
- 前記周期外乱オブザーバは、
システム同定によって複素数で表現された実システムの伝達特性の逆関数を前記直流成分の信号に積算して、実システムの伝達特性が打ち消された値を算出し、この実システムの伝達特性が打ち消された値から、軸変位指令値が実システムを通過せず検出遅延だけを付加した値を減算して、外乱を推定することを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載のモータ制御装置。
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