JPH07337056A - 駆動系の振動抑制方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】速度制御系の応答性を低下させることなく駆動
軸のトルク計測手段出力からねじり速度を推定のうえ、
格別に電動機駆動を行い得る駆動系の振動抑制方法を提
供するものである。 【構成】第１に、駆動軸トルク計測手段出力からねじり
速度を推定し、このねじり速度推定値と電動機速度の偏
差により負荷速度の制御を行い、第２に、制御対象入力
トルク指令と電動機速度から制御系の等価外乱を求め、
等価外乱補償部出力を制御系入力に加算させ、第３に、
ばね定数のノミナル値を推定真値より大きくおくよう
に、構成したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は弾性系を有する駆動軸を
介して電動機から負荷へ駆動トルクが伝達される駆動系
の制御方法に係り、特に駆動軸のトルク計測手段を備え
るねじり駆動系の振動抑制方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的な電動機速度制御系の例により、
図６にて説明する。図６は従来例の安定化フィードバッ
ク制御方法が用いられた系統を示すもので、１はＰＩ制
御装置、２は制御対象、30は加算部、４はトルク係数で
ある。ここでは制御対象２が電動機であり、したがっ
て、速度制御系においては設定入力Ｒが速度指令，状態
量Ｙが速度検出出力である。

【０００３】すなわち、設定入力Ｒと状態量Ｙの偏差ｅ
を、ＰＩ制御装置１を通して制御対象２に印加すること
により、速度制御系を安定化している。その一般的な安
定化調整は、慣性Ｊが大きいほどブロック11の比例ゲイ
ンＫｐを大きくし、それに応じてブロック12の積分ゲイ
ンＫｉも大きくすることにより、達成される。かように
して、通常はＰＩ補償要素を直列に挿入し、制御対象に
応じた比例ゲインおよび積分ゲインを調整することによ
り、ねじり振動の安定化が図られていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】さて一般機械設備の駆
動系は、程度の大小はあれねじり振動系とみなされ、そ
のねじりのばね定数の値により、制御性が大きく変わ
る。例えば、駆動軸のばね定数が小さくねじり振動が出
やすい場合、比例ゲインを大きくすると不安定になって
ねじり振動を起こし易く、また積分ゲインを大きくする
と、オーバーシュートが発生して好ましくないという問
題点がある。本発明の目的とするところは、速度制御系
の応答性を低下させることなく、前述の課題を解決した
格別な駆動系の振動抑制方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明はつぎの如くに構
成してなるものである。すなわち、第１には駆動軸のト
ルク計測手段の出力からねじり速度を推定し、このねじ
り速度推定値と電動機速度の偏差により、負荷速度制御
を行うものである。第２には、制御対象の入力トルク指
令と電動機速度から等価外乱を求め、これを制御系の入
力に加算する等価外乱補償部を有し、この等価外乱補償
部出力を制御系の入力に加算させるようにしたものであ
る。第３には、ねじり速度を推定する演算に用いるばね
定数のノミナル値を、推定真値より大きくおくようにし
たものである。

【０００６】しかして、具体的には、比例（Ｐ）制御に
よる安定化フィードバック制御装置と、負荷変動制御対
象のハラメータや負荷変動の影響を殆ど受けないように
する等価外乱補償部と駆動軸のトルク計測手段出力から
ねじり速度を推定し電動機速度との偏差をとるとともに
フィードバックして速度制御する手段とを、少なくとも
主要部として構成された装置を実現し得るものである。
さらに、本発明を図１および図２を参照し説明する。

【０００７】本出願人は、先に多機能形制御装置（例え
ば特開平３− 25505号公報）等を、開示している。これ
は図１に示す如くである。すなわち図１においては、５
は指令入力部、６はフィードフォワード補償部、７は等
価外乱補償部である。図中、図６と同符号の部分は同じ
機能を有する部分を示す。かかる装置の高性能性につい
ては上記公開公報に詳述されているため、ここではその
説明を省略する。

【０００８】そして、本発明による主要構成システム例
は、図２の如く示される。図２において、８は比例制御
部、９，17，21はトルク係数、10は負荷部、11はねじり
軸部、12は粘性係数、13は電動機部、14，20はフイル
タ、15はばね定数、16は近似微分部、18は微分部、19は
慣性モーメント、31〜38は加算部である。ここに、点線
で囲んだ部分は軸トルクＴＱを発生する駆動軸のトルク
計測手段ＴＩを示す。

