JP6740795B2 - Speed control system - Google Patents
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本発明は、可変速装置など、回転機(モータ、発電機等)などの回転速度を制御する速度制御システムに係り、速度フィードバック制御に使用されるPI制御方式に関する。 The present invention relates to a speed control system for controlling the rotation speed of a rotating machine (motor, generator, etc.) such as a variable speed device, and relates to a PI control method used for speed feedback control.
アブソリュートタイプのエンコーダでは分解能が高く、シリアル伝送などによって現在の位置情報を定期的に得ることができるので、正確な回転位相や速度を検出することができる。しかし環境の悪い分野などでは、歯車状の金属と磁気や高周波の原理を利用したセンサとを組み合わせた構成のパルスエンコーダなどが用いられている。パルスエンコーダには、サーボ用途などのエンコーダは数千パルス(2の10〜12乗)程度の高い分解能のものもあるが、耐環境性や機械振動などの問題がある場合は、(2の6〜8乗)程度という低い分解能のエンコーダが使用されることもある。本発明はこのような低分解能のパルスエンコーダを使用する場合を想定して、PI制御の方式を変更することにより速度制御性能の改善を図る。 The absolute type encoder has a high resolution, and the current position information can be periodically obtained by serial transmission or the like, so that an accurate rotation phase or speed can be detected. However, in an environment where the environment is poor, a pulse encoder having a configuration in which a gear-shaped metal and a sensor using the principle of magnetism or high frequency are combined is used. Some encoders for servo applications have high resolution of about several thousand pulses (2 to the power of 10 to 12), but if there are problems such as environmental resistance and mechanical vibration, (6 of 2 An encoder having a resolution as low as (~8th power) may be used. The present invention aims to improve the speed control performance by changing the PI control method on the assumption that such a low-resolution pulse encoder is used.
PI制御には、位置形と速度形などの種類があるが、速度制御では速度形のPI制御が使用されることが多い。速度形のPI制御をサンプル値制御の離散系の演算ブロック図で現したものが図1である。この図1を従来例1とする。これは次の要素で構成されている。 There are various types of PI control such as position type and speed type, but speed type PI control is often used in speed control. FIG. 1 shows the velocity type PI control in a calculation block diagram of a discrete system of sample value control. This FIG. 1 is referred to as Conventional Example 1. It consists of the following elements:
(1)入力:速度指令値ω_ref,エンコーダによる速度検出値ω_det
(2)比例ゲイン:Kps
(3)積分時定数:Tis
(4)サンプル周期(時間):dT
(5)サンプラ、サンプル時間の遅延素子:Z-1
(6)トルク指令出力:τ_pio
(7)トルク指令出力のリミッタ値:±τ_lim
ディジタル制御演算器で制御を実行するためには、サンプル値系(離散系)で取り扱う必要があり、この演算は速度制御用の割込信号(サンプルタイミング)により演算処理を開始する。パルスエンコーダの信号から速度検出するためには、まずハードウェアなどで実装された回路にて、パルスカウンタの値やそのパルス発生時刻などを計測しておき、ディジタル演算器ではサンプル周期ごとにその計測回路から検出情報を読み出している。処理としては、最初に速度検出演算を行った後に、図1のような速度制御演算を実行してトルク指令を出力する。
(1) Input: speed command value ω_ref, speed detection value ω_det by encoder
(2) Proportional gain: Kps
(3) Integration time constant: Tis
(4) Sample period (time): dT
(5) Sampler, delay element of sample time: Z -1
(6) Torque command output: τ_pio
(7) Limiter value of torque command output: ±τ_lim
In order to execute control by the digital control arithmetic unit, it is necessary to handle in a sample value system (discrete system), and this arithmetic operation starts the arithmetic processing by an interrupt signal (sample timing) for speed control. In order to detect the speed from the pulse encoder signal, first measure the value of the pulse counter and its pulse generation time with a circuit implemented in hardware, etc. The detection information is read from the circuit. As a process, after first performing a speed detection calculation, a speed control calculation as shown in FIG. 1 is executed to output a torque command.
尚、速度検出演算に関する先行技術文献としては、特許文献1があり、この原理は非特許文献1に記載されている。
As a prior art document relating to speed detection calculation, there is
図1では、割込(サンプル)タイミングで速度検出を実行するので、割込周期(サンプル周期)で動作するサンプラ(ラッチ回路)(Z-1)にてタイミングが制限されることを明示しており、入力部のサンプラ1a,1bでは、速度指令値ω_refと速度演算後の速度検出値ω_detがラッチされている。PI制御のうち、比例項では減算器2aにおいて速度指令値から速度検出値を減算し、この差分に比例ゲインKpsを乗算して比例項のトルク指令τ_pとしている。積分項では、まず係数器3において、前記比例項のトルク指令τ_pに積分時定数に相当する係数(dT/Tis)を乗算して、サンプル周期における積分項のトルク指令の増分に相当する積分項Δτ_i成分を計算する。
In FIG. 1, since speed detection is executed at interrupt (sample) timing, it is clearly shown that the timing is limited by the sampler (latch circuit) (Z −1 ) operating at the interrupt cycle (sample cycle). In the
速度形PI制御では、サンプラ1cおよび減算器2bによりτ_p項を時間差分したもの(Δτ_p)と前記積分項Δτ_iを加算器4aにて加算し、それにサンプラ1dで遅らせた前回のトルク指令出力τ_pioを加算器4bにて加算して、更新したいトルク指令出力(τ_p+τ_i)を計算する。しかし、トルクリミッタ値(±τ_lim)に制限する必要があるので、トルクリミッタ(トルク制限部)5で制限された値が最終的なトルク指令出力τ_pioとなる。
In the velocity PI control, the time difference of the τ_p term (Δτ_p) by the sampler 1c and the
これが基本的な速度形PI制御の構成例であり、これについては既に多くの文献などに記載されている。 This is a basic configuration example of the speed PI control, which has been already described in many documents.
さらに図1の構成を、図2(a),(b),(c)のように展開すると、図3のような、「位置形のPI制御構成」に対してリミッタ動作時に積分項にフィードバックする機能を追加した構成にすることもできる。 When the configuration of FIG. 1 is further developed as shown in FIGS. 2A, 2B, and 2C, feedback is provided to the integral term during the limiter operation for the “positional PI control configuration” as shown in FIG. It is also possible to have a configuration in which a function for
図2(a)では、図1のサンプラ1cと1dの各入力(フィードバック分)を減算器2c、サンプラ1eによってまとめ、サンプラ1eの加算先(加算器4a)を積分項に移動している。減算器2cの偏差出力はトルク補正量(フィードバック量)Δτ_fbとする。
In FIG. 2A, the respective inputs (feedback amount) of the
図2(b)では、図2(a)と同じ構成にてレイアウトのみ変更している。 In FIG. 2B, only the layout is changed in the same configuration as that of FIG.
図2(c)では、図2(b)におけるτ_pとτ_iの加算部(加算器4b)を図2(b)の点Aよりも前に移動している。点Aの分岐をまたぐので、等価にするために、τ_iとトルク補正量Δτ_fbを加算する加算器4cを追加して設けてある。
In FIG. 2(c), the addition unit (
図3では、図2(c)のΔτ_fbの加算先を前の加算器4aに移動し、Δτ_fbのフィードバック部と、τ_iを出力する積算部を分離させている。このため、図2(c)の加算器4aと4bの間に、加算器4dおよびサンプラ1fが設けられている。
In FIG. 3, the addition destination of Δτ_fb in FIG. 2C is moved to the
この図3は、図1と機能は等価であるが、構成の形態が異なるので、これを従来例2とする。図1では積分項の成分が陽には表れていなかったが、図3では積分項の成分(速度指令値と速度検出値との差の時間積分)が明示されていることが特徴であり、これが図1との差異といえる。しかし、機能的には全く同じであり、同じ入力なら同じ動作結果を出力する。 Although FIG. 3 is equivalent in function to FIG. 1, the form of the configuration is different, and therefore this is referred to as Conventional Example 2. In FIG. 1, the component of the integral term did not appear explicitly, but in FIG. 3, the component of the integral term (time integration of the difference between the speed command value and the speed detection value) is clearly shown. This can be said to be the difference from FIG. However, they are functionally the same and output the same operation result if they have the same input.
ここで、本発明と似た目的の従来例として、図1と図3におけるエンコーダによる速度検出値ω_detを求めるための速度検出装置およびその速度検出装置で求めた速度検出値を利用して制御を行う速度制御システムの例を図15〜図18に示す。 Here, as a conventional example having a similar purpose to the present invention, control is performed using a speed detection device for obtaining the speed detection value ω_det by the encoder in FIGS. 1 and 3 and the speed detection value obtained by the speed detection device. Examples of the speed control system to be performed are shown in FIGS.
速度検出装置を示す図15の構成は大きく分けて、左側の「ディジタル検出回路」と右側の「CPU演算」に分けられる。ディジタル検出回路の部分は、基本的には特許文献1や非特許文献1の検出回路と同様である。
The configuration of FIG. 15 showing the speed detecting device is roughly divided into a “digital detection circuit” on the left side and a “CPU operation” on the right side. The part of the digital detection circuit is basically the same as the detection circuit of
50は回転機の回転角度を検出するパルスエンコーダであり、モータなどの回転体の位相に応じてパルス信号を発生する。2相のパルス信号が出力されるものであるが、ここでは1相パルス信号に簡素化して説明する。
A
51はパルスエンコーダ50からの出力パルスを波形整形する波形整形回路であり、パルスエンコーダ50の出力パルスの立上り、立下がりの各エッジを検出し、位相に相当するカウンタのUP/DOWN信号(Edg_up/Edg_dw)に変換する。
52は、波形整形回路51から出力されるカウンタのUP/DOWN信号のOR演算を行ってパルス発生信号Edgを出力するOR回路である。以降、「パルス発生信号」を「パルス」と簡素化して使用する場合もある。
53は、波形整形回路51で検出されたパルスの立上りエッジ、立下りエッジによりアップ/ダウンカウントを行い、カウント値をパルス位相値(θpp)として出力するパルス位相アップダウンカウンタであり、UP/DOWN信号(Edg_up/Edg_dw)によりカウンタ値θppをインクリメント(Up)/デクリメント(Dw)する。
54は、パルスの発生時刻を計測するための基準時刻を生成するタイマ回路であり、ディジタル回路の基準クロックをカウントして時刻データtを出力する。またタイマ回路54は、CPUからD型フリップフロップ55を介して入力されるサンプル周期設定に応じて、該サンプル周期毎に割込信号Smpl(m)を出力する機能も有している。
ここで、Smpl(m)の(m)は発生するタイミングを示すための識別子であり、mの具体的な値については「m1,m2,m3…」として表す。56は、前記パルス発生信号Edgが発生したときのタイマ回路54から出力された時刻データtを記憶保持し、パルス発生時刻tppとして出力するパルス発生時刻計測回路であり、OR回路52の出力(Edg)をイネーブル信号とするラッチ回路(DEN−ff)で構成されている。
Here, (m) of Smpl(m) is an identifier for indicating the timing of occurrence, and the specific value of m is expressed as "m1, m2, m3... ". A pulse generation
57は、OR回路52からのパルス発生信号Edgによりセットされ、タイマ回路54からの割込信号Smpl(m)によりリセットされ、該割込信号の発生周期の間にパルスエッジ(Edg)が発生したか否かを検出するフリップフロップ回路である。このフリップフロップ回路57は、セット優先のSR−フリップフロップ(SRff)回路であり、割込信号Smpl(m)間にパルスエッジ(Edg)が発生していなければ「0」、発生していれば「1」のパルス有無フラグを出力し、次段の読み出し用バッファ58に出力する(厳密には、受信側のEN(イネーブル)信号発生時にデータの転送が行われる)。
57 is set by the pulse generation signal Edg from the
このように割込信号Smpl(m)は、速度検出演算が可能/不可能であるかの判定のためにフリップフロップ回路57に使用されるだけでなく、後述する多段バッファから成る読み出し用バッファ58のデータ転送の制御にも利用される。したがって、前記3種類の「パルス有無フラグとパルス位相値θppとパルス発生時刻tpp」は同時に更新される。
As described above, the interrupt signal Smpl(m) is not only used by the flip-
読み出し用バッファ58は、前記タイマ回路54からの割込信号Smpl(m)をイネールブル信号として、パルス位相アップダウンカウンタ53から送出されるパルス位相値θpp、パルス発生時刻計測回路56から送出されるパルス発生時刻tppおよびフリップフロップ回路57から送出されるパルス有無フラグ(パルス有無信号)を各々保持する。
The read buffer 58 uses the interrupt signal Smpl(m) from the
この読み出し用バッファ58は、割込信号Smpl(m)の発生時刻における「パルス有無フラグ」、「パルス位相値θpp」、「パルス発生時刻tpp」の3個の瞬時値を記憶するラッチ回路58a〜58c(図示Dff1〜Dff3)で構成されている。
This read buffer 58 stores a
ラッチ回路58a〜58cの出力側はCPUなどから計測値として読み出すものであり、複数のデータがバスアクセスされる期間中に値が変化して同時性が失われないように、割込信号Smpl(m)の発生タイミングで同時にラッチさせ、それ以外の期間では値を保持させている。
The output sides of the
尚、前記波形整形回路51、OR回路52、パルス位相アップダウンカウンタ53、タイマ回路54、D型フリップフロップ55、パルス発生時刻計測回路56、フリップフロップ回路57および読み出し用バッファ58によってパルス情報取得部を構成している。
In addition, the
61は前記ラッチ回路58b(Dff2)のレジスタ値(パルス位相値θpp)を読み出して記憶するパルス位相バッファ(多段バッファ;Buff2)であり、62は前記ラッチ回路58c(Dff3)のレジスタ値(パルス発生時刻tpp)を読み出して記憶するパルス時刻バッファ(多段バッファ;Buff3)である。
63は、複数サンプル周期前に取得され、パルス位相バッファ61、パルス時刻バッファ62に記憶されたパルス情報(パルス位相値θpp、パルス発生時刻tpp)を選択するための選択信号(Sel)を設定する速度差データ選択回路(選択信号設定部)である。選択信号Selは、具体的にはサンプル周期毎に出力される割込信号Smpl(m)の識別子である(m)の値であり、複数サンプル周期前に相当する値に設定される。
64は、前記パルス位相バッファ61に記憶されたパルス位相情報のうち、前記選択信号Selが示す複数サンプル周期前の(過去の)パルス位相情報を選択する前回値選択用セレクタ(Select2)(過去情報選択部)である。
65は、前記パルス時刻バッファ62に記憶されたパルス時刻情報のうち、前記選択信号Selが示す複数サンプル周期前の(過去の)パルス時刻情報を選択する前回値選択用セレクタ(Select3)(過去情報選択部)である。
Reference numeral 65 designates a previous value selection selector (Select3) (past information) for selecting (past) pulse time information of a plurality of sample periods before the pulse time information stored in the
前記パルス位相バッファ61およびパルス時刻バッファ62は、従来の例えば特許文献1では最新のパルス情報を1段目のバッファに、過去のパルス情報を2段目のバッファに記憶させておき、この2個の情報に基づいて速度検出値を演算するものであったが、この図15では図16に示すように、多段のFIFO(ファーストインファーストアウト)動作をするスタックメモリ(多段バッファ)に拡張している。
The
図16において、71は、図15の割込信号Smpl(m)(タイマ回路54の出力)およびパルス有無信号(ラッチ回路Dff1の出力)の論理積を演算するAND回路である。 In FIG. 16, reference numeral 71 is an AND circuit that calculates the logical product of the interrupt signal Smpl(m) (output of the timer circuit 54) and the pulse presence/absence signal (output of the latch circuit Dff1) in FIG.
