JPH0759373A - 電動機駆動システムの軸トルク制御方法 - Google Patents
電動機駆動システムの軸トルク制御方法Info
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- JPH0759373A JPH0759373A JP5220566A JP22056693A JPH0759373A JP H0759373 A JPH0759373 A JP H0759373A JP 5220566 A JP5220566 A JP 5220566A JP 22056693 A JP22056693 A JP 22056693A JP H0759373 A JPH0759373 A JP H0759373A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】トルク微分の推定にオブザーバを用い、ねじり
振動を防止して指令通りに追従させる高性能の制御シス
テムを提供するものである。 【構成】電動機，負荷の間を剛性の低い軸で連結されて
なるねじり系において、軸トルク検出微分値の推定に、
信頼性の高い推定アルゴリズムで推定してなり、かつ信
頼性の高い推定アルゴリズムで推定することにより、高
性能で安価な軸トルク制御系を構成してなるものであ
る。
振動を防止して指令通りに追従させる高性能の制御シス
テムを提供するものである。 【構成】電動機，負荷の間を剛性の低い軸で連結されて
なるねじり系において、軸トルク検出微分値の推定に、
信頼性の高い推定アルゴリズムで推定してなり、かつ信
頼性の高い推定アルゴリズムで推定することにより、高
性能で安価な軸トルク制御系を構成してなるものであ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電動機と負荷を連結す
る剛性の低い軸からなるねじり系において、軸トルクの
ねじり振動を防止または抑制する電動機駆動システムの
軸トルク制御方法に関するものである。
る剛性の低い軸からなるねじり系において、軸トルクの
ねじり振動を防止または抑制する電動機駆動システムの
軸トルク制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ねじり系の軸トルク制御装置は図３に示
す如きものである。図３は従来例を示す軸トルク制御ブ
ロック図であり、１は制御対象、２は軸トルク検出器、
５はゲインブロック、６，６A は加減算器、９は比例積
分器、10は近似微分ブロックである。
す如きものである。図３は従来例を示す軸トルク制御ブ
ロック図であり、１は制御対象、２は軸トルク検出器、
５はゲインブロック、６，６A は加減算器、９は比例積
分器、10は近似微分ブロックである。
【０００３】すなわち、指令トルクＴ＊と軸トルク検出
器２の検出値との比例積分した値、または比例積分器９
出力に軸トルク検出値の微分値φを加算した値を、電動
機に印加するトルク指令Ｕとするよう構成されている。
ところで、この微分値φを計算するに当たり軸トルク検
出値から完全に微分することが不可能なため、式（１）
で示した軸トルク検出信号をハイパスフイルタを介して
微分値とするところの近似計算とすることが通例であ
る。
器２の検出値との比例積分した値、または比例積分器９
出力に軸トルク検出値の微分値φを加算した値を、電動
機に印加するトルク指令Ｕとするよう構成されている。
ところで、この微分値φを計算するに当たり軸トルク検
出値から完全に微分することが不可能なため、式（１）
で示した軸トルク検出信号をハイパスフイルタを介して
微分値とするところの近似計算とすることが通例であ
る。
【０００４】
【数１】
【０００５】ここで、ＴS は軸トルク、Ｔｆはフイルタ
時定数、ｓはラプラス演算子である。
時定数、ｓはラプラス演算子である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかも、この計算法は
軸トルク信号にのった高周波数ノイズに対して非常に弱
いことがよく知られている。そのノイズの悪影響を緩和
するためフィルタの時定数を大きくとらなければならな
