JP6119872B2 - モータ制御装置 - Google Patents
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Description
まず、図1を用いて、一実施の形態に係るモータ制御装置の制御系モデルの概略的な構成について説明する。なお、この図1の制御ブロック図は、後述する3慣性共振系の制御対象モデル(負荷機械モデル)も含めて伝達関数形式で表しており、当該モータ制御装置が備えるCPU(演算装置;特に図示せず)がそれぞれソフトウェア処理の実行により実現する機能ブロックの集合で示している。またこの図1は、図示の煩雑を避けるために、上位制御装置や位置制御用フィードバックループや電流制御用フィードバックループなどをできるだけ省略して簡略化したモデルで表している。
次に、従来型の制振制御を行う制御系モデルの制御ブロック図を図2に示す。この従来型の制御モデルは、上記本実施形態の制御モデルから安定化補償器9と第1加算器10を除いたものである。つまり、位相補償器8から出力された第1差速度が第1フィードバックゲインKd1だけに入力され、第3減算器11がモータ速度と第1フィードバックゲインKd1の出力との間の第2差速度を算出する。
以下に、3慣性共振系に対する本実施形態の制振制御(図1参照)の原理について説明する。2慣性系に対して従来型制振制御(図2参照)を適用すると、従来型型制振制御によって形成される閉ループは、共振部の減衰係数を増やすように振る舞う。まず最初に、3慣性系に対して従来型制振制御を適用した場合に、どのように振る舞いが変化するかについて示す。
・・・(1)
・・・(2)
ここで、
・・・(3)
・・・(4)
・・・(5)
・・・(6)
である。式(4)から分かるように、式(2)の右辺第4項の特性多項式中の2次項は従来型制振制御によって変化しない。このことから、従来型制振制御では、3慣性共振系に完全な減衰を付与することはできない(安定化できない機械系が存在する。)
・・・(7)
したがって、速度偏差からモータ速度までの閉ループの伝達関数は、次式のようになる。
・・・(8)
・・・(8′)
ここで、
・・・(9)
・・・(10)
・・・(11)
・・・(12)
・・・(13)
である。
であるので、a2′/a4′は次式のように近似的に変形することができる。
・・・(14)
・・・(15)
したがって、速度偏差からモータ速度までの閉ループの伝達関数は、次式のようになる。
・・・(16)
ここで、
・・・(17)
・・・(18)
・・・(19)
・・・(20)
・・・(21)
である。式(16)において、右辺第4項の分母の5次の係数は1となっているので、前述の問題は発生しない。
本実施形態による効果を、図8〜図39のシミュレーション結果で示す。まず図1の制御系モデルにおいて、速度推定器6と第2減算器7を一体としたものは、トルク指令とモータ速度を入力として第1差速度を出力する速度オブザーバ12と見なすことができる。この速度オブザーバ12内の制御ブロックを変形すると、図1は図7のように書き直すことができる。この図7から分かるように、速度オブザーバ12が出力する第1差速度は、制振原理で必要な差速度(図中の第2減算器7の出力信号u)に1次ハイパスフィルタ13を通した信号とみなせる。この制振原理の差速度uから第1加算器10の出力信号yまでの経路における周波数特性(第1差速度の生成点から第1フィードバックゲインの出力と安定化補償器の出力との加算点までの周波数特性に相当)のボード線図を、図8、図9に示す。なお、図8、図9のボード線図における「ゲイン」とは、対象としてる開ループの入力信号uと出力信号yとの間の振幅比(dB準拠)に相当する。
以上説明した実施形態によれば、次のような効果を得る。すなわち、本実施形態のモータ制御装置100では、従来型制振制御に対してさらに第1フィードバックゲインKd1と並列に第1差速度を入力してその周波数特性を変更し、第1フィードバックゲインKd1の出力に加算する安定化補償器9を有していることで、制振制御が抑制できる振動成分の帯域を広げることができる(図8、図9参照)。これにより、帯域が近い2つの共振系の振動成分を抑制でき、つまり3慣性系に対してもその機械共振の影響を抑制できるため、さらなる速度ループゲインKvの高ゲイン化が可能となる。なお、図9に示すような適切な調整により、3慣性以上の多慣性系に対しても複数の共振系の振動成分を抑制でき、さらなる速度ループゲインKvの高ゲイン化が可能となる。
2 トルク指令生成部
3 トルク指令フィルタ
4 モータモデル
5 負荷機械モデル
6 速度推定器
7 第2減算器
8 位相補償器
9 安定化補償器
10 第1加算器
11 第3減算器
51 第1共振点モデル
52 第1反共振点モデル
53 第2共振点モデル
54 第2反共振点モデル
61 等価剛体特性器
62 速度加算器
63 積分器
81 位相調整用ハイパスフィルタ
82 位相調整用ローパスフィルタ
91 近似微分器
100 モータ制御装置