72は、図15の読み出し用バッファ58から読み出されたパルス位相情報およびパルス発生時刻情報(検出データ)を格納する多段バッファであり、最新情報を記憶するラッチ回路72−0(Dff0)(最新情報記憶用バッファ)と、過去情報を記憶するn段(nは整数)のラッチ回路72−1〜72−5(Dff1〜Dff5)(過去情報記憶用バッファ)とで構成されている。 Reference numeral 72 is a multi-stage buffer that stores pulse phase information and pulse generation time information (detection data) read from the read buffer 58 in FIG. 15, and is a latch circuit 72-0 (Dff0) (latest) that stores the latest information. The information storage buffer) and n-stage (n is an integer) latch circuits 72-1 to 72-5 (Dff1 to Dff5) (past information storage buffer) that store past information.
尚図16では、過去情報記憶用バッファであるn段のラッチ回路を5つとして構成しているが、他の複数段数で構成してもよい。また、図15の読み出し用バッファ58のラッチ回路58a〜58cのDff1〜Dff3と、図16のラッチ回路72−1〜72−3のDff1〜Dff3は同一記号の表記を使用しているが、これらは異なる回路である。
Note that in FIG. 16, the n-stage latch circuit that is the buffer for storing past information is configured as five, but it may be configured by a plurality of other stages. Further, although Dff1 to Dff3 of the
ラッチ回路72−0のD端子には、読み出し用バッファ58のラッチ回路58bの出力(パルス位相情報)又はラッチ回路58cの出力(パルス時刻情報)が検出データとして入力される。
The output of the
ラッチ回路72−0のQ出力はラッチ回路72−1のD端子に入力され、ラッチ回路72−1のQ出力はラッチ回路72−2のD端子に入力され、ラッチ回路72−2のQ出力はラッチ回路72−3のD端子に入力され、ラッチ回路72−3のQ出力はラッチ回路72−4のD端子に入力され、ラッチ回路72−4のQ出力はラッチ回路72−5のD端子に入力されている。 The Q output of the latch circuit 72-0 is input to the D terminal of the latch circuit 72-1, the Q output of the latch circuit 72-1 is input to the D terminal of the latch circuit 72-2, and the Q output of the latch circuit 72-2. Is input to the D terminal of the latch circuit 72-3, the Q output of the latch circuit 72-3 is input to the D terminal of the latch circuit 72-4, and the Q output of the latch circuit 72-4 is the D terminal of the latch circuit 72-5. It is input to the terminal.
各ラッチ回路72−0〜72−5は、割込信号とパルス有無信号の論理積をとったAND回路71の出力をイネーブル信号とし、読み込みデータの書き込みや、バッファ間(ラッチ回路72−0〜72−5間)のデータ移動が割込処理により実行される。 Each of the latch circuits 72-0 to 72-5 uses the output of the AND circuit 71, which is the logical product of the interrupt signal and the pulse presence/absence signal, as an enable signal, and writes read data and buffers (latch circuits 72-0 to 72-0. Data movement (between 72 and 5) is executed by the interrupt process.
このように割込信号とパルス有無信号の論理積信号をイネーブル信号としているため、パルス有無信号(パルス有無フラグ)が「パルスが発生」した場合のみ各バッファ(ラッチ回路72−0〜72−5)を動作させ、パルスが無い場合には過去の値を保持させることができる。このようなパルス有無信号によるデータ転送制限機能を有しているため、回転速度が低下してパルス発生周期が割込信号周期よりも長くなって「パルス休止」状態になっても対応できる。 Since the AND signal of the interrupt signal and the pulse presence/absence signal is used as the enable signal in this manner, each buffer (latch circuits 72-0 to 72-5) is provided only when the pulse presence/absence signal (pulse presence/absence flag) "generates a pulse". ) Is operated and the past value can be held when there is no pulse. Since it has a data transfer limiting function by such a pulse presence/absence signal, it can cope even if the rotation speed is lowered and the pulse generation period becomes longer than the interrupt signal period to enter the “pulse pause” state.
図16の73は、図15の前回値選択用セレクタ64,65(Select2,Select3)の機能を実現する前回値選択用セレクタであり、ラッチ回路72−1〜72−5の各Q出力であるデータData(1)〜Data(5)のうち、速度差データ選択回路63(スタックバッファ)からの選択信号Selが示す複数サンプル周期前のデータを選択する。
前記選択信号SelをCPUへの設定により切り替える(速度差データ選択回路63における選択信号を変更する)ことにより、固定したサンプル周期でデータをラッチさせていても、任意のサンプル回数より以前の時刻で発生したパルスの情報を取り出すことが可能になる。 By switching the selection signal Sel according to the setting to the CPU (changing the selection signal in the speed difference data selection circuit 63), even if the data is latched at a fixed sample period, the data is latched at a time earlier than an arbitrary number of samples. It becomes possible to take out the information of the generated pulse.
図15の66は、パルス位相バッファ61内の最新パルス位相と、前回値選択用セレクタ64で選択された複数サンプル周期前のパルス位相との差分を計算する減算器(Sub2)であり、67は、パルス時刻バッファ62内の最新パルス時刻と、前回値選択用セレクタ65で選択された複数サンプル周期前のパルス時刻との差分を計算する減算器(Sub3)である。
68は、減算器66の出力である位相差分を、減算器67の出力である時間差分で除算して速度検出1(速度検出値)を出力する除算器である。前記減算器66,67および除算器68によって本発明の速度検出演算部を構成している。
前記パルス位相バッファ61、パルス時刻バッファ62、速度差データ選択回路63、前回値選択用セレクタ64,65、減算器66,67、除算器68は、CPU演算機能の構成要素としてソフトウェアなどで実装することを想定している。
The
尚、前記速度差データ選択回路63の選択信号Selとして設定している。この選択信号Selをどのように決定するかは、「速度演算を計算する時間間隔は短いほうが応答性能を高くでき、逆に長いほうが精度が良い」という経験則に鑑みて、エンコーダの種類やパルス数およびジッタの発生量などから経験的に設定するなどの方法が考えられる。
It is set as the selection signal Sel of the speed difference
図15、図16の構成によれば、複数パルス周期前のパルス情報から最新パルス情報までの速度検出期間を長くする(選択信号設定部で設定する)ことができ、速度検出における、パルス信号の発生時刻の揺らぎによるオフセット誤差を抑制して速度検出精度を向上させることができる。 According to the configurations of FIGS. 15 and 16, the speed detection period from the pulse information of a plurality of pulse periods before to the latest pulse information can be lengthened (set by the selection signal setting unit), and the pulse signal of the speed detection can be performed. It is possible to suppress the offset error due to the fluctuation of the occurrence time and improve the speed detection accuracy.
図15、図16では、固定割込周期であっても、速度検出期間を可変にできる構成を示した。これは、CPU内部のメモリ機能などを有効利用すれば簡単に実現できる。さらに、速度演算回数を増やせば、異なる速度検出期間を有する複数の速度検出演算を実行することもできる。そこで、複数の速度検出、例えば速度検出1と速度検出2の2個の速度検出演算を実行する例を図17に示す。図17において、図15と異なる部分を説明すると、選択信号設定部として、図15の速度差データ選択回路63に代えて第1のサンプル周期前に取得され記憶されたパルス情報を選択するための第1の選択信号Sel1(前回1)と、第1のサンプル周期前よりも過去の第2のサンプル周期前に取得され記憶されたパルス情報を選択するための第2の選択信号Sel2(前回2)とを設定する速度差データ選択回路83が設けられている。
FIGS. 15 and 16 show a configuration in which the speed detection period can be changed even in the fixed interrupt cycle. This can be easily realized by effectively utilizing the memory function inside the CPU. Further, by increasing the number of speed calculation times, it is possible to execute a plurality of speed detection calculations having different speed detection periods. Therefore, FIG. 17 shows an example in which a plurality of speed detections, for example, two speed detection calculations of
また、第1の過去情報選択部として、第1の選択信号Sel1によりパルス位相バッファ61内の第1のサンプル周期前のパルス位相情報を選択する前回値1選択用セレクタ64−1と、パルス時刻バッファ62内の第1のサンプル周期前のパルス時刻情報を選択する前回値1選択用セレクタ65−1とが設けられている。
Further, as a first past information selection unit, a
また、第2の過去情報選択部として、第2の選択信号Sel2によりパルス位相バッファ61内の第2のサンプル周期前のパルス位相情報を選択する前回値2選択用セレクタ64−2と、パルス時刻バッファ62内の第2のサンプル周期前のパルス時刻情報を選択する前回値2選択用セレクタ65−2とが設けられている。
Further, as the second past information selection unit, the
また、第1の速度検出演算部として、パルス位相バッファ61の最新パルス位相と前回値1選択用セレクタ64−1によって選択された第1のサンプル周期前のパルス位相との差分を計算する減算器66−1と、パルス時刻バッファ62の最新パルス発生時刻と前回値1選択用セレクタ65−1によって選択された第1のサンプル周期前のパルス発生時刻との差分を計算する減算器67−1と、減算器66−1の偏差出力である位相差分を、減算器67−1の偏差出力である時間差分で除算して速度検出1(第1の速度検出値)を出力する除算器68−1とが設けられている。
Further, as a first speed detection calculation unit, a subtracter that calculates a difference between the latest pulse phase of the
また、第2の速度検出演算部として、パルス位相バッファ61の最新パルス位相と前回値2選択用セレクタ64−2によって選択された第2のサンプル周期前のパルス位相との差分を計算する減算器66−2と、パルス時刻バッファ62の最新パルス発生時刻と前回値2選択用セレクタ65−2によって選択された第2のサンプル周期前のパルス発生時刻との差分を計算する減算器67−2と、減算器66−2の偏差出力である位相差分を、減算器67−2の偏差出力である時間差分で除算して速度検出2(第2の速度検出値)を出力する除算器68−2とが設けられている。
Also, as a second speed detection calculation unit, a subtractor that calculates a difference between the latest pulse phase of the
その他の部分は図15と同一に構成されている。 Other parts are configured the same as in FIG.
図17の構成において、速度検出演算までの各動作は図15と同様であり、異なる速度検出期間により演算した速度検出1と速度検出2を得ることができる。
In the configuration of FIG. 17, each operation up to the speed detection calculation is the same as that of FIG. 15, and the
このように、2種類の速度検出において異なる速度検出期間を設定しておき、それぞれの速度検出の長所を生かすことにより、「速度検出周期が短いと速度誤差が大きくなり、逆に長いとムダ時間が長くなって応答性能に制限が生じる」という問題を対策することができる。その対策を行った回転機の速度制御系の構成図が図18であり、図17の速度検出装置を一般的な比例積分(微分)制御(PI(D)制御)と呼ばれる速度制御方式に適用した例である。 In this way, different speed detection periods are set for the two types of speed detection, and the advantages of each speed detection are utilized, whereby "speed error becomes large when the speed detection cycle is short, and conversely when the speed detection period is long, waste time is lost." Is long and the response performance is limited.” FIG. 18 is a block diagram of a speed control system of a rotating machine that takes measures against the problem, and the speed detection device of FIG. 17 is applied to a speed control method called general proportional-plus-integral (derivative) control (PI(D) control). It is an example.
図18では、CPU演算部分を枠として表現して中央に配置してあり、この枠外の左側が図15や図17のディジタル検出回路に相当し、該ディジタル検出回路内のパルスエンコーダ50以外の各回路を速度検出回路100としている。
In FIG. 18, the CPU operation portion is expressed as a frame and arranged in the center, and the left side outside this frame corresponds to the digital detection circuit of FIGS. 15 and 17, and each element other than the
CPU演算部分のASR制御部(Automatic Speed Regulator;自動速度制御部)200は、次のように構成されている。 The ASR control unit (Automatic Speed Regulator) 200 of the CPU calculation unit is configured as follows.
速度指令発生部201は、時間に応じて回転機の目標速度を速度指令として出力し、速度制御はこれに追従する動作を行う。
The
速度検出演算部210は図17右側のCPU演算部分に相当し、速度検出1と速度検出2という、速度検出期間が異なる2種類の速度検出値を出力する。
The speed
減算器202において速度指令と速度検出1の偏差がとられ、減算器203において速度指令と速度検出2の偏差がとられる。
The subtractor 202 takes the deviation between the speed command and the
204は減算器202の偏差出力に対して比例(微分)制御を行う比例制御項としてのP(D)制御部であり、205は減算器203の偏差出力に対して積分制御を行う積分制御項としてのI制御部である。
Reference numeral 204 is a P(D) control unit as a proportional control term for performing proportional (derivative) control on the deviation output of the
P(D)制御部204およびI制御部205の各出力を加算器206で加算したPI制御出力は、回転機に発生させたいトルク指令に相当する。
The PI control output obtained by adding the outputs of the P(D) control unit 204 and the
300は、加算器206の出力であるトルク指令を回転機に流す電流指令に変換するトルク/電流指令変換部である。
トルク/電流指令変換部300の出力は減算器400において電流検出値(実電流)との偏差がとられる。
The output of the torque/current
ACR制御部500は、減算器400の偏差出力に対してACR制御を行って出力電圧指令を出力するものであり、前記電流指令に実電流が追従するように電流制御(ACR)する。
The
上記の構成において、ASR制御部200内のPI制御は、「P制御が高速な応答性能を実現し、I制御が定常誤差などをゆっくりと補正する」という2種類の機能を組み合わせた制御方式である。したがって速度指令との偏差をとる速度検出情報もこれに対応した機能を十分に発揮できる性質を有するものを使用すればよい。
In the above configuration, the PI control in the
そこで図17の速度検出1を得るための第1の選択信号Sel1を、例えば2サンプル周期前のパルス情報を選択するための選択信号に設定し、速度検出2を得るための第2の選択信号Sel2を、例えば8サンプル周期前のパルス情報を選択するための選択信号に設定しておく。これによって、速度検出1は短い検出期間を有し、速度検出2は長い検出期間を有することになる。
Therefore, the first selection signal Sel1 for obtaining the
図18のASR制御部200における比例制御(P(D)制御部204)は応答性の性能に影響するので、速度検出1の検出期間が短い情報を使用してムダ時間を少なくし、比例項の制御ゲインをできるだけ高く設定して応答性能を高める。
Since the proportional control (P(D) control unit 204) in the
一方で、積分項の時定数は機械の慣性モーメントにより決まる値であり、通常は速度検出周期よりも長いことが多い。そこで、積分項(I制御部205)の速度検出には、ムダ時間の大きな信号を用いても悪影響は少ないことを利用して、速度検出2の計測時間が長い(ムダ時間は大きいが精度が良い)情報を使用する。
On the other hand, the time constant of the integral term is a value determined by the moment of inertia of the machine, and is usually longer than the speed detection cycle. Therefore, for the speed detection of the integral term (I control unit 205), even if a signal with a long dead time is used, the adverse effect is small. Therefore, the measurement time of the
このように、2種類の速度検出が有している特長が発揮できるように、制御項によって使用する速度情報を使い分けることにより、「速度制御精度と応答性能」とを両立する制御系を構築することができる。 In this way, a control system that achieves both "speed control accuracy and response performance" is constructed by properly using the speed information to be used according to the control term so that the characteristics possessed by the two types of speed detection can be exerted. be able to.