いが、系の安定性を確保するためにトルク制御ループの
ゲインを下げざるを得ず、結局制御性能を下げることに
なっていた。また、ねじり系でこの近似計算した微分値
をフィードバックすると、近似による位相遅れなどの原
因で、ねじり共振周波数と同じ周波数の振動を抑制する
ことが可能であるが、これと異なる周波数の振動が現れ
ると、新たな問題が出てしまう。
軸トルク信号にのった高周波数ノイズに対して非常に弱
いことがよく知られている。そのノイズの悪影響を緩和
するためフィルタの時定数を大きくとらなければならな
いが、系の安定性を確保するためにトルク制御ループの
ゲインを下げざるを得ず、結局制御性能を下げることに
なっていた。また、ねじり系でこの近似計算した微分値
をフィードバックすると、近似による位相遅れなどの原
因で、ねじり共振周波数と同じ周波数の振動を抑制する
ことが可能であるが、これと異なる周波数の振動が現れ
ると、新たな問題が出てしまう。
【０００７】
【課題を解決するための手段】かようにして、剛性の低
い軸を有する電動機駆動システムにおいて、従来制御方
法では制御性能を劣化せずにねじり振動を抑制すること
が困難であったが、本発明は軸トルクを指令に追従させ
ながらねじり振動を防止または抑制することを主眼とし
てなされたものである。しかして、このようなねじり振
動を防止または抑制するため軸トルクの微分値をフィー
ドバックする必要があるが、特にその微分値を遅れや位
相ずれを発生せず正確にオンラインで推定する軸トルク
完全微分オブゾーバ等を実現できる後述の格別な方法を
提供するものである。
い軸を有する電動機駆動システムにおいて、従来制御方
法では制御性能を劣化せずにねじり振動を抑制すること
が困難であったが、本発明は軸トルクを指令に追従させ
ながらねじり振動を防止または抑制することを主眼とし
てなされたものである。しかして、このようなねじり振
動を防止または抑制するため軸トルクの微分値をフィー
ドバックする必要があるが、特にその微分値を遅れや位
相ずれを発生せず正確にオンラインで推定する軸トルク
完全微分オブゾーバ等を実現できる後述の格別な方法を
提供するものである。
【０００８】ここに、本発明の理解を容易にするため、
まずシステムの動特性分析を説明する。すなわち、負荷
と、負荷を駆動する電動機と、負荷と電動機の間に弾性
軸を含むブロック線図は、この系に存在する僅かな粘性
摩擦を無視した場合、図４の如くに示される。
まずシステムの動特性分析を説明する。すなわち、負荷
と、負荷を駆動する電動機と、負荷と電動機の間に弾性
軸を含むブロック線図は、この系に存在する僅かな粘性
摩擦を無視した場合、図４の如くに示される。
【０００９】図４においては、６B は加減算器、11は電
動機ブロック、12は弾性軸ブロック、13は負荷機ブロッ
ク、ωｍは電動機速度、ωｌは負荷機速度、Ｔｌは負荷
外乱である。電動機に印加するトルク指令Ｕから軸トル
クＴｓまでの伝達関数を計算すると、式（２）のように
なる。
動機ブロック、12は弾性軸ブロック、13は負荷機ブロッ
ク、ωｍは電動機速度、ωｌは負荷機速度、Ｔｌは負荷
外乱である。電動機に印加するトルク指令Ｕから軸トル
クＴｓまでの伝達関数を計算すると、式（２）のように
なる。
【００１０】
【数２】
【００１１】ここで、ρ，ωｏは、電動機慣性Ｊ１，Ｊ
２，軸ばね定数ＫS の機械定数を使って、 ρ＝Ｊ２／（Ｊ１＋Ｊ２） ωｏ＝√｛Ｋｓ（Ｊ１＋Ｊ２）／（Ｊ１・Ｊ２） と定義とれるパラメータであり、それぞそれ負荷慣性が
全体慣性に占める割合，ねじり共振角周波数を表す。
２，軸ばね定数ＫS の機械定数を使って、 ρ＝Ｊ２／（Ｊ１＋Ｊ２） ωｏ＝√｛Ｋｓ（Ｊ１＋Ｊ２）／（Ｊ１・Ｊ２） と定義とれるパラメータであり、それぞそれ負荷慣性が
全体慣性に占める割合，ねじり共振角周波数を表す。
【００１２】そして、システムの特性を決める式（２）
の分母の特性多項式をみると、減衰係数（ｓにあたる係
数）は０であり、典型的な２次振動系になっていること
が解る。実際に粘性摩擦によって系に減衰する効果を多
少与えるが、僅かである。よって、ねじり振動を抑える
ために、制御入力から系にダンピングに相当するものを
