JPH087624B2 - Disturbance torque compensator - Google Patents
Disturbance torque compensatorInfo
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- JPH087624B2 JPH087624B2 JP21813389A JP21813389A JPH087624B2 JP H087624 B2 JPH087624 B2 JP H087624B2 JP 21813389 A JP21813389 A JP 21813389A JP 21813389 A JP21813389 A JP 21813389A JP H087624 B2 JPH087624 B2 JP H087624B2
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は外乱トルク補償装置、特に外乱トルクオブザ
ーバを用いた外乱トルク補償装置の改良に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a disturbance torque compensator, and more particularly to an improvement of the disturbance torque compensator using a disturbance torque observer.
[従来の技術] 近年、極めて高精度の加工あるいは測定等のため各種
工作機械、X−Yテーブル、測定器等には可動部を正確
に移動制御する駆動装置が強く要望されている。このよ
うな駆動装置としては、従来モータ等の駆動部より、ボ
ールネジ等の駆動力伝達部を介して該駆動力伝達部に接
続された可動部(例えばテーブル、測定用プローブ等)
を所定の移動制御しているものが多い。[Prior Art] In recent years, for machine tools, XY tables, measuring instruments and the like, a drive device for accurately moving and controlling a movable part has been strongly demanded for extremely highly accurate machining or measurement. As such a driving device, a movable portion (eg, a table, a measurement probe, etc.) connected to a driving force transmitting portion such as a ball screw or the like from a driving portion such as a conventional motor is conventionally used.
In many cases, the movement control is performed in a predetermined manner.
第7図にはこのような一般的な駆動装置の概略図が示
されている。尚、同図に示す駆動装置は、本来二軸系、
三軸系において論ずべきものであるが、説明の便宜上一
軸系を示している。FIG. 7 shows a schematic view of such a general driving device. The drive device shown in the figure is originally a biaxial system,
Although it should be discussed in the triaxial system, a uniaxial system is shown for convenience of explanation.
同図において、駆動装置10は可動部12、駆動部14、駆
動力伝達部16より構成される。In the figure, the driving device 10 is composed of a movable portion 12, a driving portion 14, and a driving force transmission portion 16.
前記可動部12は例えばX−Yテーブルより成る。 The movable part 12 is composed of, for example, an XY table.
また、駆動部14はモータ18と、これを駆動させるモー
タドライバ20により構成される。The drive unit 14 is composed of a motor 18 and a motor driver 20 that drives the motor 18.
さらに、駆動力伝達部16は、モータ18の回転軸にベア
リング22a,22bを介して接続されたボールネジ24より成
る。そして、ボールネジ24にはその回転により相対位置
を変更するテーブル等の可動部12が螺合されている。Further, the driving force transmission unit 16 is composed of a ball screw 24 connected to the rotating shaft of the motor 18 via bearings 22a and 22b. The ball screw 24 is screwed with a movable portion 12 such as a table whose relative position is changed by its rotation.
ところで、前述したような駆動装置においては、一般
に第8図に示すような各種のフィードバック補償が採用
されており、正確な電流供給、速度制御、位置決め制御
がおこなわれる。By the way, in the drive apparatus as described above, various kinds of feedback compensation as shown in FIG. 8 are generally adopted, and accurate current supply, speed control, and positioning control are performed.
すなわち、DCモータ18は位置制御部26より加え合せ点
28、速度補償器30、加え合せ点32、電流補償器34、ドラ
イバ36により駆動される。That is, the DC motor 18 is added by the position control unit 26
It is driven by 28, speed compensator 30, addition point 32, current compensator 34, and driver 36.
又、駆動力伝達部16は所定の駆動力伝達特性により可
動部12に駆動量を与える。Further, the driving force transmission section 16 gives a driving amount to the movable section 12 according to a predetermined driving force transmission characteristic.
ここで、位置制御部26はカウンタ26a、位置制御器26
b、D/A変換器26 cを備える。Here, the position controller 26 includes a counter 26a and a position controller 26.
b, a D / A converter 26c.
そして、ドライバ36の後段(出力端)には電流検出器
38を備え、加え合せ点32に負の信号により電流フィード
バックをおこなっている。A current detector is provided at the latter stage (output end) of the driver 36.
38 is provided, and current feedback is performed at the addition point 32 by a negative signal.
また、DCモータ18の回転はタコメータ40を介して加え
合せ点28に負の信号により速度フィードバックをおこな
っている。Further, the rotation of the DC motor 18 is added to the addition point 28 via the tachometer 40, and speed feedback is performed by a negative signal.