図18の速度制御システムは、ディジタル演算器の性能が向上したので割込周期(サンプル周期)を短くすることができるようになったが、パルスエンコーダの分解能が従来のままであれば、速度検出時間を短くすると波形のバラツキの影響が逆に大きくなって、速度検出誤差が大きくなるという問題を改善するものである。すなわち、速度検出精度と速度検出の遅れ時間との相反する要求を満足するために、計測期間の長さが異なる2種類の速度検出を実装し、PI制御の比例項には短い計測期間の速度検出値を、積分項には長い計測期間の速度検出値を使用するように構成している。 The speed control system shown in FIG. 18 can shorten the interrupt cycle (sampling cycle) because the performance of the digital arithmetic unit is improved. When the time is shortened, the influence of the fluctuation of the waveform is increased to the contrary, and the problem that the speed detection error is increased is solved. That is, in order to satisfy the contradictory requirements of the speed detection accuracy and the delay time of speed detection, two types of speed detection with different lengths of the measurement period are installed, and the proportional term of PI control has a speed of a short measurement period. The detection value is configured to use the speed detection value for a long measurement period as the integral term.
これは、比例項は応答性能を実現するが、速度の制御精度を支配するのは積分成分である。そこで、積分項にだけ応答性よりも精度を重視した計測方法を適用するものである。この図18の構成を参考例1とする。これは、パルス分解能が高い場合に有効であると想定しており、本発明の新規性のあるポイントを分かりやすくするために比較対象として示している。 This is because the proportional term realizes the response performance, but the integral component dominates the speed control accuracy. Therefore, only the integral term is applied to a measuring method that emphasizes accuracy rather than responsiveness. The configuration of FIG. 18 is referred to as reference example 1. This is assumed to be effective when the pulse resolution is high, and is shown as a comparison target in order to make the novel point of the present invention easy to understand.
参考例1の構成はある程度のパルスエンコーダの分解能が高い場合を想定しており、一回転当たり数百パルス[p/r]以下という程度の低分解能なパルスエンコーダが適用される場合には、低速時のエンコーダのパルス周期が制御のサンプル周期に対してかなり低くなる。 The configuration of Reference Example 1 assumes a case where the resolution of the pulse encoder is high to some extent, and when a low-resolution pulse encoder of a few hundred pulses [p/r] or less per revolution is applied, The encoder pulse period at time is much lower than the control sample period.
そのため、割込処理にて速度検出演算を実行しようとしても、パルスが発生しない(休止している)ために計測情報が更新されておらず速度検出値が更新できない。これをパルスや速度検出の休止期間と呼ぶことにする。このようなパルス休止期間が生じると、実速度に対して制御器が速度を検出するまでの遅れ時間が長くなるし、その休止期間は前回値を保持させるなどの対策を採用すると、実速度との誤差も大きくなる。 Therefore, even if an attempt is made to execute the speed detection calculation in the interrupt process, the measurement information is not updated and the speed detection value cannot be updated because the pulse does not occur (is inactive). This will be referred to as a pulse or speed detection pause period. When such a pulse pause period occurs, the delay time before the controller detects the speed with respect to the actual speed increases, and if measures such as holding the previous value during the pause period are adopted, the actual speed The error of becomes large.
図9は、その速度検出の遅れ時間やパルス休止期間による影響を説明するための模式的なタイムチャートである。図9(a)は、「A相とB相」の2相エンコーダの出力パルス波形を表し、低速域でさらに速度が低下している状態を示している。 FIG. 9 is a schematic time chart for explaining the influence of the delay time of the speed detection and the pulse pause period. FIG. 9A shows an output pulse waveform of the “A phase and B phase” two-phase encoder, and shows a state in which the speed further decreases in the low speed region.
このパルスエッジを検出して位相カウンタをアップダウンカウントすることにより、図9(b)のθppのようなエンコーダパルス位相に相当するディジタル値の位相検出情報に変換する。図9(c)に示す割込信号によりディジタル制御処理が起動されると、まず位相カウンタの値を読み出した後、以前の割込み時に読み出した位相や時刻情報との差分をとることにより図9(b)の位相差Δθppと時間差Δtppを求め、これらを除算(Δθpp/Δtpp)して検出速度を計算する。しかし、この速度検出値は割込信号に同期した処理にて演算されているので、速度検出値ωdetと実速度ωrを示す図9(d)のように割込信号に同期して更新される波形として認識される。そうすると、実速度が変化している場合には、速度検出に必要なΔtppの時間幅による遅延成分や、パルス発生時刻と割込タイミングとの遅れ時間(図9(d)中の(Da)に相当)が生じることになる。 By detecting this pulse edge and counting up and down the phase counter, it is converted into phase detection information of a digital value corresponding to the encoder pulse phase such as θpp in FIG. 9B. When the digital control process is started by the interrupt signal shown in FIG. 9C, first, the value of the phase counter is read, and then the difference between the phase and the time information read at the time of the previous interrupt is calculated to obtain the value shown in FIG. The phase difference Δθpp and the time difference Δtpp in b) are obtained, and the detection speed is calculated by dividing these (Δθpp/Δtpp). However, since this speed detection value is calculated in the processing in synchronization with the interrupt signal, it is updated in synchronization with the interrupt signal as shown in FIG. 9D showing the speed detection value ωdet and the actual speed ωr. Recognized as a waveform. Then, when the actual speed is changing, the delay component due to the time width of Δtpp necessary for speed detection and the delay time between the pulse generation time and the interrupt timing ((Da) in FIG. 9D) are detected. Equivalent) will occur.
さらに、時間が経過した後半のようにパルス周期が割込周期よりも長くなってくると、図中の楕円(点線)で示した割り込み処理において位相カウンタ値が更新していないことによる速度検出の休止期間が生じてくる。図9のパルス休止期間では、速度検出値は前回の検出値を保持させてあるが、これにより実速度との誤差が大きくなることが分かる。 Furthermore, when the pulse period becomes longer than the interrupt period as in the latter half of the time elapsed, speed detection due to the fact that the phase counter value is not updated in the interrupt process indicated by the ellipse (dotted line) in the figure There will be a rest period. In the pulse pause period of FIG. 9, the speed detection value holds the previous detection value, but it can be seen that this causes a large error from the actual speed.
以上のように、パルエンコーダを使用した速度検出においては下記の2種類の検出遅れが存在する。 As described above, in the speed detection using the PAL encoder, there are the following two types of detection delays.
(遅延時間1)一つは2つのパルスエッジ間のサンプル時間差Δtppという時間幅に起因する遅れ成分とパルス発生時刻に対してディジタル演算のタイミングが遅れる成分の和である。これはパルスが休止しなくても、常に存在している。 (Delay time 1) One is a sum of a delay component due to the time width of the sample time difference Δtpp between two pulse edges and a component in which the timing of digital calculation is delayed with respect to the pulse generation time. It is always present, even if the pulse is not paused.
(遅延時間2)もう一つは、パルス休止により速度検出ができないことによる遅延成分である。特に極低速にて遅れ要因が発生する。 (Delay time 2) The other is a delay component due to the fact that speed cannot be detected due to pulse pause. In particular, a delay factor occurs at extremely low speeds.
これらの説明のために、図9(d)の速度検出値ωdetを時間積分した位相がどうなるかを図9(b)中に点線として模式的に表した。(遅延時間1)は図中の(Da)で示した計測パルス間隔の中間時刻とサンプル時刻との時間差分成分であり、この図9のように減速している場合には、この遅延時間だけ速度検出が遅れるので、速度検出誤差の要因となる。さらに、パルス休止による遅れ時間が発生してくると、図中の(Db)のように速度検出が前回値を保持する期間も生じ、(遅延時間2)の遅延成分も追加されてくる。 For these explanations, what happens to the phase obtained by time-integrating the speed detection value ωdet in FIG. 9D is schematically shown as a dotted line in FIG. 9B. (Delay time 1) is a time difference component between the sample time and the intermediate time of the measurement pulse interval shown by (Da) in the figure, and when decelerating as in FIG. 9, only this delay time Since the speed detection is delayed, it causes a speed detection error. Further, when a delay time occurs due to the pulse pause, a period in which the speed detection holds the previous value also occurs as shown in (Db) in the figure, and a delay component of (delay time 2) is also added.
通常は、この2種類の遅延時間に起因する速度検出誤差の影響として、実速度ωrとの差異の大小により評価するが、本発明では速度制御の積分項に対する外乱として評価するために、図9(b)では、速度検出を逆に時間積分して位相成分(θintg=∫(ωdet)dt)に戻して、これと元のθpp(計測したパルス位相)の波形の位相誤差として表現してみた(図示(Dc))。 Normally, the influence of the speed detection error caused by these two types of delay time is evaluated by the size of the difference from the actual speed ωr. However, in the present invention, since it is evaluated as a disturbance with respect to the integral term of the speed control, FIG. In (b), the speed detection is inversely time-integrated and returned to the phase component (θintg=∫(ωdet)dt), which is expressed as a phase error of the original θ pp (measured pulse phase) waveform. Seen (illustration (Dc)).
図9(b)において、低速になるほど(遅延時間1)による速度検出誤差が時間積分されるので(Dc)に示す位相差は次第に大きくなっていくが、後半のパルス休止による(遅延時間2)が生じてくると、格段に位相誤差が大きくなっていく。 In FIG. 9B, since the speed detection error due to (delay time 1) is integrated over time as the speed becomes slower, the phase difference shown in (Dc) gradually increases, but due to the pulse pause in the latter half (delay time 2). Occurs, the phase error will increase significantly.
PI制御演算の積分項にも速度指令値と速度検出値の差分を時間積分しているので、このような位相誤差に比例した誤差が生じるはずである。さらに速度が急変する場合には、図9の(Da)に示すような検出時間の遅れによって生じる速度検出誤差はさらに大きくなってくるし、極低速域に急減速する場合には、図9の(Db)のようなパルス休止遅れによる誤差成分が大きくなってくる。このようにこれらの遅延時間成分は、加減速時に蓄積される量が大きいので、加速後の一定速度への移行時にオーバーシュートが生じる要因となり、さらに低速で生じる後者の(遅延時間2)は、速度誤差が大きいだけでなく、制御のムダ時間成分も長くなるために不安定現象を発生させる要因となる。 Since the difference between the speed command value and the speed detection value is also time-integrated in the integral term of the PI control calculation, an error proportional to such a phase error should occur. When the speed further changes suddenly, the speed detection error caused by the delay of the detection time as shown in (Da) of FIG. 9 becomes larger, and when the speed is rapidly decelerated to the extremely low speed range, The error component due to the pulse pause delay such as Db) becomes large. As described above, since these delay time components are accumulated in a large amount during acceleration/deceleration, they cause overshoot when shifting to a constant speed after acceleration, and the latter (delay time 2) that occurs at a lower speed is Not only the speed error is large, but also the waste time component of the control becomes long, which causes an unstable phenomenon.
まず、加速時のオーバーシュートの例を説明するための模式的なタイムチャートが図10である。この図10には、加速状態から一定速度に移行する速度指令に対する、「比例制御(P制御)」(図示特性線(1))、「速度検出に遅れ時間が無い理想的な場合のPI制御」(図示特性線(2))および「速度検出に検出遅れが存在するPI制御」(図示特性線(3))の3種類の速度応答特性を示してある。 First, FIG. 10 is a schematic time chart for explaining an example of overshoot during acceleration. In FIG. 10, “proportional control (P control)” (illustrated characteristic line (1)) and “PI control in an ideal case where there is no delay time in speed detection” in response to a speed command for shifting from an accelerating state to a constant speed. "(Represented characteristic line (2)) and "PI control with detection delay in speed detection" (represented characteristic line (3)) are shown.
P制御(特性線(1))の場合には、加速状態から一定速度に移行する際にオーバーシュートは発生しないが、指令値に到達する部分の応答が緩やかであり、また指令値に対する定常偏差が生じる。 In the case of P control (characteristic line (1)), overshoot does not occur when shifting from the acceleration state to a constant speed, but the response at the portion reaching the command value is slow, and the steady deviation with respect to the command value Occurs.
次に、検出遅れの無い理想的な速度検出とPI制御を組み合わせた(特性線(2))の場合には、積分項により加速期間の速度差が減少するので応答遅れが少なくなるが、破線のようにオーバーシュートが生じるようになる。これに対して、同じPI制御でも速度検出遅れが存在すると実線のような応答波形(特性線(3))となり、加速期間では速度検出遅れによって速度指令値と速度検出値との速度差が大きく現われるので、正方向に加速時は、PI制御の積分項が正の方向に大きくなるという制御誤差が生じる。 Next, in the case of a combination of ideal speed detection with no detection delay and PI control (characteristic line (2)), the response delay is reduced because the speed difference in the acceleration period is reduced by the integral term, but the broken line As shown in, overshoot occurs. On the other hand, even in the same PI control, if there is a speed detection delay, the response waveform (characteristic line (3)) is like a solid line, and during the acceleration period, the speed detection delay causes a large speed difference between the speed command value and the speed detection value. Since it appears, during acceleration in the positive direction, a control error occurs in which the integral term of PI control increases in the positive direction.
