JPH01157283A - ばねモーメントおよび差回転数の検出および調節方法 - Google Patents

ばねモーメントおよび差回転数の検出および調節方法

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JPH01157283A
JPH01157283A JP63267979A JP26797988A JPH01157283A JP H01157283 A JPH01157283 A JP H01157283A JP 63267979 A JP63267979 A JP 63267979A JP 26797988 A JP26797988 A JP 26797988A JP H01157283 A JPH01157283 A JP H01157283A
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JP
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motor
moment
control loop
differential
rotational speed
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JP63267979A
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Wolfgang Papiernik
ウオルフガング、パピールニク
Hans-Peter Troendle
ハンスペーター、トレンドレ
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/0016Control of angular speed of one shaft without controlling the prime mover
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/41Servomotor, servo controller till figures
    • G05B2219/41251Servo with spring, resilient, elastic element, twist
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S388/00Electricity: motor control systems
    • Y10S388/90Specific system operational feature
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  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、回転駆動される系におけるばねモーメント
および差回転数の検出および調節のための方法であって
、全駆動ユニットが弾性的に結合された2質量系のよう
に作用する場合に用いられる方法に関するものである。
〔従来の技術〕
回転駆動される系の軸は、軸の理想的に剛固ではない材
料特性に基づいて弾性変形に通ずるねじり応力にさらさ
れている。物理的には駆動ユニットは1つのばねにより
結合されている2つの理想的に剛固なFIt量のように
みなされ得る。その際に一方の質量は電動機の慣性質量
として、また他方の質量は負荷の慣性質量として解釈さ
れ得る。このような駆動ユニットは、一方ではそのつど
の系、たとえば工作機械またはロボットの調節に不利に
影響し、また他方では当該の材料に強い応力をかける固
を振動を生ずる。
たとえば負荷が回転もしくは直線駆動される通常の工作
機械における特定の系では、それぞれ電動機における測
定発信器および負荷における測定発信器により負荷軸ま
たは電動機軸の差回転数または左位置を測定することが
可能である。電動機軸における測定発信器は調節される
系では常に存在しているので、ばねモーメントまたは差
回転数のこの形式の調節のためには負荷軸における追加
的な測定発信器が必要とされる。しかし、この措置は非
常に費用がかかる。
しかしたとえばハンドまたはつかみ腕が予め定められた
三次元の動作空間、の各任意の点において運動し得るロ
ボットでは、直接的な測定系を負荷に取り付けることは
しばしば全く不可能であることがある。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明の課題は、冒頭に記載した種類の方法を、生ずる
ばねモーメントおよび差回転数を負荷回転数または負荷
位置の直接的な測定なしに検出可能であるように構成す
ることである。
〔課題を解決するための手段〕
この課題は、本発明によれば、電動機の慣性質量を表す
駆動ユニットの第1の質量と負荷の慣性itを表す駆動
ユニットの第2の質量との間のばねモーメントおよび差
回転数がオブザーバ−の制御ループにより検出可能であ
り、また全系の制御対象に補正値として供給可能であり
、その際にオブザーバ−の制御ループが電動機−実際回
転数をシミュレートするための調節要素を含んでおり、
差回転数が直接にシミュレートされた電動機回転数と電
動機の実際回転数との差から、またばねモーメントが差
回転数の積分から検出されることにより解決される。
本発明の第1の実施態様は、電動機−目標モーメントが
PI調節器および補正値により予め設定可能であり、そ
の際に生ずる負荷モーメントがP■調節器の1部分によ
り補償されることを特徴とする。この簡単な措置により
ばねモーメントの調節に追加して、場合によっては作用
する負荷モーメントが補償され得る。
しかし全制御対象は、電動機−目標モーメントが比例調
節器および補正値により予め設定可能であり、その際に
生ずる負荷モーメントが回転数差の積分により補償され
、回転数差がオブザーバ−の制御ループを含む全制御対
象のシミュレーシ目ンにより発生可能な理論的な電動機
回転数と電動機−実際回転数との比較から検出されるよ
うに構成されていてもよい、負荷モーメントを補償する
ためのこの措置は特に、より高い調節速度が達成される
べきときに有利である。なぜならば、この措置により制
御対象の時間的挙動がPI調節器にくらべてほぼ2倍改
善されるからである。
〔実施例〕
以下、図面に示されている実施例により本発明を一層詳
細に説明する。
第1図および第2図による信号流れ図には、そのつどの
信号の流れの方向が矢印により示されている。そのつど
の出力信号と入力信号との作用関係を示すため、信号流
れ図の各ブロックのなかにそのつどの伝達関数が記入さ
れている。さらにそれぞれブロックにはそれらの特性定
数または特定数が記入されている。これらの定数または
時定数は以下では参照符号としても用いられる。
第1図には、負荷モーメントを補償するためのPI調節
器に、■を有する本方法による制御対象の信号流れ図が