与えなければならない。
の分母の特性多項式をみると、減衰係数（ｓにあたる係
数）は０であり、典型的な２次振動系になっていること
が解る。実際に粘性摩擦によって系に減衰する効果を多
少与えるが、僅かである。よって、ねじり振動を抑える
ために、制御入力から系にダンピングに相当するものを
与えなければならない。
【００１３】一方、従来例の図３では、トルク検出値を
式（１）のようなハイパスフイルタを通し、近似微分し
てフィードバックしており、指令トルクＴ＊から軸トル
クＴｓまでの伝達関数を計算してみると、式（３）のよ
うになる。
式（１）のようなハイパスフイルタを通し、近似微分し
てフィードバックしており、指令トルクＴ＊から軸トル
クＴｓまでの伝達関数を計算してみると、式（３）のよ
うになる。
【００１４】
【数３】
【００１５】かようにシステムは４次系になり、閉ルー
プ系の４つの特性極の和は−Ｔｆ（−１乗）になり、フ
イルタ時定数の値に制限される。そしてノイズの悪影響
を軽減するため、Ｔｆの値を小さくすることができな
い。また、系の安定性を保証するため積分ゲインＫｉ
は、｛Ｋｉ＜Ｔｆ（−２乗）・Ｋｄ｝と制限されるた
め、結局トレードオフで制御性能を下げざるを得ない。
プ系の４つの特性極の和は−Ｔｆ（−１乗）になり、フ
イルタ時定数の値に制限される。そしてノイズの悪影響
を軽減するため、Ｔｆの値を小さくすることができな
い。また、系の安定性を保証するため積分ゲインＫｉ
は、｛Ｋｉ＜Ｔｆ（−２乗）・Ｋｄ｝と制限されるた
め、結局トレードオフで制御性能を下げざるを得ない。
【００１６】この点、本発明においては軸トルクの近似
微分値フィードバックの代りに、軸トルクの完全微分値
（φ＝ｓ・Ｔｓ）をフィードバックすることにある。こ
れを図３に類して表すと、図１の如くである。図１にお
いて、３は軸トルク完全微分値を推定する完全微分ブロ
ック、４はトルク制御器である。
微分値フィードバックの代りに、軸トルクの完全微分値
（φ＝ｓ・Ｔｓ）をフィードバックすることにある。こ
れを図３に類して表すと、図１の如くである。図１にお
いて、３は軸トルク完全微分値を推定する完全微分ブロ
ック、４はトルク制御器である。
【００１７】いま、トルク制御器４が同じく比例積分器
で構成される場合の、トルク指令Ｔ＊から軸トルクＴｓ
までの伝達関数を計算すると、式（４）のようになる。
で構成される場合の、トルク指令Ｔ＊から軸トルクＴｓ
までの伝達関数を計算すると、式（４）のようになる。
【００１８】
【数４】
【００１９】また閉ループ系の三つの特性極は三つのゲ
インのＫｐ，Ｋｉ，Ｋｄで自由に調整することができ
る。さらに、前述したように軸トルク完全微分信号をフ
イードバックする必要があるが、その信号を直接に測定
することができず推定しなければならない。しかしてか
かる点を解決するためにオブザーバ理論を変形使用する
にある。これを、図２に図４に類して表す。
インのＫｐ，Ｋｉ，Ｋｄで自由に調整することができ
る。さらに、前述したように軸トルク完全微分信号をフ
イードバックする必要があるが、その信号を直接に測定
することができず推定しなければならない。しかしてか
かる点を解決するためにオブザーバ理論を変形使用する
にある。これを、図２に図４に類して表す。
【００２０】図２において、７，７A ，７B は比例器、
８はローパスフイルタ、ｖは中間変数である。さらに数
式で表すと、式（５），（６）のようになる。
８はローパスフイルタ、ｖは中間変数である。さらに数
式で表すと、式（５），（６）のようになる。
【００２１】
【数５】
【００２２】
【数６】
【００２３】ここで、ｖは中間変数、Ｔｌはローパスフ
イルタ８の時定数である。よって、完全微分オブザーバ
を用いることにより、位相遅れなどによる不具合を解消
できる。これを、さらに作用にて要約する。
イルタ８の時定数である。よって、完全微分オブザーバ
を用いることにより、位相遅れなどによる不具合を解消
できる。これを、さらに作用にて要約する。
【００２４】
【作用】図１において、微分フィードバック（Ｋｄ）は
系にダンピングを与え、ねじり振動を防止または抑制す
る役割を果たす。トルク制御器４は指令トルクに追従す