そのため図10の(ア)で示したように検出遅れによる速度誤差成分による積分項が過大に補正するために、加速期間の速度指令との速度差はより小さくなっているが、この加速期間に過大な積分項が蓄積されており、そのため定常速度に移行すると(イ)で示したように速度のオーバーシュートが大きくなってしまう。このように速度検出の遅延時間によってPI制御の応答特性に外乱が生じてくるので、比例ゲインや積分時定数の設計においてもこの外乱を考慮し制御応答を低めに設計するのを配慮しておく必要がある。 Therefore, as shown in FIG. 10A, since the integral term due to the speed error component due to the detection delay is excessively corrected, the speed difference from the speed command during the acceleration period is smaller, but during this acceleration period An excessive integral term is accumulated, and therefore, when the speed shifts to a steady speed, the speed overshoot becomes large as shown in (a). As described above, a disturbance occurs in the response characteristic of PI control due to the delay time of speed detection. Therefore, in designing the proportional gain and the integral time constant, it is necessary to consider the disturbance and design the control response to be low. There is a need.
これに重畳するように、低速域ではパルス休止期間による遅延成分が大きな外乱を生じさせるので、さらに不安定になりやすい。そのため、さらに制御応答を低く設計しておく必要がある。 As superposed on this, in the low speed region, the delay component due to the pulse pause period causes a large disturbance, so that it becomes more unstable. Therefore, it is necessary to further design the control response to be low.
従来例1(図1)や従来例2(図3)のPI制御に、「低分解能なパルスエンコーダによる速度検出」を組み合わせた場合には、速度制御特性に理想状態に比して誤差が生じ、応答性能を低く設計する必要があったり、低速域で不安定になりやすいという問題点が存在する。 When PI control of Conventional Example 1 (FIG. 1) and Conventional Example 2 (FIG. 3) is combined with “speed detection by a low-resolution pulse encoder”, an error occurs in the speed control characteristic compared to the ideal state. However, there are problems that it is necessary to design the response performance to be low and that it tends to become unstable in the low speed range.
本発明は上記課題を解決するものであり、その目的は、速度検出遅れによって生じる外乱を抑制することができる速度制御システムを提供することにある。 The present invention is to solve the above problems, and an object thereof is to provide a speed control system capable of suppressing a disturbance caused by a speed detection delay.
上記課題を解決するための請求項1に記載の速度制御システムは、パルスエンコーダを用いた速度検出と速度形の比例積分制御方式を適用した回転機の速度制御システムにおいて、
前記比例積分制御方式の比例項のトルク指令成分(τ_p)は、速度指令値(ω_ref)と速度検出値(ω_det)の差分に対して比例ゲイン(Kps)を乗算して求め、
前記比例積分制御方式の積分項のトルク指令成分(τ_i)は、速度指令値(ω_ref)に速度指令値の補正量(Δω_fb)を加算した値を、サンプル演算ごとに積算して位相指令値((θ_ref)’)を演算し、該位相指令値((θ_ref)’)と位相検出値(θ_det)との差分に対して、比例ゲイン(Kps)と積分時定数に相当する係数ゲイン(dT/Tis)を乗算することにより求め、
前記比例項のトルク指令成分(τ_p)と積分項のトルク指令成分(τ_i)を加算し、該加算出力をトルク制限部に通して比例積分制御のトルク指令(τ_pio)を出力し、
前記速度指令値の補正量(Δω_fb)は、前記トルク制限部の出力成分からトルク制限部の入力成分を減算することにより、トルク制限部で作動した制限量をトルク指令補正量(Δτ_fb)として演算し、該トルク指令補正量(Δτ_fb)に、前記比例ゲインと積分時定数に相当する係数ゲインのそれぞれの逆数(1/Kps、Tis/dT)を乗算して求めることを特徴としている。
The speed control system according to
The torque command component (τ_p) of the proportional term of the proportional-plus-integral control method is obtained by multiplying the difference between the speed command value (ω_ref) and the detected speed value (ω_det) by the proportional gain (Kps),
The torque command component (τ_i) of the integral term of the proportional-plus-integral control method is added to the speed command value (ω_ref) and the correction amount (Δω_fb) of the speed command value, and the phase command value ( (Θ_ref)′) is calculated, and a proportional gain (Kps) and a coefficient gain (dT/d) corresponding to an integration time constant are calculated with respect to the difference between the phase command value ((θ_ref)′) and the phase detection value (θ_det). It is calculated by multiplying
The torque command component (τ_p) of the proportional term and the torque command component (τ_i) of the integral term are added, and the addition output is passed through the torque limiting unit to output the torque command (τ_pio) of the proportional-integral control,
The correction amount (Δω_fb) of the speed command value is calculated as the torque command correction amount (Δτ_fb) by subtracting the input component of the torque limiting unit from the output component of the torque limiting unit. The torque command correction amount (Δτ_fb) is then calculated by multiplying the proportional gain and the reciprocal number (1/Kps, Tis/dT) of the coefficient gain corresponding to the integral time constant.
また、請求項2に記載の速度制御システムは、請求項1において、前記速度検出値(ω_det)は、前記パルスエンコーダの出力パルスの立上り、立下がりの各エッジを検出し、検出された各エッジをカウントしてパルス位相値としてラッチし、最新のパルス位相値とエッジ検出タイミング前の過去のパルス位相値との差である位相差を演算し、前記出力パルスの最新のパルス発生時刻とエッジ検出タイミング前の過去のパルス発生時刻との差である時間差を演算し、前記演算された位相差を前記演算された時間差で除算して求めることを特徴としている。
The speed control system according to
上記構成によれば、積分項のトルク指令成分は、時間積分を施していない位相検出情報を直接用いているため、速度検出をする時間差の時間幅により生じる遅延時間による速度誤差の影響を受けなくすることができる。 According to the above configuration, since the torque command component of the integral term directly uses the phase detection information that is not subjected to time integration, it is not affected by the speed error due to the delay time caused by the time width of the time difference for speed detection. can do.
このため、加減速中に検出遅れによる速度誤差成分が積分項に蓄積されることがなく、定常速度に移行した際のオーバーシュート量が抑制され、速度検出遅れの無い理想的な速度応答特性に近づけることができる。 For this reason, the speed error component due to the detection delay is not accumulated in the integral term during acceleration/deceleration, the overshoot amount at the time of shifting to the steady speed is suppressed, and the ideal speed response characteristic without speed detection delay is obtained. You can get closer.
また、請求項3に記載の速度制御システムは、請求項1において、前記位相検出値(θ_det)は、前記パルスエンコーダの出力パルスの立上り、立下がりの各エッジを検出してエッジ検出タイミングを求め、該エッジ検出タイミングで前記出力パルスをカウントしてパルス位相値としてラッチし、該ラッチされたパルス位相値をサンプル周期発生部で生成されるサンプルタイミングで読み出すことで得られ、
前記速度検出値(ω_det)は、前記得られた位相検出値(θ_det)のうち最新の位相検出値と前記エッジ検出タイミング前の過去の位相検出値との差である位相差を演算し、基準クロック信号をカウントして時刻情報とし、前記エッジ検出タイミングで前記出力パルスのカウント値が変化したときの時刻をラッチし、該ラッチされた時刻を前記サンプルタイミングで読み出すことでパルス発生時刻(Tpp)を得、最新のパルス発生時刻とエッジ検出タイミング前の過去のパルス発生時刻との差である第1の時間差を演算し、前記演算された位相差を前記演算された第1の時間差で除算して求められ、
前記基準クロック信号をカウントした時刻情報から前記サンプルタイミングで更新されるサンプル時刻(Ts)を計測し、前記パルス発生時刻(Tpp)からサンプル時刻(Ts)までの経過時間に相当するクロック差(Ts−Tpp)を第2の時間差(ΔT_est)として演算し、
前記第2の時間差をサンプル周期(dT)で除して補正比率(ΔT_est/dT)を求め、前記速度指令値(ω_ref)と速度指令値の補正量(Δω_fb)を加算した値に前記補正比率(ΔT_est/dT)を乗算して位相差補正成分(Δθref_est)を求め、
前記位相指令値は、前記位相指令値((θ_ref)’)から、前記位相差補正成分(Δθref_est)を減算することによって、パルス発生時刻に近似した位相指令値(θ_ref)として得られることを特徴としている。
Further, the speed control system according to
The speed detection value (ω_det) is calculated by calculating a phase difference, which is a difference between the latest phase detection value of the obtained phase detection values (θ_det) and the past phase detection value before the edge detection timing, The clock signal is counted as time information, the time when the count value of the output pulse changes at the edge detection timing is latched, and the latched time is read at the sample timing to generate the pulse generation time (Tpp). And calculating a first time difference that is the difference between the latest pulse generation time and the past pulse generation time before the edge detection timing, and dividing the calculated phase difference by the calculated first time difference. Demanded by
A sample time (Ts) updated at the sample timing is measured from time information of counting the reference clock signal, and a clock difference (Ts) corresponding to an elapsed time from the pulse generation time (Tpp) to the sample time (Ts). -Tpp) as the second time difference (ΔT_est),
The correction ratio (ΔT_est/dT) is obtained by dividing the second time difference by the sampling period (dT), and the correction ratio is added to the speed command value (ω_ref) and the correction amount (Δω_fb) of the speed command value. (ΔT_est/dT) is multiplied to obtain the phase difference correction component (Δθref_est),
The phase command value is obtained as a phase command value (θ_ref) approximate to the pulse generation time by subtracting the phase difference correction component (Δθref_est) from the phase command value ((θ_ref)′). I am trying.
上記構成によれば、速度検出および速度制御(PI制御)の処理を実行するサンプル周期とエンコーダパルスの発生時刻の時間的な整合をとることができ、正確な位相指令を計算することができる。これによって、サンプル時刻とパルス発生時刻が非同期であることに起因する遅延時間成分について、遅延時間差に相当する位相成分を補正する効果が得られ、積分項に関する遅延時間の影響を抑制し、速度応答特性を、検出遅延の無いより理想的な応答特性に近づけることができる。 According to the above configuration, it is possible to temporally match the sampling period for executing the speed detection and speed control (PI control) processing with the generation time of the encoder pulse, and it is possible to calculate an accurate phase command. This has the effect of correcting the phase component corresponding to the delay time difference for the delay time component caused by the asynchronous sampling time and pulse generation time, suppressing the influence of the delay time on the integral term, and speed response. The characteristic can be brought closer to a more ideal response characteristic with no detection delay.
また、請求項4に記載の速度制御システムは、請求項1において、前記位相検出値(θ_det)は、前記パルスエンコーダの出力パルスの立上り、立下がりの各エッジを検出してエッジ検出タイミングを求め、該エッジ検出タイミングで前記出力パルスをカウントしてパルス位相値としてラッチし、該ラッチされたパルス位相値をサンプル周期発生部で生成されるサンプルタイミングで読み出すことで得られ、
前記速度検出値(ω_det)は、前記得られた位相検出値(θ_det)のうち最新の位相検出値と前記エッジ検出タイミング前の過去の位相検出値との差である位相差を演算し、基準クロック信号をカウントして時刻情報とし、前記エッジ検出タイミングで前記出力パルスのカウント値が変化したときの時刻をラッチし、該ラッチされた時刻を前記サンプルタイミングで読み出すことでパルス発生時刻(Tpp)を得、最新のパルス発生時刻とエッジ検出タイミング前の過去のパルス発生時刻との差である第1の時間差を演算し、前記演算された位相差を前記演算された第1の時間差で除算して求められ、
前記基準クロック信号をカウントした時刻情報から前記サンプルタイミングで更新されるサンプル時刻(Ts)を計測し、前記パルス発生時刻(Tpp)からサンプル時刻(Ts)までの経過時間に相当するクロック差(Ts−Tpp)を第2の時間差(ΔT_est)として演算し、
前記速度検出値(ω_det)と第2の時間差(ΔT_est)を乗算して、第2の時間差内で変化する位相の予測量(Δθ_est)を求め、該予測量を前記位相検出値(θ_det)に加算して、割込時刻における補正された位相検出値(θ_detest)を求め、
前記位相検出値(θ_det)に代えて前記位相検出値(θ_detest)を、前記位相指令値((θ_ref)’)との差をとるために用いることを特徴としている。
The speed control system according to
The speed detection value (ω_det) is calculated by calculating a phase difference, which is a difference between the latest phase detection value of the obtained phase detection values (θ_det) and the past phase detection value before the edge detection timing, The clock signal is counted as time information, the time when the count value of the output pulse changes at the edge detection timing is latched, and the latched time is read at the sample timing to generate the pulse generation time (Tpp). And calculating a first time difference that is the difference between the latest pulse generation time and the past pulse generation time before the edge detection timing, and dividing the calculated phase difference by the calculated first time difference. Demanded by
A sample time (Ts) updated at the sample timing is measured from the time information obtained by counting the reference clock signal, and a clock difference (Ts) corresponding to the elapsed time from the pulse generation time (Tpp) to the sample time (Ts). -Tpp) as the second time difference (ΔT_est),
The speed detection value (ω_det) is multiplied by the second time difference (ΔT_est) to obtain the predicted amount (Δθ_est) of the phase that changes within the second time difference, and the predicted amount is used as the phase detection value (θ_det). By adding, the corrected phase detection value (θ_destest) at the interrupt time is obtained,
The phase detection value (θ_destest) is used in place of the phase detection value (θ_det) to obtain the difference from the phase command value ((θ_ref)′).
上記構成によれば、時間遅れ成分に相当する、パルス発生時刻(Tpp)からサンプル時刻(Ts)までの経過時間(第2の時間差ΔT_est)において変化する位相の予測量(Δθ_est)を求め、これによって位相検出値(θ_det)を補正した、割込時刻における補正された位相検出値(θ_detest)を得ている。このため、このθ_detestを位相検出値として使用することにより、位相指令と位相検出の同時性について整合をとることができる。 According to the above configuration, the predicted amount (Δθ_est) of the phase that changes during the elapsed time (second time difference ΔT_est) from the pulse generation time (Tpp) to the sampling time (Ts) corresponding to the time delay component is calculated, The corrected phase detection value (θ_dest) at the interrupt time is obtained by correcting the phase detection value (θ_det). Therefore, by using this θ_destest as the phase detection value, it is possible to match the simultaneity of the phase command and the phase detection.
また、前記サンプル時刻(Ts)は、サンプルタイミングで(割込信号ごとに)更新されるため、時間遅れ成分に相当する第2の時間差(ΔT_est)および位相の予測量(Δθ_est)も更新され、その結果、割込時刻における補正された位相検出値(θ_detest)を更新させ続けるように働く。 Further, since the sample time (Ts) is updated at the sample timing (for each interrupt signal), the second time difference (ΔT_est) corresponding to the time delay component and the predicted amount of phase (Δθ_est) are also updated, As a result, it works to keep updating the corrected phase detection value (θ_destest) at the interrupt time.
これによって、パルス休止により速度検出ができないことによる遅延成分を抑制することができる。 As a result, it is possible to suppress the delay component due to the fact that the speed cannot be detected due to the pulse pause.