示されている。信号流れ図はそれぞれ鎖線により、電動
機の慣性質量を表す電動機軸の制御ループMと、負荷の
慣性質量を表す負荷軸の制御ループLと、オブザーバ−
の制御ループBとに分割されている。
電動機軸および負荷軸は最も簡単な場合には、たとえば
工作機械の場合には、電動機により駆動され、またたと
えばフライスヘッドの形態の負荷により応力を与えられ
ている軸から成っている。
相応の機械的形態がそのつどの系(工作機械、ロボット
など)により予め与えられている。このような駆動軸は
、思考的に2つの互いに分離した質量、電動機軸および
負荷軸に分離され得る駆動ユニットを表し、その際に画
質量は理想的には1つのばねにより結合されている。電
動機軸の慣性質量および負荷軸の慣性質量は理想的に剛
固であるとみなされ、また画質量を結合するばねは現実
の理想的剛固でない軸を表す。
電動機軸の制御ループMに目標回転数N。が予め与えら
れると、電動機に調節器に、Iを介して電動機−目標モ
ーメントRL+sが供給される。電動機特性に相応して
それから、電動機の回転運動に通ずる電動機−実際モー
メン)Millが生ずる。駆動軸の弾性により条件付け
られて、電動機−実際モーメントM0に抗するばねモー
メントMFが加算要素A3に示されているように生ずる
。積分要素Tにの出力端から、結果として生ずる駆動モ
ーメントに相応する電動機軸の実際−回転数N、が取り
出され得る。しかし、電動機軸のこの実際−回転数NI
は負荷軸の実際−回転数NLlと同一で−はない、2つ
の剛固な質量およびこれらを結合する1つのばねの物理
的考察にとどまるならば、電動機の始動の際に先ずばね
が伸ばされ、その後に初めて時間的および位置的に遅れ
て負荷軸りが回転される。
負荷軸の制御ループLは、2’iji系モデルの第2の
質量に相当する物理的モデルである。負荷軸の実際の実
際回転数NL1を測定し得るものと仮定すれば、負荷軸
の実際回転数N1を加算器A4において電動機の実際回
転数N1から差し引くことができよう、結果として生ず
る差回転数N、とばねモーメントM、との間には積分関
係が存在するので、ばねモーメントM、は積分要素TF
を介して求められ得る。しかし、冒頭にあげた理由から
、負荷軸の実際回転数N L +のこのような測定は省
略されなければならない。
従って、オブザーバ−の制御ループBのなかに電動機特
性が調節要素’fitによりシミュレートされて、従っ
て積分要素Tel?により電動機の実際回転数N′□が
シミュレート可能である。加算器へ〇において、電動機
の測定発信器から取り出し可能な実際回転数N、がシミ
ュレートされた実際回転数N’、、と比較され得る。
電動機軸の制御ループMの加算器A3にばねモーメント
MFが加わると、加算器A6に、いまばねモーメントM
、により影響される実際の電動機の実際回転数N、とば
ねモーメントMPによりまだ影響されないシミュレート
された実際回転数N′に菖との間の制御偏差N′。が生
ずる。
積分RT1および比例要素に、から成るP1調節器は加
算器A7を介して、加算器A6における制御偏差が零に
なるまで、電動機回転数N′、のシミュレーションのた
めに制御対象に作用する。
振動が減衰した状態で加算器へ6における制御偏差N′
。が零に等しいならば、積分器T、から加算器A7に与
えられる量が電動機軸の制御ループMのなかで加算器A
3に作用する量M′1、すなわちばねモーメントMFに
一致することは明らかである。
さらに、オブザーバ−の制御ループBの等優待定数をば
ね一質量系の周期よりもはるかに小さくするならば、積
分要素T、の出力端にダイナミックにばねモーメントM
’yがオブザーバ−の制御ループBの等優待定数により
平滑化されて現れる。
負荷軸の制御ループLのなかに示されているように、ば
ねモーメントM、は電動機の慣性質量と負荷の慣性質量
との間に存在する差回転数N、の積分から生ずる。
ばねモーメン) M ’ F も制御ループBのなかの
積分要素T、による積分から生ずるので、積分要素T、
の入力信号、すなわち加算器へ6において形成される制
御偏差N′。は直接に差回転数N。
に比例している。
こうしてオブザーバ−の制御ループBを介して取り出し
可能な差回転数N′。およびばねモーメン) M ′F
は次いでそれぞれ一定の係数Kを乗算されて加算器A2
を介して電動機軸の制御ループMに与えられ、従ってそ
れによってばね一貿景系の固有振動が調節され得る。
ばねモーメンl−M、に追加して、負荷軸の制御ループ
Lのなかに加算器A5に通ずる破線の作用線により示さ
れているように、負荷モーメントMLが作用すると、こ
れは電動機軸の制御ループMのなかのPlil1節器に
、Iの1部分により補償され得る。
しかし、負荷モーメントは、第2図に示されているよう
にも補償され得る。第2図は、追加的に制御ループFが
設けられている点で、また電動機軸の制御ループMのな
かのPI調節器に*Iが比例ff1l要素KIIにより
置換されている点で第1図と相違する。
制御ループFのなかの調節要素TIにより、電動機軸の
制御ループM、負荷軸の制御ループLおよびオブザーバ
−の制御ループBから成る全制御対象がシミュレートさ
れ、また理論的な電動機回転数N1をシミュレートする
。この理論的な電動機回転数N、4!により既にばねモ
ーメントM、および差回転数N、が考慮され、また加算
器A8においてこの理論的な電動機回転数N、ITが実
際の電動機回転数N、と比較される。制御偏差、すなわ
ち差回転数N″。が生ずると、それから積分要素TIを
介して負荷モーメントに比例する量M′Lが定常的に検
出され、また電動機軸の制御ループMに加算器A2を介
して補償のために供給され得る。
【図面の簡単な説明】
第1図は負荷モーメントを補償するためのPI調節器を
有する本発明の方法による制御対象の信号流れ図、第2
図は負荷モーメントを補償するための制御対象シミュレ
ーションを有する本発明の方法による制御対象の信号流
れ図である。 K、I・・・負荷モーメントの補償のためのPIII節
器 M・・・電動機軸の制御ループ L・・・負荷軸の制御ループ B・・・オブザーバ−の制御ループ N、1.・・・電動機軸の目標回転数 MIl、・・・電動機−目標モーメントM、ピ・・電動
機−実際モーメント MF・・・ばねモーメント A1〜A8・・・加算要素 TM・・・積分要素 N、・・・電動機軸の実際回転数 N口・・・負荷軸の実際回転数 NIl・・・差回転数 T、・・・積分要素 To・・・電動機特性のシミュレーシヨンのための調節
要素 T、7・・・積分要素 N′イ、・・・電動機軸のシミュレートされた実際回転
数 N′1・・シミュレートされた差回転数に、・・・比例
要素 T、・・・積分要素 M′2・・・シミュレートされたばねモーメントML・
・・負荷モーメント F・・・制御ループ に3・・・比例調節要素 Tえ。・・・全制m 対象のシミュレーシヨンのための
調節要素 Nエア・・・全制御対象の理論的な電動機回転数N1D
・・・差回転数 T1・・・積分要素