更に、DCモータ18の駆動に基づく可動部12の移動はス
ケール42のスケール信号(位置信号)として位置制御部
26のカウンタ26aに位置フィードバックをおこなってい
る。この位置制御部26ではマイクロコンピュータ等を用
いてソフト的に位置制御処理をおこない、加え合せ点2
8、速度補償器30、加え合せ点32、電流補償器34及びド
ライバ36でハード的に速度制御、電流制御をおこない、
これらソフト的処理及びハード的処理により駆動制御を
おこなう。Further, the movement of the movable portion 12 based on the drive of the DC motor 18 is performed as a scale signal (position signal) of the scale 42 by the position control portion.
Position feedback is performed to the counter 26a of 26. The position control unit 26 performs position control processing by software using a microcomputer or the like, and the addition point 2
8, speed compensator 30, adding point 32, current compensator 34 and driver 36 to perform speed control and current control in hardware,
Drive control is performed by these soft processing and hardware processing.
このようなサーボ系を簡単に説明すると、先ず位置制
御部26で可動部12の所望の運動を設定し、その設定量に
応じてドライバ36によりDCモータ18を駆動させる。The servo system will be briefly described. First, the position control unit 26 sets a desired motion of the movable unit 12, and the driver 36 drives the DC motor 18 according to the set amount.
そしてDCモータ18が所定の電流によって駆動している
か否かを電流検出部38により検出すると共に、その検出
量を加え合せ点32に負の信号としてフィードバックし、
電流補償器34によりDCモータ18に所望の電流を供給すべ
く補償している。Then, the current detection unit 38 detects whether or not the DC motor 18 is driven by a predetermined current, and the detected amount is added back to the combining point 32 as a negative signal,
The current compensator 34 compensates for supplying a desired current to the DC motor 18.
また、DCモータ18の回転はタコメータ40により検出す
ると共に、その検出量は加え合わせ点28に負の信号とし
てフィードバックされ、速度補償器30によりDCモータ18
が所定速度で回転すべく補償している。Further, the rotation of the DC motor 18 is detected by the tachometer 40, and the detected amount is fed back to the addition point 28 as a negative signal, and the speed compensator 30 causes the DC motor 18 to rotate.
Compensates to rotate at a predetermined speed.
さらに、可動部12の位置はスケール42により検出さ
れ、スケール信号として位置制御部26のカウンタ26aに
フィードバックされ、位置制御器26bにより駆動量を補
正し、D/A変換器26cを介して可動部12の位置制御を行な
っている。Further, the position of the movable part 12 is detected by the scale 42, and is fed back to the counter 26a of the position control part 26 as a scale signal, the drive amount is corrected by the position controller 26b, and the movable part is moved via the D / A converter 26c. 12 positions are controlled.
第9図にはこのような駆動装置の物理系の要部が示さ
れている。FIG. 9 shows the main part of the physical system of such a drive unit.
同図において、速度フィードバック系による特性はGv
で示され、電流フィードバックによる特性はGiで示され
ている。そして、目標角速度ω*に対して特性Gvにより
補正がおこなわれ、目標電流値i*を得、更にこの目標電
流値i*に対して電流フィードバックによる補正が特性Gv
でおこなわれる。更にドライバ36による増幅が特性1/
(Rs+L)でおこなわれた後、実電機子電流iとしてモ
ータ18に供給される。In the figure, the characteristic of the velocity feedback system is Gv.
, And the characteristic due to the current feedback is indicated by Gi. Then, the characteristics Gv correction made to the desired angular velocity omega *, to obtain a target current value i *, further correction characteristic Gv by a current feedback to the target current value i *
Is done in. Furthermore, the amplification by the driver 36 is characteristic 1 /
After being performed with (Rs + L), it is supplied to the motor 18 as an actual armature current i.
尚、モータ18が回転すると、その負荷に基づき、特性
Keにより逆起電圧ebが生じる。When the motor 18 rotates, the characteristics are
The counter electromotive voltage eb is generated by Ke.
以上のようにして、モータ18に電機子電流iが供給さ
れると、該モータ18のトルク定数Ktに応じてモータトル
クTmが得られる。一方、可動部12および駆動力伝達部16
には慣性モーメントJが存在し、ロータの回転角速度ω
は次式により表されることとなる。When the armature current i is supplied to the motor 18 as described above, the motor torque T m is obtained according to the torque constant K t of the motor 18. On the other hand, the movable portion 12 and the driving force transmission portion 16
Has an inertia moment J, and the rotational angular velocity ω of the rotor is
Is represented by the following equation.
ω=(Kt/Js)・i …(1) 尚、上記式(1)においてsは微分演算子である。ω = (K t / Js) · i (1) In the above formula (1), s is a differential operator.