また、請求項5に記載の速度制御システムは、請求項1ないし4のいずれか1項において、前記比例積分制御のトルク指令出力側に低域通過フィルタを設けたことを特徴としている。 A speed control system according to a fifth aspect is characterized in that, in any one of the first to fourth aspects, a low-pass filter is provided on a torque command output side of the proportional-plus-integral control.
上記構成によれば、前記パルスエンコーダの位相分解能が低い場合などに、前記積分項がステップ状に変化する外乱を抑制することができる。 According to the above configuration, when the phase resolution of the pulse encoder is low, it is possible to suppress a disturbance in which the integral term changes stepwise.
(1)請求項1〜5に記載の発明によれば、積分項のトルク指令成分は、時間積分を施していない位相検出情報を直接用いているため、速度検出をする時間差の時間幅により生じる遅延時間による速度誤差の影響を受けなくすることができる。
(1) According to the invention described in
このため、加減速中に検出遅れによる速度誤差成分が積分項に蓄積されることがなく、定常速度に移行した際のオーバーシュート量が抑制され、速度検出遅れの無い理想的な速度応答特性に近づけることができる。 For this reason, the speed error component due to the detection delay is not accumulated in the integral term during acceleration/deceleration, the overshoot amount at the time of shifting to the steady speed is suppressed, and the ideal speed response characteristic without speed detection delay is obtained. You can get closer.
したがって、速度検出遅れによって生じる外乱を抑制することができる。
(2)請求項3に記載の発明によれば、速度検出および速度制御(PI制御)の処理を実行するサンプル周期とエンコーダパルスの発生時刻の時間的な整合をとることができ、正確な位相指令を計算することができる。これによって、サンプル時刻とパルス発生時刻が非同期であることに起因する遅延時間成分について、遅延時間差に相当する位相成分を補正する効果が得られ、積分項に関する遅延時間の影響を抑制し、速度応答特性を、検出遅延の無いより理想的な応答特性に近づけることができる。
(3)請求項4に記載の発明によれば、第2の時間差(ΔT_est)において変化する位相の予測量(Δθ_est)によって、割込時刻における補正された位相検出値(θ_detest)を求め、これを位相検出値として使用しているので、位相指令と位相検出の同時性について整合をとることができる。
Therefore, it is possible to suppress the disturbance caused by the speed detection delay.
(2) According to the invention described in
(3) According to the invention described in
また、前記サンプル時刻(Ts)は、サンプルタイミングで(割込信号ごとに)更新されるため、時間遅れ成分に相当する第2の時間差(ΔT_est)および位相の予測量(Δθ_est)も更新され、その結果、割込時刻における補正された位相検出値(θ_detest)を更新させ続けるように働く。 Further, since the sample time (Ts) is updated at the sample timing (for each interrupt signal), the second time difference (ΔT_est) corresponding to the time delay component and the predicted amount of phase (Δθ_est) are also updated, As a result, it works to keep updating the corrected phase detection value (θ_destest) at the interrupt time.
これによって、パルス休止により速度検出ができないことによる遅延成分を抑制することができる。
(4)請求項5に記載の発明によれば、前記パルスエンコーダの位相分解能が低い場合などに、前記積分項がステップ状に変化する外乱を抑制することができる。
As a result, it is possible to suppress the delay component due to the fact that the speed cannot be detected due to the pulse pause.
(4) According to the invention described in
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明するが、本発明は下記の実施形態例に限定されるものではない。図9(b)では、パルスエンコーダによる検出位相θppと速度検出値を時間積分した位相(θintg=∫(ωdet)dt)とを示したが、発想を変えて、この位相差がPI制御の積分項、つまり速度差の時間積分値に相当するとみなすことができる。この位相を利用することができるのは積分項に限るが、位相検出情報だけでよいので、速度検出遅れによって生じる外乱を抑制することができる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the following embodiments. FIG. 9B shows the detected phase θpp by the pulse encoder and the phase (θintg=∫(ωdet)dt) obtained by time-integrating the speed detection value. However, by changing the idea, this phase difference is integrated by PI control. It can be regarded as corresponding to the term, that is, the time integral value of the speed difference. This phase can be used only for the integral term, but since only the phase detection information is required, it is possible to suppress the disturbance caused by the speed detection delay.
そこで、本実施形態例では、図3の離散系で構成したPI制御ブロック図を、さらに等価な制御ブロックに展開して、PI制御の積分項を「“速度指令値を時間積分した位相指令”と“エンコーダの検出位相の差分”」を使用する形態に変形するように構成した。 Therefore, in the present embodiment, the PI control block diagram configured by the discrete system of FIG. 3 is further developed into an equivalent control block, and the integral term of PI control is ““phase command obtained by time integration of speed command value”. And "the difference of the detected phase of the encoder" is used.
実施例1の構成を図5に示す。これは図3の構成に対して、図4に示すような等価変換を行うことにより導出できる。まず図4(a)では、図3における積分項のトルク指令τ_iを出力する積算部(サンプラ1fおよび加算器4dの回路)を、直前の加算器4aの入力項に移動する。そうすると、積分ゲイン(dT/Tis)(係数器3)の後段(サンプラ1gおよび加算器4eの回路)と、トルク制限の超過量であるトルク補正量Δτ_fbのフィードバック項(サンプラ1hおよび加算器4fの回路)の2ヶ所に積算部が分岐して存在するようになる。
The configuration of the first embodiment is shown in FIG. This can be derived by performing equivalent conversion as shown in FIG. 4 on the configuration of FIG. First, in FIG. 4A, the integrating unit (the circuit of the
次に図4(a)の積分ゲイン側の積算部(サンプラ1gおよび加算器4eの回路)を、速度指令値と速度検出値の差分演算の前(減算器2aの入力側)に移動する。そうすると、図4(b)のように、速度指令値ω_refをサンプラ1iおよび加算器4gによって積算して位相指令θ_refを演算し、速度検出値ω_detをサンプラ1jおよび加算器4hによって積算して位相検出値θ_detを演算するようになる。そしてθ_refとθ_detの偏差が減算器2dでとられ、減算器2dの偏差出力に比例ゲインKpsが乗算された後、係数器3(積分ゲイン)に入力される。本来、速度を時間積分して位相に変換するためには、加算器4gと4hの前でサンプル時間dTを乗算するが、簡素化のため係数器3にまとめている。
Next, the integration unit (the circuit of the
さらに、図4(b)におけるトルク制限の超過量であるトルク補正量Δτ_fbをフィードバックする先の加算器4aの位置を、速度指令側の積算部(サンプラ1iおよび加算器4gの回路)よりも前に移動すると、図4(c)の構成になる。ここで、減算器2dの出力側にはKpsとdT/Tisゲインが存在するので、前記Δτ_fbのフィードバック側のループにはこのゲインの逆数、1/KpsとTis/dTを挿入してあり、この逆数を乗算した値は速度の単位の値Δω_fb(速度指令値の補正量)となる。
Further, the position of the
以上の変形、つまりブロックの移動は、一方に流れる信号の加算部分をさかのぼって移動させているだけであり機能的には等価な変換である。 The above-mentioned modification, that is, the movement of the block, is a functionally equivalent conversion only by moving backward the addition portion of the signal flowing to one side.
これを図5に展開するために、図4(c)の比例項では速度検出を入力としていたが、位相検出(θ_det)を時間差分(時間微分に相当)して速度検出とする構成に置き換える。さらに、図4(c)の積分項の速度検出を積分したθ_detは、エンコーダの発生するパルスを計測して得られた位相情報(θ_det)iをサンプルした位相検出成分に置き換える(時間積分を施さずに位相検出情報を直接用いる)。こうすると、図3から等価変換した図4(c)を経て、さらに速度指令値と速度検出値の速度差を時間積分したものが位相差に相当することを利用することにより、図5のようなほぼ同様な機能を実現する構成を得ることができる。 In order to expand this to FIG. 5, speed detection is used as an input in the proportional term of FIG. 4C, but it is replaced with a configuration in which phase detection (θ_det) is time difference (corresponding to time differentiation) and speed detection is performed. .. Further, θ_det obtained by integrating the speed detection of the integral term of FIG. 4C is replaced with the sampled phase detection component of the phase information (θ_det) i obtained by measuring the pulse generated by the encoder (time integration is performed. Without using the phase detection information directly). By doing this, it is possible to obtain the phase difference as shown in FIG. 5 by utilizing the fact that the time difference of the speed difference between the speed command value and the speed detection value is equivalent to the phase difference through the equivalent conversion of FIG. It is possible to obtain a configuration that realizes almost the same function.
図5において、速度検出値(ω_det)は、パルスエンコーダの出力パルスの立上り、立下がりの各エッジを検出し、検出された各エッジをカウントしてパルス位相値(θ_det)iとしてラッチ回路11aにラッチし、最新の(サンプル時刻の直前の)パルス位相値とエッジ検出タイミング前の過去のパルス位相値との差である位相差をラッチ回路11bおよび減算器2eで演算し、前記出力パルスの発生時刻情報((T_det)i)をラッチ回路11cにラッチし、前記最新の(サンプル時刻の直前の)パルス発生時刻とエッジ検出タイミング前の過去のパルス発生時刻との差である時間差(ΔT)をラッチ回路11dおよび減算器2fで演算し、前記演算された位相差を、除算器12aにおいて前記演算された時間差(ΔT)で除算して求める。
In FIG. 5, the speed detection value (ω_det) is detected by the rising edge and the falling edge of the output pulse of the pulse encoder, the detected edges are counted, and the pulse phase value (θ_det) i is stored in the
尚、前記速度検出値(ω_det)は例えば図15、図17の速度検出装置を用いることで得ることができる。 The speed detection value (ω_det) can be obtained, for example, by using the speed detection device shown in FIGS.
ここで、図5の速度検出値(ω_det)を演算する部分は、他のサンプル時間(サンプル周期:dT)とは異なる時間差の記号「ΔT」を用いてあり、エンコーダパルスエッジの発生時刻の差分成分なので、制御のサンプルタイミングとは関係しない。そこで、他のサンプラ(Z-1)と異なる記号を使用して、タイミング信号(エッジ検出タイミング信号)「Edg」と記載して差異を明示してある。詳細は実施例2の速度検出方式の部分で述べるが、エンコーダパルスの発生タイミングがサンプル周期と同期していないため、速度検出の時間差分を求める部分のZ-1の動作タイミングとその時間差成分が制御演算のサンプル周期と異なるので、タイミングの整合処理が必要になるが、図5では原理の理解を主眼としているので、複雑な部分は省略して「Edg」の記号のみに簡素化して、異なるタイミングであることを強調した。 Here, the portion for calculating the speed detection value (ω_det) in FIG. 5 uses the symbol “ΔT” which is a time difference different from the other sample time (sample period: dT), and the difference in the occurrence time of the encoder pulse edge. Since it is a component, it is not related to the control sample timing. Therefore, a symbol different from other samplers (Z −1 ) is used to describe the difference by describing it as a timing signal (edge detection timing signal) “Edg”. The details will be described in the part of the speed detection method of the second embodiment. However, since the generation timing of the encoder pulse is not synchronized with the sample period, the operation timing of Z −1 and the time difference component thereof in the part for obtaining the time difference of speed detection Since it is different from the sample period of the control calculation, timing matching processing is required. However, since the main purpose is to understand the principle in FIG. 5, the complicated part is omitted and only the symbol “Edg” is simplified to make it different. Emphasized that it is timing.
このパルス発生時刻とサンプル時刻が非同期であることによって、「発明が解決しようとする課題」の欄で述べた(遅延時間1)の誤差の一部が生じるので、別項である実施例2や実施例3にてこの誤差の対策を提案している。 Since the pulse generation time and the sampling time are asynchronous, a part of the error of (delay time 1) described in the section “Problems to be solved by the invention” occurs. Example 3 proposes a countermeasure against this error.
従来例1、2から変換した後の図5は下記の構成となっている。図1の説明に使用した項目(1)から(7)については同じものであるので説明を省略し、差異の箇所のみ説明する。 FIG. 5 after conversion from the conventional examples 1 and 2 has the following configuration. Items (1) to (7) used in the description of FIG. 1 are the same, so description thereof will be omitted, and only differences will be described.
前述のように速度検出値ω_detは、位相検出θ_detの時間差分(微分に相当)に置き換える。具体的には、サンプル時刻の直前のパルス発生タイミング(Edg)における位相カウンタによる位相θ_detと発生時刻T_detを読み出し、すでに以前のサンプル処理にて読み出している位相と時間との差分をとり、位相差を時間差で除算して速度検出値ω_detとしている。 As described above, the speed detection value ω_det is replaced with the time difference (corresponding to differentiation) of the phase detection θ_det. Specifically, the phase θ_det and the generation time T_det by the phase counter at the pulse generation timing (Edg) immediately before the sample time are read out, and the difference between the phase and time already read in the previous sample processing is calculated to obtain the phase difference. Is divided by the time difference to obtain the speed detection value ω_det.