【０００９】まず、比例制御からなる安定化フィードバ
ック制御囲りにおいては、負荷速度の指令値ＷＬ＊と負
荷速度の推定値ＷＬＥとの偏差を比例制御部８を通し、
トルク指令Ｔ＊として加算部32に与えるように構成され
る。つぎに、等価外乱補償囲りにおいては、トルク指令
Ｔ＊にトルク係数21出力を掛算して算出されたトルク指
令の推定値ＴＥ＊と、電動機速度ＷＭを微分した値に電
動機の慣性モーメントのノミナル値ＪＭｈを掛算して値
との偏差を算出することにより、軸トルクの推定値ＴＳ
Ｅを得る。ここで、軸トルクの推定値ＴＳＥをローパス
フイルタを通した後に、トルク係数のノミナル値の逆数
（１／Ｋｔｈ）を掛算し、この値を等価外乱として入力
トルク指令に加算するように構成している。

【００１０】つぎにまた、トルク計測手段出力からねじ
り速度を推定し電動機速度との偏差を得る囲りにおいて
は、トルク計測手段ＴＩ出力の軸トルクＴＱをフイルタ
14を通してその出力量とし、駆動軸のばね定数のノミナ
ル値の逆数（１／Ｋｃｈ）を掛算したうえに近似微分16
を通することにより、ねじり速度の推定値ＮＴＥを得る
ものとする。また、ねじり速度の推定値ＮＴＥと電動機
速度ＷＭとの偏差より、負荷速度の推定値ＷＬＥを得る
ように構成している。さらに、駆動軸のばね定数のノミ
ナル値Ｋｃｈを推定真値よりも大きくとる手法を用いる
ことにより、本システムの安定化を図るようになしたも
のである。

【００１１】

【作用】かかる解決手段により、つぎの如くに作用し得
る。すなわち、安定化フィードバック制御によるフィー
ドバック補償機能に等価外乱補償機能を有する多機能形
制御を併用させたことにより、通常の設定変動に対する
ロバスト性を確保するとともに、定常的な微小なねじり
振動に対する防振に、トルク計測手段による検出信号か
らねじり速度を推定し、かつそのねじり速度推定値と電
動機速度との偏差をとり負荷速度の推定値を得て、さら
に比例ゲインを加算させたことにより、ねじり安定化が
図られてなるものである。さらに、駆動軸のばね定数の
ノミナル値を推定真値よりも大きくとることによって、
システム安定化を奏し得るものである。

【００１２】

【実施例】図２の部分系統を示した図３〜図５を用い、
さらに本発明を詳細説明する。すなわち、図３は比例制
御による安定化フィードバック制御の機能を有する部分
を、示している。図３においては、加算部31にて負荷速
度の指令値ＷＬ＊と負荷速度の推定値ＷＬＥとの偏差を
算出する、つまりフィードバックそれてなる。さらに、
この加算器31を、比例制御部（Ｋｐ）８を通して本シス
テム構成のトルク指令Ｔ＊として得ている。また、加算
器32では、この比例制御部８出力にトルク係数21出力す
なわち等価外乱補償出力を加え、トルク指令の推定値Ｔ
Ｅ＊を得ている。さらに、トルク係数（Ｋｔ）９を通す
ることにより、この出力をトルク指令としてなる。

【００１３】つぎに、図４は制御系のパラメータや負荷
外乱の変動の影響を受けないようにする等価外乱補償の
機能を有する部分を、示している。図４においては、加
算部38にて、一方の入力として加算部32出力にトルク係
数によるノミナル値Ｋｔｈを掛算した値を得て、他方の
入力として、電動機速度ＷＭを微分部（ｄｕ／ｄｔ）18
を通し、さらに電動機の慣性モーメント19のノミナル値
ＪＭｈを掛算した値を得て、両者の偏差を算出すること
により、軸トルクの推定値ＴＳＥを得る。この加算部38
出力をフイルタ20を通し、さらに、トルク係数21のノミ
ナル値（Ｋｔｈ）の逆数を掛算した値を等価外乱として
得るものである。なお、軸トルクの推定値のノイズ除去
のため、ここではローパスフイルタ〔１／（ＴＯｓ＋
１）〕を用いている。また、かような等価外乱のトルク
係数21を得て、トルク指令部にフィードバックしている
点は、前述の通りである。