る応答性を決め得る。なお、普通トルク制御器に積分機
能をもたせるが、それは指令追従のオフセットをなくす
役割をすることは明らかである。
系にダンピングを与え、ねじり振動を防止または抑制す
る役割を果たす。トルク制御器４は指令トルクに追従す
る応答性を決め得る。なお、普通トルク制御器に積分機
能をもたせるが、それは指令追従のオフセットをなくす
役割をすることは明らかである。
【００２５】図２に示すオブザーバにおいては、軸トル
ク検出信号と電動機に印加するトルク指令を一次ローバ
スフイルタを通して、中間変数ｖを計算し、軸トルク検
出値と中間変数の差で軸トルクの安全微分値を推定する
ことができることは勿論である。さらにまた、実施例に
て具体的な手法を説明する。
ク検出信号と電動機に印加するトルク指令を一次ローバ
スフイルタを通して、中間変数ｖを計算し、軸トルク検
出値と中間変数の差で軸トルクの安全微分値を推定する
ことができることは勿論である。さらにまた、実施例に
て具体的な手法を説明する。
【００２６】
【実施例】すなわち、負荷と、負荷を駆動する電動機
と、負荷と電動機を連結する弾性軸からなるねじり系に
おいて、軸トルクを振動せずに指令に追従させるシステ
ム適用の場合、トルク制御器４を比較積分器にすると
き、まずシステム閉ループ特性に望ましい極を決め、こ
の極とプラントの機械定数であるρ，ωｏからＫｐ，Ｋ
ｉ，Ｋｄが計算できる。つぎに、オブザーバの一次ロー
パスフイルタの時定数Ｔｆを適当に決め、この時定数と
機械定数であるＪ１，Ｋｓ，ωｏから、軸トルク微分値
オブザーバの各ゲインが計算できる。最後に、計算して
各ゲインの値を図１，図２のブロックに入れればよい。
と、負荷と電動機を連結する弾性軸からなるねじり系に
おいて、軸トルクを振動せずに指令に追従させるシステ
ム適用の場合、トルク制御器４を比較積分器にすると
き、まずシステム閉ループ特性に望ましい極を決め、こ
の極とプラントの機械定数であるρ，ωｏからＫｐ，Ｋ
ｉ，Ｋｄが計算できる。つぎに、オブザーバの一次ロー
パスフイルタの時定数Ｔｆを適当に決め、この時定数と
機械定数であるＪ１，Ｋｓ，ωｏから、軸トルク微分値
オブザーバの各ゲインが計算できる。最後に、計算して
各ゲインの値を図１，図２のブロックに入れればよい。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、特
にねじり振動制御に必要とする軸トルク完全微分値に相
当する信号を得るものであり、ねじり振動をほぼ完全に
除去した信頼性の高い電動機駆動システムの軸トルク制
御装置を実現し得る方法を提供できる。
にねじり振動制御に必要とする軸トルク完全微分値に相
当する信号を得るものであり、ねじり振動をほぼ完全に
除去した信頼性の高い電動機駆動システムの軸トルク制
御装置を実現し得る方法を提供できる。
【図１】図１は本発明の技術思想の理解を容易にするた
め示した軸トルク制御ブロック図である。
め示した軸トルク制御ブロック図である。
【図２】図２は本発明による軸トルク完全微分値の推定
を行う一例のブロック線図である。
を行う一例のブロック線図である。
【図３】図３は従来例を示す軸トルク制御ブロック図で
ある。
ある。
【図４】図４はねじり系制御対象のブロック線図であ
る。
る。
１ 制御対象 ２ 軸トルク検出器 ３ 完全微分ブロック ４ トルク制御器 ５ ゲインブロック ７ 比例器 ７A 比例器 ７B 比例器 ８ ローパスフイルタ ９ 比例積分器 10 近似微分ブロック 11 電動機ブロック 12 弾性体軸ブロツク 13 負荷機ブロック Ｔ＊ 指令トルク Ｕ トルク指令 ＴS 軸トルク φ 微分値 ωｍ 電動機速度 ωｌ 負荷機速度 Ｔｌ 負荷外乱 ｖ 中間変数
Claims (2)
- 【請求項１】 負荷と負荷を駆動する電動機の間を連結
する剛性の低い軸の軸トルクを振動抑制しながら指令ト
ルクに追従制御させる方法において、前記軸トルク値の
微分値を推定するとともに、その推定値に比例した値の
指令トルクと軸トルク値との備差にもとづいたトルク制
御器の出力に加算することにより、前記電動機に印加す
るトルク指令として出力するようにしたことを特徴とす