比例項は図1と同様に、ω_refとω_detの差分に比例ゲインKpsを乗算して比例項のトルク指令成分τ_pを計算しているが、差異があるのは積分項であり、速度検出のために時間差分とする前の位相情報θ_det(図9(b)のθppに相当)を直接に使用する。その代わり、速度指令値ω_refをサンプラ1iおよび加算器4gによって時間積分(サンプル演算ごとに積算)して位相指令(θ_ref)’を生成する。
As in the case of FIG. 1, the proportional term calculates the torque command component τ_p of the proportional term by multiplying the difference between ω_ref and ω_det by the proportional gain Kps. However, the difference is the integral term, which is for speed detection. The phase information θ_det (corresponding to θpp in FIG. 9B) before being used as the time difference is directly used. Instead, the speed command value ω_ref is time-integrated (integrated for each sample calculation) by the
しかし厳密には、PI制御の出力がトルクリミッタ5のトルク制限に掛からない場合にはこれで問題無いのだが、速度形PI制御では最終出力前のトルク制限が動作した場合には積分項にフィードバック補正がかかるのでこの成分も考慮する必要がある。そこで、速度指令値ω_refとこの積算部(サンプラ1iおよび加算器4g)との間に、フィードバック補正成分Δω_fb(速度指令値の補正量)を、加算器4aで加算するような構成としている。
Strictly speaking, this is not a problem if the output of the PI control does not reach the torque limit of the
そして、この補正後の速度指令値を積算(時間積分)して、トルクリミッタ5による制限動作を考慮した位相指令(θ_ref)’を得ている。さらにこの位相指令(θ_ref)’から位相検出値θ_detを減算器2dによって減算して差分Δθ_iを求め、これを従来例2の「速度指令値と速度検出値との差を時間積分した成分」に相当するものとみなし、このΔθ_iにゲインKps、dT/Tisを乗算して積分成分のトルク指令τ_iを演算する。
Then, the corrected speed command values are integrated (time integrated) to obtain a phase command (θ_ref)′ in consideration of the limiting operation by the
あとは図3の従来例2と同様に、比例項τ_pと積分項τ_iを加算器4bで加算して(τ_p+τ_i)を計算し、これをトルクリミッタ5にて(±τ_lim)の範囲以内に制限して最終的なPI制御の出力とする。
Then, as in Conventional Example 2 in FIG. 3, the proportional term τ_p and the integral term τ_i are added by the
トルクリミッタ5の出力側の値から入力側の値を引いたものがトルクリミッタ5により抑制されたトルク指令の超過量Δτ_fb(トルク指令補正量)になるので、これに積分係数の逆数(Tis/dTおよび1/Kps)を乗算して、次回の演算にて使用する前述の積分項の補正値Δω_fb(速度指令値の補正量)とする。
The value obtained by subtracting the value on the input side from the value on the output side of the
従来の速度差を積分する方式に比べて、エンコーダなどの位相分解能が低い場合には積分項がステップ状に変化する外乱が生じる。これに対しては、図5のPI制御の出力の後段に、破線のブロック(図示LPF)として、低域通過フィルタ(高域遮断フィルタ)15などを追加して急変を抑制させるなどの対策方法を適用すればよい。ただし、上記の外乱による影響が少ない制御系の場合は、低域通過フィルタ15を設けなくともよい。
When the phase resolution of the encoder or the like is low as compared with the conventional method of integrating the speed difference, a disturbance in which the integral term changes stepwise occurs. For this, a countermeasure method such as adding a low-pass filter (high-pass cutoff filter) 15 as a broken-line block (LPF shown in the figure) to the output of the PI control in FIG. Should be applied. However, in the case of a control system that is less affected by the above disturbance, the
速度形の比例積分制御演算を図5のような構成とすることにより、図1と等価な制御演算が実現でき、かつ積分項に関しては速度検出ではなく時間積分をする前の位相情報を直接に使用していることにより、速度検出をする時間差の時間幅により生じる遅延時間による速度誤差の影響を受けなくすることができる。 By configuring the velocity-type proportional-plus-integral control computation as shown in FIG. 5, a control computation equivalent to that in FIG. 1 can be realized, and the phase information before the time integration is directly performed for the integral term instead of speed detection. By using it, it is possible to eliminate the influence of the speed error due to the delay time caused by the time width of the time difference for speed detection.
この遅延時間成分による速度検出誤差成分は速度が加減速する際に大きくなるが、この実施例1を適用すれば加減速中に速度検出誤差が速度制御の積分項に蓄積されることを防止でき、ひいては定常速度に移行時に発生していた速度のオーバーシュート成分を抑制することができる。トルク制限の動作を実現するために、積分項のフィードバック補正値Δω_fbにより位相指令(θ_ref)’の積算演算部を修正する構成をとっているので、図1と同じ速度形のPI制御として動作することができる。 The speed detection error component due to the delay time component becomes large when the speed is accelerated or decelerated, but by applying the first embodiment, it is possible to prevent the speed detection error from being accumulated in the integral term of the speed control during the acceleration and deceleration. As a result, it is possible to suppress the overshoot component of the speed that has occurred at the time of shifting to the steady speed. In order to realize the torque limiting operation, the feedback correction value Δω_fb of the integral term is used to modify the integration calculation unit of the phase command (θ_ref)′, so that the same speed PI control as in FIG. 1 is performed. be able to.
以上のように本実施例1によれば、従来の速度形PI制御を用いた速度制御系と等価な機能を実現しているが、「発明が解決しようとする課題」の欄で示した(遅延時間1)による速度誤差成分によって、速度形PI制御の積分項に積算される誤差を抑制することが出来る。そのため、加減速中に検出遅れによる速度誤差成分が積分項に蓄積されにくくなるので、定常速度に移行した際のオーバーシュート量が抑制でき、速度検出遅れの無い理想的な速度応答特性に近づけることができる。 As described above, according to the first embodiment, the function equivalent to the speed control system using the conventional speed PI control is realized, but it is shown in the section of "Problems to be solved by the invention" ( The error accumulated in the integral term of the speed PI control can be suppressed by the speed error component due to the delay time 1). Therefore, the speed error component due to the detection delay during acceleration/deceleration is less likely to be accumulated in the integral term, so the amount of overshoot at the time of shifting to the steady speed can be suppressed, and the speed response can be approximated to the ideal speed response characteristic without speed detection delay. You can
実施例1では、割込信号などのサンプルタイミングにて起動させる離散系の演算処理にて、パルス発生時にラッチした位相や時刻情報を読み出して速度検出をしているだけなので、そのままでは、速度情報は異なる割込タイミングが混在することになり厳密には矛盾が生じる。 In the first embodiment, the speed is detected only by reading the phase and time information latched at the time of the pulse in the calculation processing of the discrete system which is activated at the sample timing of the interrupt signal or the like. Strictly speaking, contradiction occurs because different interrupt timings are mixed.
厳密にはエンコーダパルスの発生時刻はサンプルタイミングと無関係(非同期)に発生するので、より厳密に異なる時間の整合を取りたい場合には、パルス発生タイミングの前後の位相指令サンプル値から補間演算などによりパルス発生タイミングの位相指令推定値を求めればよく、この方法を用いればより精度が改善できる。 Strictly speaking, the encoder pulse generation time is generated independently of the sample timing (asynchronously), so if you want to match more precisely different times, use interpolation calculation from the phase command sample values before and after the pulse generation timing. It suffices to obtain the phase command estimated value of the pulse generation timing, and the accuracy can be improved by using this method.
特に図9のように、低速になってエンコーダパルスの休止期間が長くなってくると、指令位相の方だけがどんどん進んでしまうため、時刻の整合を取らないと位相差の誤差が大きく現われることになる。これは、「発明が解決しようとする課題」の欄にて説明をした(遅延時間2)に相当する影響が表れているとみなすこともできる。 In particular, as shown in FIG. 9, when the pause time of the encoder pulse becomes longer as the speed becomes slower, only the command phase advances more and more. Therefore, if the time is not adjusted, a large difference in phase difference appears. become. It can be considered that this has an effect corresponding to (delay time 2) described in the section “Problems to be solved by the invention”.
したがって、実施例1に対して、さらに「発明が解決しようとする課題」の欄で示した2種類の遅延時間成分の対策をする必要がある。この遅延時間の影響を抑制するために、以降では次に示す実施例2と実施例3のような2種類の対策を提案する。 Therefore, it is necessary to take measures against the two types of delay time components shown in the section "Problems to be solved by the invention" in the first embodiment. In order to suppress the influence of this delay time, the following two types of measures are proposed below, such as the second and third embodiments.
(実施例2の対策)…速度検出および速度制御(PI制御)の処理を実行するサンプル周期と、エンコーダパルスの発生時刻に時間的なずれがあるので、パルス発生時刻と時間的な整合をとった正確な位相指令を計算する。具体的には、サンプル時刻の位相指令をパルス発生時刻情報で補間演算などを適用する。 (Countermeasure of the second embodiment)... Since there is a time lag between the sampling period for performing the speed detection and speed control (PI control) processing and the generation time of the encoder pulse, the pulse generation time and the time coincidence. Calculate accurate phase command. Specifically, interpolation calculation or the like is applied to the phase command of the sample time using the pulse generation time information.
(実施例3の対策)…速度検出および速度制御(PI制御)の処理を実行する割込周期で位相指令を更新しておき、今度は検出位相の方を補正する。具体的には、パルス発生時刻からの割込時刻前での位相進み量を予測して補正する。これにより、時間整合だけでなく、位相差がパルス分解能に相当する幅でステップ状に変化する問題を対策でき、さらにパルス休止期間中の位相補正機能も実現できる。 (Countermeasure of Third Embodiment)... The phase command is updated at an interrupt cycle for executing the processes of speed detection and speed control (PI control), and the detected phase is corrected this time. Specifically, the phase lead amount before the interrupt time from the pulse generation time is predicted and corrected. As a result, not only time matching but also the problem that the phase difference changes stepwise within the width corresponding to the pulse resolution can be dealt with, and the phase correction function during the pulse pause period can also be realized.
実施例2の構成を図6に示す。これは、速度指令値ω_refを積算した位相指令値(θ_ref)’の方を補正するものであり、パルス発生時刻における位相指令を補正計算により得るという対策である。 The configuration of the second embodiment is shown in FIG. This is to correct the phase command value (θ_ref)′ obtained by integrating the speed command value ω_ref, and is a measure to obtain the phase command at the pulse generation time by correction calculation.
図6の構成では、速度検出に使用するパルス時刻を明示する必要があるので、速度検出方法の一例を図中に追加して描いている。これは、下記のような計測回路や演算機能で構成されている。 In the configuration of FIG. 6, since it is necessary to clearly indicate the pulse time used for speed detection, an example of the speed detection method is additionally shown in the drawing. It is composed of the following measuring circuits and arithmetic functions.
(1)ppはエンコーダのパルス信号(図9(a)のA,B相信号に相当)である。 (1) pp is a pulse signal of the encoder (corresponding to the A and B phase signals in FIG. 9A).
(2)エッジ検出部16では、パルス信号の変化するエッジ検出タイミングEdgを検出する。
(2) The
(3)位相カウンタ17は、エッジ検出タイミングにてカウンタ値をup/downさせて、位相に相当するカウント値を出力し、さらに、これをサンプラ1m(Z-1)にて、サンプル周期発生部30で生成するサンプルタイミングs(図9(c)の割込信号のタイミング)でラッチして位相情報θppとする。位相カウンタ値はエッジ検出タイミングEdgの時に更新された値をラッチ回路11eに保持しており、速度検出を行うために読み出す位相データはサンプル周期でサンプラ1mにラッチしたものである。つまりEdgとサンプルタイミングsという異なる2段のラッチ構成となっているので、位相カウンタブロックの中に初段のEdgで操作するラッチ回路11eを描くことにより明示した。
(3) The
サンプルタイミングsは速度検出や制御処理を開始する割込信号であるが、速度検出や制御処理で読み出すデータを計測回路内のレジスタにラッチするタイミング信号でもある。ディジタル演算器では、この割込信号で実行する処理において、このレジスタからラッチした計測値を読み出して位相θ_detを得る。もし、計測した値の単位(パルス数[p])を回転角[rad]に変換する場合は、係数2π/(4・Npp)を乗算して変換すればよい(ここで、Npp[p/r]はエンコーダのA相やB相の一回転当たりのパルス数)。図6では、サンプラ1mの出力側に乗算器18を設けて回転角[rad]に変換している。
The sample timing s is an interrupt signal for starting the speed detection and control processing, but is also a timing signal for latching the data read by the speed detection and control processing in the register in the measurement circuit. In the digital arithmetic unit, in the process executed by this interrupt signal, the measured value latched from this register is read to obtain the phase θ_det. If the unit of the measured value (pulse number [p]) is converted to the rotation angle [rad], it may be converted by multiplying by the coefficient 2π/(4·Npp) (here, Npp[p/ r] is the number of pulses per one rotation of the A phase or B phase of the encoder). In FIG. 6, a
時間カウンタ19では、水晶振動子などの正確でかつ高い周波数の基準クロック信号をカウントアップして時間に相当するカウンタ値tを出力し、Edgタイミングで更新するラッチ回路11fによって位相カウンタが変化したときの時刻をラッチし、さらにサンプルタイミング(割込タイミング)sでラッチ回路1n(読み出しレジスタ;図中Z-1)にラッチして、速度検出に使用する時刻情報Tppを計測する。これも、ディジタル演算器で読み出され、時間の単位を[s]として取り扱う場合には基準クロック信号の周期Tclk[s]を乗算して時間成分T_det[s]に変換すればよい。図6では、サンプラ1nの出力側に乗算器20aを設けてT_detの時間の単位を[s(秒)]として取り扱っている。
The time counter 19 counts up an accurate and high-frequency reference clock signal such as a crystal oscillator and outputs a counter value t corresponding to time, and when the phase counter is changed by the
ディジタル演算器でこれらの位相と時刻情報を読み出した値から速度検出を得るためには、ラッチ回路11g、サンプラ1oにより前回のパルス発生時に読み出した位相情報θpp_zと最新の読み出し位相情報θppを減算器2fで減算して位相差Δθppを求め、ラッチ回路11h、サンプラ1pにより前回のパルス発生時に読み出した時刻情報Tpp_zと最新の読み出し時刻情報Tppを減算器2gで減算して時間差ΔTpp(第1の時間差)を求め、除算器21において位相差Δθppを時間差ΔTppで除算して検出速度とする。
In order to obtain the speed detection from the values obtained by reading the phase and time information by the digital arithmetic unit, the subtractor subtracts the phase information θpp_z read at the time of the previous pulse generation by the latch circuit 11g and the sampler 1o and the latest read phase information θpp. 2f is subtracted to obtain the phase difference Δθpp, and the time information Tpp_z read at the time of the previous pulse generation by the
速度検出の変換係数は前述の位相と時刻の変換係数(2π/4・Npp、Tclk[s])を組み合わせればよいが、実際には機械角と電気角の変換係数である回転機の極対数(Pole/2)も考慮する必要がある。しかし図6では、極対数(Pole/2)は2極であると仮定してこの極対数の項は省略してある。 The conversion coefficient for speed detection may be a combination of the above-mentioned phase and time conversion coefficients (2π/4·Npp, Tclk[s]), but in reality, it is the pole of the rotating machine, which is the conversion coefficient of the mechanical angle and the electrical angle. It is also necessary to consider the logarithm (Pole/2). However, in FIG. 6, assuming that the number of pole pairs (Pole/2) is two poles, the term of the number of pole pairs is omitted.