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)回転駆動される系におけるばねモーメントおよび差
    回転数の検出および調節のための方法であって、全駆動
    ユニットが弾性的に結合された2質量系のように作用す
    る場合に用いられる方法において、電動機の慣性質量を
    表す駆動ユニットの第1の質量と負荷の慣性質量を表す
    駆動ユニットの第2の質量との間のばねモーメント(M
    _F)および差回転数(N_D)がオブザーバ−の制御
    ループ(B)により検出可能であり、また全系の制御対
    象に補正値(N′_D、M′_F)として供給可能であ
    り、その際にオブザーバーの制御ループ(B)が電動機
    −実際回転数(N′_M_I)をシミュレートするため
    の調節要素を含んでおり、差回転数(N′_D)が直接
    にシミュレートされた電動機回転数(N′_M_I)と
    電動機の実際回転数(N_I)との差から、またばねモ
    ーメント(M′_F)が差回転数(N′_D)の積分か
    ら検出されることを特徴とするばねモーメントおよび差
    回転数の検出および調節方法。 2)電動機−目標モーメント(M_M_S)がPI調節
    器(K_RI)および補正値により予め設定可能であり
    、その際に生ずる負荷モーメント(M_L)がPI調節
    器(K_RI)のI部分により補償されることを特徴と
    する請求項1記載の方法。 3)電動機−目標モーメント(M_M_S)が比例調節
    器(K_R)および補正値により予め設定可能であり、
    その際に生ずる負荷モーメント(M_L)が回転数差(
    N″_D)の積分により補償可能であり、回転数差(N
    ″_D)がオブザーバーの制御ループ(B)を含む全制
    御対象のシミュレーションにより発生可能な理論的な電
    動機回転数(N_M_T)と電動機−実際回転数(N_
    I)との比較から検出されることを特徴とする請求項1
    記載の方法。
JP63267979A 1987-10-26 1988-10-24 ばねモーメントおよび差回転数の検出および調節方法 Pending JPH01157283A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE3736214 1987-10-26
DE3736214.3 1987-10-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH01157283A true JPH01157283A (ja) 1989-06-20

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ID=6339101

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JP63267979A Pending JPH01157283A (ja) 1987-10-26 1988-10-24 ばねモーメントおよび差回転数の検出および調節方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US4950090A (ja)
EP (1) EP0313928B1 (ja)
JP (1) JPH01157283A (ja)
DE (1) DE3871074D1 (ja)

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DE3871074D1 (de) 1992-06-17
EP0313928B1 (de) 1992-05-13
EP0313928A1 (de) 1989-05-03
US4950090A (en) 1990-08-21

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