る軸トルク制御方法。 - 【請求項２】 電動機に印加するトルク指令に比例した
値と、該電動機と負荷との間の軸に取り付けられる軸ト
ルク検出器の出力に比例した値との差を一次ローパスフ
イルタを介して中間変数とし、該軸トルク検出器出力を
中間変数にそれぞれ比例した値の差で決まる値を軸トル
クの微分値推定信号とすることを特徴とする軸トルク微
分値推定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22056693A JP3257873B2 (ja) | 1993-08-12 | 1993-08-12 | 電動機駆動システムの軸トルク制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22056693A JP3257873B2 (ja) | 1993-08-12 | 1993-08-12 | 電動機駆動システムの軸トルク制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0759373A true JPH0759373A (ja) | 1995-03-03 |
| JP3257873B2 JP3257873B2 (ja) | 2002-02-18 |
Family
ID=16753002
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22056693A Expired - Lifetime JP3257873B2 (ja) | 1993-08-12 | 1993-08-12 | 電動機駆動システムの軸トルク制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3257873B2 (ja) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04275086A (ja) * | 1991-02-28 | 1992-09-30 | Fuji Electric Co Ltd | ダイナミック・シミュレータの制御装置 |
| JPH0542878A (ja) * | 1991-07-09 | 1993-02-23 | Koyo Seiko Co Ltd | 動力舵取装置 |
| JPH05111274A (ja) * | 1991-10-16 | 1993-04-30 | Fuji Electric Co Ltd | 電動機の制御装置 |
| JPH05168267A (ja) * | 1991-12-13 | 1993-07-02 | Toyo Electric Mfg Co Ltd | ねじり振動抑制制御方式 |
-
1993
- 1993-08-12 JP JP22056693A patent/JP3257873B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04275086A (ja) * | 1991-02-28 | 1992-09-30 | Fuji Electric Co Ltd | ダイナミック・シミュレータの制御装置 |
| JPH0542878A (ja) * | 1991-07-09 | 1993-02-23 | Koyo Seiko Co Ltd | 動力舵取装置 |
| JPH05111274A (ja) * | 1991-10-16 | 1993-04-30 | Fuji Electric Co Ltd | 電動機の制御装置 |
| JPH05168267A (ja) * | 1991-12-13 | 1993-07-02 | Toyo Electric Mfg Co Ltd | ねじり振動抑制制御方式 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3257873B2 (ja) | 2002-02-18 |
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Legal Events
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