2相パルスを出力するエンコーダの場合には、速度検出用の計測回路はさらに正転や逆転も考慮した複雑な構成になるのだが、図6では簡略化して機能記述のみにした。より詳細な方法については既に非特許文献1に記述されているのでここでは省略している。
In the case of an encoder that outputs a two-phase pulse, the measuring circuit for speed detection has a complicated configuration that further considers forward rotation and reverse rotation, but in FIG. 6 it is simplified and only the functional description is shown. Since a more detailed method has already been described in
実施例2の提案内容は、前述の位相カウンタ17が動作するタイミングEdgに着目し、速度指令値の時間積分に相当する位相指令値(θ_ref)’に対して、エンコーダパルス発生時刻の値が計測できるように、速度検出のθppの計測回路と同様に、エッジ検出タイミングEdgでラッチするサンプル回路(ラッチ回路11e〜11hおよび加算器4gの出力側に設けたラッチ回路11i)と、サンプルタイミングsで操作する読み出し用のレジスタ(サンプラ1m〜1pおよびラッチ回路11iと減算器2dの間に設けたサンプラ1r)を挿入するものである。これにより、位相指令値(θ_ref)’を得るタイミングを補正することにより(位相検出値θ_detを減算器2dのマイナス入力とすることにより)、位相検出の発生時刻と時間的な整合を取ることが出来る。
The content of the proposal of the second embodiment focuses on the timing Edg at which the
すなわち図6で示したような速度検出方法では、パルスエッジのタイミングEdgにおける位相と時刻を計測しているので、速度指令値を積分した位相指令値(θ_ref)’についても同じ時刻Edgのタイミングでサンプルさせればパルス検出と同時刻の位相指令値(θ_ref)’が得られ、時刻の整合問題が対策できる。図6では、位相指令値(θ_ref)’を逐次演算してサンプラでラッチしている構成(図6(a),(b))と、それと置き換えることのできる等価な補間演算方法(図6(c))を記載している。 That is, in the speed detection method as shown in FIG. 6, since the phase and the time at the pulse edge timing Edg are measured, the phase command value (θ_ref)′ obtained by integrating the speed command values is also measured at the same timing Edg. If sampled, the phase command value (θ_ref)′ at the same time as the pulse detection can be obtained, and the problem of time matching can be dealt with. In FIG. 6, the phase command value (θ_ref)′ is sequentially calculated and latched by the sampler (FIGS. 6A and 6B), and an equivalent interpolation calculation method that can be replaced (FIG. 6( c)) is described.
最初のパルス位相と同じ時刻の位相指令をラッチする方法(図6(a),(b))では、位相積分をディジタル回路で構成して基準クロックの単位で更新し続けておき、位相カウンタや時刻のラッチと同じ計測回路で検出することにより、パルス発生時刻と時間整合のとれた位相指令を得る。これにより、位相指令と位相検出の時間的な整合が取れるので、ひいてはPI制御の積分項の誤差が抑制される。 In the method of latching the phase command at the same time as the first pulse phase (FIGS. 6(a) and 6(b)), the phase integration is configured by a digital circuit and continuously updated in units of reference clocks, and the phase counter and By detecting with the same measuring circuit as the time latch, the phase command time-matched with the pulse generation time is obtained. As a result, the phase command and the phase detection can be temporally matched with each other, so that the error of the integral term of the PI control is suppressed.
しかし、この機能をそのまま実装するためには、基準クロックという高速な周波数で位相指令値(θ_fef)’を計算して更新しておく必要があり、専用の高速な演算回路が必要になる。そこで、これと等価な機能を速度検出演算処理における補間演算にて近似することを図6(c)で提案する。 However, in order to implement this function as it is, it is necessary to calculate and update the phase command value (θ_fef)′ at a high-speed frequency of the reference clock, which requires a dedicated high-speed arithmetic circuit. Therefore, it is proposed in FIG. 6C to approximate an equivalent function by interpolation calculation in the speed detection calculation process.
すなわち、時間カウンタ19の時刻情報から、前記サンプルタイミングsで更新されるサンプラ1qによってサンプル時刻Tsを計測し、パルス発生時刻(Tpp)からサンプル時刻(Ts)までの経過時間に相当するクロック差(Ts−Tpp)を減算器2hによって計測しておき、これに乗算器20bの係数Tclkを乗算することで単位変換して時間差ΔT_est(第2の時間差)を得る。
That is, the sample time Ts is measured from the time information of the
そして、位相指令の積算部分ではサンプル周期(図9の割込信号の周期)dTに相当する増分が加算されているので、前記第2の時間差をサンプル周期(dT)で除して補正比率(ΔT_est/dT)を求め、前記加算器4aの出力に対して図6(c)のように、乗算器22によって前記補正比率(ΔT_est/dT)を乗算して位相差補正成分Δθref_estを求める。
Then, since the increment corresponding to the sample period (interval of the interrupt signal in FIG. 9) dT is added in the integration portion of the phase command, the second time difference is divided by the sample period (dT) and the correction ratio ( ΔT_est/dT) is obtained, and the output of the
そして減算器2iにおいて位相指令値(θ_fef)’から位相差補正成分Δθref_estを減算してパルス発生時刻に近似した位相指令値θ_ref_を得る。 Then, the subtracter 2i subtracts the phase difference correction component Δθref_est from the phase command value (θ_fef)′ to obtain the phase command value θ_ref_ approximated to the pulse generation time.
以上のように本実施例2によれば、積分項の位相差を演算する際に、両位相の時間整合をとることにより、「発明が解決しようとする課題」の欄で示した(遅延時間1)による成分のうち、パルス発生時刻とサンプル時刻が非同期であることに起因する遅延時間成分についても、発生パルスと速度制御のサンプルタイミングとの遅延時間差に相当する位相成分を補正する効果が得られ、積分項に関してはこの遅延時間の影響を抑制できる。ひいては、図10で示したような速度応答特性も、より理想的な検出遅延の無い場合の応答特性に近づけることができる。 As described above, according to the second embodiment, when the phase difference between the integral terms is calculated, the time matching between the two phases is performed, so that the “problem to be solved by the invention” is shown (delay time). With respect to the delay time component caused by the asynchronous generation of the pulse generation time and the sample time among the components according to 1), the effect of correcting the phase component corresponding to the delay time difference between the generated pulse and the sample timing of the speed control can be obtained. Therefore, the influence of this delay time can be suppressed for the integral term. As a result, the velocity response characteristic as shown in FIG. 10 can be made closer to the ideal response characteristic when there is no detection delay.
実施例2(図6)では、位相指令の方を補正演算して時間的な整合性を図った。しかし、「発明が解決しようとする課題」の欄の(遅延時間2)で示したような、パルス休止期間による遅延時間の問題が残っている。そこで、実施例3では位相検出に対して時間経過分に相当する位相予測を適用して補正する対策方法を提案するものであり、図7にその構成を示す。これは、実施例2にて挿入した指令位相のラッチ回路に相当する部分(図6の(b),(c))を取り除いて元に(図5の構成)に戻し、その代わりに位相検出の方に以降の補間機能を追加したものである。 In the second embodiment (FIG. 6), the phase command is corrected and calculated to achieve temporal consistency. However, the problem of the delay time due to the pulse pause period remains, as shown in (Delay time 2) in the column of "Problems to be solved by the invention". In view of this, the third embodiment proposes a countermeasure method for correcting the phase detection by applying the phase prediction corresponding to the elapsed time, and FIG. 7 shows the configuration thereof. This is done by removing the portions ((b) and (c) in FIG. 6) corresponding to the command phase latch circuit inserted in the second embodiment and returning to the original configuration (configuration in FIG. 5), and instead detecting the phase. The following interpolation function is added to.
図7では、割込タイミングsの時刻Tsをラッチ回路1qでサンプルしておき、前回のパルス発生時刻Tppから割込時刻Tsまでの経過時間(クロック数)を減算器2hによって(Ts−Tpp)として求める。これが位相補正したい時間遅れ成分であるので、この経過時間(Ts−Tpp)に乗算器20bの係数Tclkを掛けたΔT_est(第2の時間差)と、前回の速度検出値ω_detとを乗算器23にて乗算して、経過時間(Ts−Tpp)の間に変化する位相の予測量Δθ_estを求める。そしてこれを加算器4hにてパルス発生時刻の位相θ_detに加算して割込(サンプル)時刻における補正された位相検出値θ_detestとみなす。
In FIG. 7, the time Ts at the interrupt timing s is sampled by the
ここで位相の予測量Δθ_estはパルスの分解能θ_step=2π/(4・Npp)以下のはずなので、パルス信号にノイズが混入して速度検出が異常になった場合を考慮して、保護用に、位相リミッタ25によって正と負方向にそれぞれ|θ_step|のリミッタを掛けて(±θ_stepの幅に制限して)、過大なθ_detestとなることを防止している。これにより、速度検出異常時でも、位相検出の補正値θ_detestが過大になることはない。
Here, since the predicted amount of phase Δθ_est should be less than the pulse resolution θ_step=2π/(4·Npp), considering the case where noise is mixed in the pulse signal and the speed detection becomes abnormal, for protection, The
尚、図7では係数器3と加算器4bの間に低域通過フィルタ26を設けている。
In FIG. 7, a
このように、速度演算処理を行うサンプル時刻とパルス発生時刻の情報から、速度検出位相の方を補正することが実施例3の構成である。実施例3によれば、位相指令と位相検出の時間の同時性について整合をとることができる。 As described above, the configuration of the third embodiment is to correct the velocity detection phase based on the information on the sample time and the pulse generation time at which the velocity calculation process is performed. According to the third embodiment, it is possible to match the simultaneity between the phase command and the phase detection time.
さらにこの実施例3によれば、パルス休止期間においても機能できるという特長がある。なぜならば、割込信号ごとにサンプル時刻Tsが更新されるので、ΔT_est(第2の時間差)とΔθ_est(位相の予測量)も更新し続ける。そのため、パルス休止期間中においても、前回値を保持している位相検出θ_detに対してΔθ_estの補正成分の方が増加することにより、これらの合成結果である補正された位相検出値θ_detestを更新させ続けるように働く。 Further, according to the third embodiment, there is a feature that it can function even in the pulse pause period. Because the sample time Ts is updated for each interrupt signal, ΔT_est (second time difference) and Δθ_est (predicted amount of phase) are also updated continuously. Therefore, even during the pulse pause period, the correction component of Δθ_est increases with respect to the phase detection θ_det that holds the previous value, so that the corrected phase detection value θ_destest that is the combined result of these is updated. Work to continue.
これにより、「発明が解決しようとする課題」の欄で述べた(遅延時間2)の成分も抑制することができる。ひいては、速度形PI制御を適用する速度制御系において、積分項だけは速度検出の遅延時間による影響が零になるように近似することができる。 As a result, the component of (delay time 2) described in the section "Problems to be solved by the invention" can be suppressed. As a result, in the speed control system to which the speed PI control is applied, only the integral term can be approximated so that the influence of the delay time of speed detection becomes zero.
また、図7の各箇所に点在するKpsや1/Kpsの項を移動すれば、図8のように等価な回路に変換することもできる。図7ではトルクの単位を用いてPI制御演算を行っていたが、トルクの単位を比例ゲインKpsで除算すると速度(速度差)の単位となるので、図8では比例項や積分項の記号も“τ”→“Δω”に置換してある。またKpsの移動による整合を取るために、トルクリミッタ値についても(1/Kps)を乗算して速度の単位に変換してある(速度リミッタ35)。 Further, by moving the Kps or 1/Kps terms scattered at each location in FIG. 7, it is possible to convert into an equivalent circuit as shown in FIG. In FIG. 7, the PI control calculation is performed using the torque unit, but when the torque unit is divided by the proportional gain Kps, it becomes the unit of speed (speed difference). Therefore, in FIG. 8, the symbols of the proportional term and the integral term are also included. It is replaced with "τ"→"Δω". In addition, the torque limiter value is also multiplied by (1/Kps) and converted into a unit of speed in order to obtain matching by moving Kps (speed limiter 35).
図8において図7と異なる部分を説明すると、減算器2aの出力はΔω_p=τ_p/Kpsとなり、加算器4bの出力は(Δω_p+Δω_i)となり、減算器2cの出力はΔω_fbとなり、低域通過フィルタ26の入力側はΔω_i=τ_i/Kpsとなり、トルクリミッタ5が設けられていた箇所には、トルクリミッタ値±τ_limに1/Kpsを乗算して得られた速度リミッタ値±Δω_limで制限を行う速度リミッタ35が配設され、低域通過フィルタ15の手前で速度リミッタ35の出力にKpsを乗算してトルクに変換している。
Explaining the part of FIG. 8 different from FIG. 7, the output of the
図7と図8は機能的には全く等価であるが、図8の方が乗算などの演算回数を少なくすることができる。 Although FIG. 7 and FIG. 8 are completely functionally equivalent, the number of operations such as multiplication can be reduced in FIG.
以上のことから実施例1に対して実施例2と実施例3はほぼ同様な性能を有しており、実施例2ではサンプル周期dTよりも小さな時間差成分しか補正していないので、微小な部分を無視すれば実施例1とほぼ同様な特性になる。 From the above, the second embodiment and the third embodiment have almost the same performance as the first embodiment. In the second embodiment, since only the time difference component smaller than the sample period dT is corrected, the minute portion is corrected. Is ignored, the characteristics are almost the same as those in the first embodiment.
また、実施例2と実施例3の差異は、減速してパルス休止が発生する一部の速度領域であり、パルスが休止しない速度域では同じ特性となる。実施例1と実施例2のシミュレーション結果を比較すると差異が微小であったこと、また、実施例3であれば実施例2の改善効果と低速域の改善効果の両方が確認できることから、代表して実施例3の方式について動作例を示すことにした。 Further, the difference between the second embodiment and the third embodiment is a part of the speed range where the pulse is stopped by decelerating, and the characteristics are the same in the speed range where the pulse is not stopped. The comparison between the simulation results of Example 1 and Example 2 showed that the difference was very small, and that Example 3 was able to confirm both the improvement effect of Example 2 and the improvement effect in the low speed range. As a result, an operation example of the system of the third embodiment will be shown.
まず、「従来例1に実施例2の速度検出方式の部分のみを組み合わせた場合」を従来例とし、これに対して「実施例3の方式」を提案方法の代表例として、これらの2種類の方式の応答特性を比較する。評価条件については、定格速度まで加速する条件と、低速領域にて減速する条件の2種類の速度指令パターンを設定した。 First, the "case in which only the speed detection method portion of the second embodiment is combined with the conventional example 1" is taken as a conventional example, while the "method of the third embodiment" is used as a representative example of the proposed method, and these two types are used. The response characteristics of the methods are compared. As for the evaluation conditions, two types of speed command patterns were set: a condition of accelerating to the rated speed and a condition of decelerating in the low speed region.
最初の評価条件は、「発明が解決しようとする課題」の欄で示した遅延時間(1)の成分を調べるために、0から、50%と100%の2段階に加速させて、定常速度へ移行時のオーバーシュート量や積分項の誤差蓄積の抑制効果を調べている。2種類の方式の速度制御特性を比較したものが図11であり、速度制御の比例項と積分項および出力トルク指令の各特性について調べたものが図12である。 The first evaluation condition was to accelerate from 0 to 50% and 100% in order to investigate the component of the delay time (1) shown in the column of "Problems to be solved by the invention", and to obtain a steady speed. We are investigating the effect of suppressing the amount of overshoot and the accumulation of error in the integral term when shifting to. FIG. 11 is a comparison of the speed control characteristics of the two types of methods, and FIG. 12 is an investigation of the characteristics of the proportional term and integral term of the speed control and the output torque command.