Kd1 第1フィードバックゲイン
Kd2 第2フィードバックゲイン
Ks 調整ゲイン
Claims (11)
- モータを制御するためのモータ制御装置であって、
前記モータに入力するトルク指令に基づいて前記モータの等価剛体速度を推定し出力する速度推定器と、
モータ速度と前記等価剛体速度との間の第1差速度を取得する第1フィードバックゲインと、
速度指令と、前記モータ速度と前記第1フィードバックゲインの出力との間の第2差速度との速度偏差に基づいて前記トルク指令を生成するトルク指令生成部と、
前記第1フィードバックゲインと並列に前記第1差速度を取得してその周波数特性を変更し、前記第1フィードバックゲインの出力に加算する安定化補償器と、を有する
ことを特徴とするモータ制御装置。 - 前記安定化補償器は、
前記第1差速度における前記速度推定器の遮断周波数以上の周波数成分のゲインを大きくし、かつ、前記第1差速度の周波数特性において前記周波数成分の位相変化を小さくするよう周波数特性を変更することを特徴とする請求項1記載のモータ制御装置。 - 前記安定化補償器は、
前記第1差速度の生成点から前記第1フィードバックゲインの出力と前記安定化補償器の出力との加算点までの周波数特性において振動抑制に関する周波数帯域での位相変化を小さくするよう周波数特性を変更することを特徴とする請求項2記載のモータ制御装置。 - 前記安定化補償器は、微分器と第2フィードバックゲインの直列結合を有していることを特徴とする請求項3記載のモータ制御装置。
- 前記微分器は、近似微分器を有していることを特徴とする請求項4記載のモータ制御装置。
- 前記安定化補償器は、その伝達関数が、
前記トルク指令生成部、前記速度推定器、前記第1フィードバックゲイン、前記モータ、及び前記モータが駆動する3慣性共振系機械を含む系の前記速度偏差からモータ速度までの閉ループの伝達関数における各次数の微分の係数を、1又は前記第2フィードバックゲインが入る値とするよう設定されていることを特徴とする請求項5記載のモータ制御装置。 - モータを制御するためのモータ制御装置であって、
前記モータに入力するトルク指令に基づいて前記モータの等価剛体速度を推定し出力する速度推定器と、
モータ速度と前記等価剛体速度との間の第1差速度を取得する第1フィードバックゲインと、
速度指令と、前記モータ速度と前記第1フィードバックゲインの出力との間の第2差速度との速度偏差に基づいて前記トルク指令を生成するトルク指令生成部と、
前記第1フィードバックゲインと並列に前記第1差速度を入力して、その出力を前記第1フィードバックゲインの出力に加算する近似微分器と第2フィードバックゲインの直列結合からなり、前記第1差速度における前記速度推定器の遮断周波数以上の周波数成分のゲインを大きくし、かつ、前記第1差速度の生成点から前記第1フィードバックゲインの出力と安定化補償器の出力との加算点までの周波数特性において振動抑制に関する周波数帯域での位相変化を小さくするよう周波数特性を変更する前記安定化補償器と、を有する
ことを特徴とするモータ制御装置。 - 前記第1フィードバックゲインへ入力する前の前記第1差速度の位相を調整するための位相調整用ハイパスフィルタと位相調整用ローパスフィルタを設けていることを特徴とする請求項7記載のモータ制御装置。
- 前記速度推定器の遮断周波数、及び前記位相調整用ハイパスフィルタと前記位相調整用ローパスフィルタの遮断周波数が制振対象の周波数の略1/2から略1/3に調整可能であることを特徴とする請求項8記載のモータ制御装置。
- モータを制御するためのモータ制御装置であって、
前記モータに入力するトルク指令に基づいて前記モータの等価剛体速度を推定し出力する速度推定器と、
モータ速度と前記等価剛体速度との間の第1差速度を入力する第1フィードバックゲインと、
速度指令と、前記モータ速度と前記第1フィードバックゲインの出力との間の第2差速度との速度偏差に基づいて前記トルク指令を生成するトルク指令生成部と、
前記第1フィードバックゲインと並列に前記第1差速度を入力してその周波数特性を変更し、前記第1フィードバックゲインの出力に加算する手段と、を有する
ことを特徴とするモータ制御装置。 - モータを制御するためのモータ制御装置が備える演算装置に実行させるモータ制御方法であって、
前記モータに入力するトルク指令に基づいて前記モータの等価剛体速度を推定し出力することと、
モータ速度と前記等価剛体速度との間の第1差速度を取得して第1フィードバックゲインを乗算することと、
速度指令と、前記モータ速度と前記第1フィードバックゲインの乗算出力との間の第2差速度との速度偏差に基づいて前記トルク指令を生成することと、
前記第1フィードバックゲインの乗算とは別に前記第1差速度を取得してその周波数特性を変更し、前記第1フィードバックゲインの乗算出力に加算することと、
を実行することを特徴とするモータ制御方法。
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