【００１４】つぎにまた、図５はトルク計測手段出力を
基にねじり速度を推定し電動機速度との偏差を得る機能
部分を、示している。図５においては、トルク計測手段
ＴＩによる軸トルクＴＱ得て、フイルタ14の〔１／（Ｔ
Ｑｓ＋１）〕を通した出力を駆動軸のばね定数15のノミ
ナル値（Ｋｃｈ）の逆数を掛算し、さらに近似微分部16
を通すことによってねじり速度の推定値ＮＴＥを得てい
る。なお、ここでの微分の実用上困難なことから、図示
の如き近似部分〔ｓ／Ｔｓ＋１）〕を行うものとしてい
る。また加算部37にて、ねじり速度の推定値ＮＴＥと電
動機速度ＷＭとの偏差をとることにより負荷速度の推定
値ＷＬＥを算出し、これを負荷速度の指令部にフィード
バックしている点は、前述の通りである。ここで、駆動
軸のばね定数Ｋｃのノミナル値Ｋｃｈを、推定真値より
も大きくとることによって、、本システムの安定化が図
られてなる。

【００１５】かようにしてなる本実施例は、特に運転中
に変動する負荷状態のトルク発生係数Ｋｔ，慣性Ｊ，粘
性係数Ｄといったパラメータに対するロバスト性を補償
し得るとともに、ねじり振動時の速度変化の情報を使う
代りに、トルク計測手段出力を用いてねじり速度を推定
するように構成されてなるものである。

【００１６】なお、例えば共振周波数付近でねじり振動
が発生しているときのトルク計測機能出力と電動機速度
とを比較してみると、トルク計測機能出力は、電動機速
度より変化の変合が大きく、したがって検出し易くかつ
制御処理し易いことは明らかである。さらには、ばね定
数のノミナル値を推定真値よりも大きい値をとると、ね
じり振動の抑制により効果的なことは勿論である。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、近
似微分演算と一次遅れフイルタのアルゴリズムのみの簡
便な構成による比例制御の安定化フィードバック制御機
能および等価外乱補償機能を有してなる、駆動軸のトル
ク計測手段を備える格別な装置を実現し得る駆動系の振
動抑制方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の理解を容易にするため多機能制
御装置例を示したブロック図である。

【図２】図２は本発明による主要構成システム例を示し
た系統図である。

【図３】図３は図２の安定化フィードバック制御機能部
を示す系統図である。

【図４】図４は図２の等価外乱補償機能部を示す系統図
である。

【図５】図５は図２のねじり速度推定機能部を示す系統
図である。

【図６】図６は従来例のＰＩ制御系を説明するため示し
た系統図である。

【符号の説明】

１ ＰＩ制御装置 ２ 制御対象 30 加算部 ４ トルク係数 ５ 指令入力部 ６ フィードフォワード補償部 ７ 等価外乱補償部 ８ 比例制御部 ９ トルク係数 10 負荷部 11 ねじり軸部 12 粘数係数 13 電動機部 14 フイルタ 15 ばね定数 16 近似微分部 17 トルク係数 18 微分部 19 慣性モーメント 20 フイルタ 21 トルク係数 ＴＩ トルク計測手段 ＴＱ 軸トルク ＷＬ 負荷速度 ＷＬ＊ 負荷速度の指令値 ＷＬＥ 負荷速度の推定値 ＷＭ 電動機速度 ＮＴＥ ねじり速度の推定値 Ｔ＊ トルク指令 ＴＥ＊ トルク指令の推定値 ＴＳＥ 軸トルクの推定値

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 弾性系を介して負荷を駆動する駆動系の
   制御方法において、駆動軸トルク計測手段の出力からね
   じり速度を推定するとともに、該ねじり速度の推定値と
   電動機速度の偏差により負荷速度の制御を行うことを特
   徴とした駆動系の振動抑制方法。
2. 【請求項２】 制御対象の入力トルク指令と電動機速度
   から制御系の等価外乱を求めてこれを制御系の入力に加
   算する等価外乱補償部を有し、該等価外乱補償部出力を
   制御系の入力に加算させた請求項１記載の駆動系の振動
   抑制方法。
3. 【請求項３】 前記ねじり速度を推定する演算に用いる
   ばね定数のノミナル値を推定真値より大きくおくように
   した請求項１または請求項２記載の駆動系の振動抑制方
   法。