図11を比較すると、0%から50%に加速する場合には、(b)図の実施例3の方がオーバーシュート量が小さくなっており、図10のPI制御特性のうち遅延時間の無い理想的な速度検出の特性(特性線(2))に似ている結果となった。 Comparing FIG. 11, in the case of accelerating from 0% to 50%, the overshoot amount is smaller in the third embodiment shown in (b), and there is no delay time in the PI control characteristics of FIG. The result is similar to the ideal speed detection characteristic (characteristic line (2)).
これと同じ条件にて、速度制御の内部の比例項と積分項のトルク指令要素を比較したものが図12である。従来例1には積分項自体は存在しないので、出力トルクから比例成分を減算した成分(τpio−τ_p)を積分項τ_iとみなした。 FIG. 12 compares the torque command elements of the proportional term and the integral term inside the speed control under the same conditions. Since the integral term itself does not exist in Conventional Example 1, the component (τpio−τ_p) obtained by subtracting the proportional component from the output torque is regarded as the integral term τ_i.
従来例1を使用した場合の特性である(a)図では、速度検出遅延成分により加速時の積分項が大きくなる誤差が生じており、そして定常速度に移行する際にはこの積分項を減少させる必要があるためにτ_pが大きな負の値に振れている。これに対して実施例3の(b)図では、加速中に積分項が増加する誤差成分はほとんどなく、速度検出遅れによる誤差の蓄積量が抑制されていることが確認できる。そのため、定常速度に移行時も、τ_p項が負に振れる量も少ない。 In Fig. (a), which is the characteristic when the conventional example 1 is used, there is an error that the integral term at the time of acceleration becomes large due to the velocity detection delay component, and this integral term is decreased when shifting to the steady speed. Therefore, τ_p swings to a large negative value. On the other hand, in the diagram (b) of the third embodiment, it can be confirmed that there is almost no error component in which the integral term increases during acceleration, and the accumulated amount of error due to the speed detection delay is suppressed. Therefore, the amount of τ_p term swinging negatively is small even when shifting to the steady speed.
また、50%から100%に加速する場合には、トルク指令はトルクリミッタ値(τ_lim=2.0pu)に制限されている。このトルクリミッタが動作した場合には、積分項の蓄積量が増加してもトルクリミッタによるフィードバックにより制限されるため、(a)図と(b)図の速度もトルクも特性はほぼ同じになる。(a)図と(b)図では、トルクリミッタ動作時はほぼ同じ特性になっていることから、どちらも速度形PI制御として正常に動作していることが確認できており、基本的なPI制御機能としては等価であることも確認できた。 Further, when accelerating from 50% to 100%, the torque command is limited to the torque limiter value (τ_lim=2.0 pu). When this torque limiter operates, even if the amount of accumulation of the integral term increases, it is limited by the feedback by the torque limiter, so that the characteristics of both speed and torque in FIGS. .. Since the characteristics are almost the same when the torque limiter is operating in FIGS. (a) and (b), it can be confirmed that both are operating normally as the speed type PI control. It was also confirmed that the control functions are equivalent.
2つ目の評価条件として、「発明が解決しようとする課題」の欄で示した遅延時間(2)のパルス休止期間の特性を調べるために、0から5%に加速した後に、1%に減速させてパルス休止状態を発生させて、速度制御系の安定性や積分項の誤差蓄積の抑制効果を調べている。図12と同様に、2種類の方式についての速度制御特性を比較したものが図13であり、速度制御の比例項と積分項および出力トルク指令の特性を調べたものが図14である。使用した回転機の定格回転数は1180[rpm]、エンコーダはNpp=128[p/r]として分解能を低く設定した。1%速度時のエンコーダのパルス周期は39.7ms(A相とB相のパルス間隔は9.9ms)であるのに対し、速度制御周期は1msとしている。したがって、図13と図14の特性はパルス休止期間を含んだ領域で動作していることになる。 As the second evaluation condition, in order to investigate the characteristics of the pulse pause period of the delay time (2) shown in the column of "Problems to be solved by the invention", after accelerating from 0 to 5%, the value was changed to 1%. We are investigating the stability of the speed control system and the effect of suppressing the error accumulation of the integral term by decelerating to generate a pulse pause state. Similar to FIG. 12, FIG. 13 compares the speed control characteristics of the two types of systems, and FIG. 14 illustrates the characteristics of the proportional term and integral term of the speed control and the output torque command. The rated speed of the rotating machine used was 1180 [rpm] and the encoder was set to low resolution with Npp=128 [p/r]. The pulse cycle of the encoder at 1% speed is 39.7 ms (the pulse interval between the A phase and the B phase is 9.9 ms), while the speed control cycle is 1 ms. Therefore, the characteristics of FIGS. 13 and 14 operate in the region including the pulse pause period.
図13、図14にて5%から1%に減速すると、(a)図ではパルス休止時に速度検出が零を認識するとトルク補正が停止してしまい、実速度が負にオーバーシュートしやすくなる。それでも極低速領域が続くため、これによりパルス休止期間が長くなってしまい、速度検出(太い実線)に異常な値が発生している。これに対して、(b)図では、減速時の実速度はオーバーシュートが少なく、かつ安定に制御できており、実施例3の方式によれば、パルス休止期間でも、位相検出の補正動作が継続されていることによって、速度制御の安定性が実現できることが分かる。 When decelerating from 5% to 1% in FIGS. 13 and 14, torque correction stops when the speed detection recognizes zero when the pulse is stopped in FIG. 13A, and the actual speed tends to overshoot negatively. However, since the extremely low speed region continues, the pulse pause period becomes longer, and an abnormal value occurs in the speed detection (thick solid line). On the other hand, in the diagram (b), the actual speed during deceleration has little overshoot and can be controlled stably, and according to the method of the third embodiment, the correction operation for phase detection is performed even during the pulse pause period. It can be seen that the stability of speed control can be realized by being continued.
1a〜1r…サンプラ
2a〜2i…減算器
3…係数器
4a〜4h…加算器
5…トルクリミッタ
11a〜11i…ラッチ回路
12a,21…除算器
15,26…低域通過フィルタ
16…エッジ検出部
17…位相カウンタ
18,20a,20b,22,23…乗算器
19…時間カウンタ
25…位相リミッタ
30…サンプル周期発生部
35…速度リミッタ
1a-1r...
Claims (5)
前記比例積分制御方式の比例項のトルク指令成分(τ_p)は、速度指令値(ω_ref)と速度検出値(ω_det)の差分に対して比例ゲイン(Kps)を乗算して求め、
前記比例積分制御方式の積分項のトルク指令成分(τ_i)は、速度指令値(ω_ref)に速度指令値の補正量(Δω_fb)を加算した値を、サンプル演算ごとに積算して位相指令値((θ_ref)’)を演算し、該位相指令値((θ_ref)’)と位相検出値(θ_det)との差分に対して、比例ゲイン(Kps)と積分時定数に相当する係数ゲイン(dT/Tis)を乗算することにより求め、
前記比例項のトルク指令成分(τ_p)と積分項のトルク指令成分(τ_i)を加算し、該加算出力をトルク制限部に通して比例積分制御のトルク指令(τ_pio)を出力し、
前記速度指令値の補正量(Δω_fb)は、前記トルク制限部の出力成分からトルク制限部の入力成分を減算することにより、トルク制限部で作動した制限量をトルク指令補正量(Δτ_fb)として演算し、該トルク指令補正量(Δτ_fb)に、前記比例ゲインと積分時定数に相当する係数ゲインのそれぞれの逆数(1/Kps、Tis/dT)を乗算して求めることを特徴とする速度制御システム。 In the speed control system of the rotating machine to which the speed detection using the pulse encoder and the speed-type proportional-plus-integral control method are applied,
The torque command component (τ_p) of the proportional term of the proportional-plus-integral control method is obtained by multiplying the difference between the speed command value (ω_ref) and the detected speed value (ω_det) by the proportional gain (Kps),
The torque command component (τ_i) of the integral term of the proportional-plus-integral control method is added to the speed command value (ω_ref) and the correction amount (Δω_fb) of the speed command value, and the phase command value ( (Θ_ref)′) is calculated, and a proportional gain (Kps) and a coefficient gain (dT/d) corresponding to an integration time constant are calculated with respect to the difference between the phase command value ((θ_ref)′) and the phase detection value (θ_det). It is calculated by multiplying
The torque command component (τ_p) of the proportional term and the torque command component (τ_i) of the integral term are added, and the addition output is passed through the torque limiting unit to output the torque command (τ_pio) of the proportional-integral control,
The correction amount (Δω_fb) of the speed command value is calculated as the torque command correction amount (Δτ_fb) by subtracting the input component of the torque limiting unit from the output component of the torque limiting unit. Then, the speed control system is obtained by multiplying the torque command correction amount (Δτ_fb) by the respective inverse numbers (1/Kps, Tis/dT) of the proportional gain and the coefficient gain corresponding to the integral time constant. ..
前記速度検出値(ω_det)は、前記得られた位相検出値(θ_det)のうち最新の位相検出値と前記エッジ検出タイミング前の過去の位相検出値との差である位相差を演算し、基準クロック信号をカウントして時刻情報とし、前記エッジ検出タイミングで前記出力パルスのカウント値が変化したときの時刻をラッチし、該ラッチされた時刻を前記サンプルタイミングで読み出すことでパルス発生時刻(Tpp)を得、最新のパルス発生時刻とエッジ検出タイミング前の過去のパルス発生時刻との差である第1の時間差を演算し、前記演算された位相差を前記演算された第1の時間差で除算して求められ、
前記基準クロック信号をカウントした時刻情報から前記サンプルタイミングで更新されるサンプル時刻(Ts)を計測し、前記パルス発生時刻(Tpp)からサンプル時刻(Ts)までの経過時間に相当するクロック差(Ts−Tpp)を第2の時間差(ΔT_est)として演算し、
前記第2の時間差をサンプル周期(dT)で除して補正比率(ΔT_est/dT)を求め、前記速度指令値(ω_ref)と速度指令値の補正量(Δω_fb)を加算した値に前記補正比率(ΔT_est/dT)を乗算して位相差補正成分(Δθref_est)を求め、
前記位相指令値は、前記位相指令値((θ_ref)’)から、前記位相差補正成分(Δθref_est)を減算することによって、パルス発生時刻に近似した位相指令値(θ_ref)として得られることを特徴とする請求項1に記載の速度制御システム。 The phase detection value (θ_det) is obtained by detecting each rising edge and falling edge of the output pulse of the pulse encoder to obtain edge detection timing, counting the output pulse at the edge detection timing, and latching as a pulse phase value. Then, it is obtained by reading the latched pulse phase value at the sample timing generated by the sample period generator,
The speed detection value (ω_det) is calculated by calculating a phase difference, which is a difference between the latest phase detection value of the obtained phase detection values (θ_det) and the past phase detection value before the edge detection timing, The clock signal is counted as time information, the time when the count value of the output pulse changes at the edge detection timing is latched, and the latched time is read at the sample timing to generate the pulse generation time (Tpp). And calculating a first time difference that is the difference between the latest pulse generation time and the past pulse generation time before the edge detection timing, and dividing the calculated phase difference by the calculated first time difference. Demanded by
A sample time (Ts) updated at the sample timing is measured from the time information obtained by counting the reference clock signal, and a clock difference (Ts) corresponding to the elapsed time from the pulse generation time (Tpp) to the sample time (Ts). -Tpp) as the second time difference (ΔT_est),
The second time difference is divided by the sampling period (dT) to obtain a correction ratio (ΔT_est/dT), and the correction ratio is added to a value obtained by adding the speed command value (ω_ref) and the correction amount (Δω_fb) of the speed command value. (ΔT_est/dT) is multiplied to obtain the phase difference correction component (Δθref_est),
The phase command value is obtained as a phase command value (θ_ref) approximate to the pulse generation time by subtracting the phase difference correction component (Δθref_est) from the phase command value ((θ_ref)′). The speed control system according to claim 1.
前記速度検出値(ω_det)は、前記得られた位相検出値(θ_det)のうち最新の位相検出値と前記エッジ検出タイミング前の過去の位相検出値との差である位相差を演算し、基準クロック信号をカウントして時刻情報とし、前記エッジ検出タイミングで前記出力パルスのカウント値が変化したときの時刻をラッチし、該ラッチされた時刻を前記サンプルタイミングで読み出すことでパルス発生時刻(Tpp)を得、最新のパルス発生時刻とエッジ検出タイミング前の過去のパルス発生時刻との差である第1の時間差を演算し、前記演算された位相差を前記演算された第1の時間差で除算して求められ、
前記基準クロック信号をカウントした時刻情報から前記サンプルタイミングで更新されるサンプル時刻(Ts)を計測し、前記パルス発生時刻(Tpp)からサンプル時刻(Ts)までの経過時間に相当するクロック差(Ts−Tpp)を第2の時間差(ΔT_est)として演算し、
前記速度検出値(ω_det)と第2の時間差(ΔT_est)を乗算して、第2の時間差内で変化する位相の予測量(Δθ_est)を求め、該予測量を前記位相検出値(θ_det)に加算して、割込時刻における補正された位相検出値(θ_detest)を求め、
前記位相検出値(θ_det)に代えて前記位相検出値(θ_detest)を、前記位相指令値((θ_ref)’)との差をとるために用いることを特徴とする請求項1に記載の速度制御システム。 The phase detection value (θ_det) is obtained by detecting each rising edge and falling edge of the output pulse of the pulse encoder to obtain edge detection timing, counting the output pulse at the edge detection timing, and latching as a pulse phase value. Then, it is obtained by reading the latched pulse phase value at the sample timing generated by the sample period generator,
The speed detection value (ω_det) is calculated by calculating a phase difference, which is a difference between the latest phase detection value of the obtained phase detection values (θ_det) and the past phase detection value before the edge detection timing, The clock signal is counted as time information, the time when the count value of the output pulse changes at the edge detection timing is latched, and the latched time is read at the sample timing to generate the pulse generation time (Tpp). And calculating a first time difference that is the difference between the latest pulse generation time and the past pulse generation time before the edge detection timing, and dividing the calculated phase difference by the calculated first time difference. Demanded by
A sample time (Ts) updated at the sample timing is measured from the time information obtained by counting the reference clock signal, and a clock difference (Ts) corresponding to the elapsed time from the pulse generation time (Tpp) to the sample time (Ts). -Tpp) as the second time difference (ΔT_est),
The speed detection value (ω_det) is multiplied by the second time difference (ΔT_est) to obtain the predicted amount (Δθ_est) of the phase that changes within the second time difference, and the predicted amount is used as the phase detection value (θ_det). By adding, the corrected phase detection value (θ_destest) at the interrupt time is obtained,
The speed control according to claim 1, wherein the phase detection value (θ_destest) is used in place of the phase detection value (θ_det) to obtain a difference from the phase command value ((θ_ref)′). system.
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