ところが、このようなモータの物理系に対して外乱ト
ルクTLが印加される。また、トルク定数Kt、慣性モーメ
ントJも変動し、このままでは正確且つ安定したモータ
の回転角速度ωを得ることはできない。この点に関して
は前記各種フィードバック系は全く無力である。However, the disturbance torque T L is applied to the physical system of such a motor. Further, the torque constant K t and the inertia moment J also fluctuate, and it is impossible to obtain an accurate and stable rotation angular velocity ω of the motor as it is. In this respect, the various feedback systems are completely useless.
そこで、これら外乱トルクTLの印加、トルク定数Kt、
慣性モーメントJの変動の影響を除去するため、第10図
に示すような外乱トルクオブザーバによるフィードフォ
ワード補償方式が考えられている。Therefore, application of these disturbance torque T L , torque constant K t ,
In order to eliminate the influence of the fluctuation of the inertia moment J, a feedforward compensation method using a disturbance torque observer as shown in FIG. 10 has been considered.
即ち、電機子電流iを検出し、該電機子電流iに対し
トルク定数のノミナル値Ktnを掛ける。That is, the armature current i is detected, and the armature current i is multiplied by the nominal value K tn of the torque constant.
一方、ロータの回転角速度ωを検出し、該角速度ωに
Jns(Jnは慣性モーメントのノミナル値)を掛ける。On the other hand, the rotational angular velocity ω of the rotor is detected and
Multiply by J n s (J n is the nominal value of the moment of inertia).
そして、電機子電流より得られるノミナルトルクレベ
ルと、回転角速度より得られるノミナルトルクレベルを
比較し、その差値を外乱トルク推定値TL′とするのであ
る。Then, the nominal torque level obtained from the armature current is compared with the nominal torque level obtained from the rotational angular velocity, and the difference value is set as the disturbance torque estimated value T L ′.
ここで、外乱トルク推定値TL′は次式により表される
こととなる。Here, the disturbance torque estimated value T L ′ is represented by the following equation.
TL′=Jns・ω−Ktn・i …(2) 従って、トルク定数Kt=Ktn,慣性モーメントJ=Jn
であるならば、次式のように外乱トルク推定値TL′=TL
となる。T L ′ = J n s · ω−K tn · i (2) Therefore, the torque constant K t = K tn and the moment of inertia J = J n
Then, the disturbance torque estimated value T L ′ = T L
Becomes
TL′=Jns・ω−Ktn・i =Jns・ω−Tm=TL …(3) そして、この外乱トルク推定値TL′に1/Ktnを掛ける
こと で外乱トルクに相当する電流値iTLを得、該換算
電流値ITLを電流目標値i*より引くのである。T L ′ = J n s · ω − K tn · i = J n s · ω − T m = T L (3) Then, the disturbance torque estimated value T L ′ is multiplied by 1 / K tn to generate the disturbance. The current value i TL corresponding to the torque is obtained, and the converted current value I TL is subtracted from the current target value i * .
この時 、ロータの回転角速度ωは次式により表され
る。At this time, the rotational angular velocity ω of the rotor is expressed by the following equation.
従って、以上のような外乱トルクオブザーバによるフ
ィードフォワード補償系が理想状態で得られるならば、
外乱トルク等の影響を受けないモータ出力を得ることが
可能となるわけである。 Therefore, if the feedforward compensation system with the above disturbance torque observer is obtained in an ideal state,
It is possible to obtain a motor output that is not affected by disturbance torque or the like.
[発明が解決しようとする課題] ところが本発明者が更に検討したところ、前記第10図
に示したトルク補償系では、電流補償系の影響により動
作時にゆれや振動を発生するという問題があることが見
出された。[Problems to be Solved by the Invention] However, as a result of further study by the present inventor, the torque compensation system shown in FIG. 10 has a problem that vibration or vibration is generated during operation due to the influence of the current compensation system. Was found.
すなわち、電流補償系では所定の特性値に基づき電流
のフィードバック補償をおこなうが、この補償系の影響
により実電流に微細な波が生じ、これに伴い、角速度ω
にも微妙な影響が生じてしまうのである。That is, in the current compensation system, current feedback compensation is performed based on a predetermined characteristic value, but a minute wave is generated in the actual current due to the influence of this compensation system, and the angular velocity ω
There is also a subtle effect.
これは以下のように説明される。 This is explained as follows.
第10図において、電流補償系の特性Gci(逆起電圧の
補償を含む特性)を考慮すると、ωとi*及びTLとの関係
は次式により表される。In FIG. 10, considering the characteristic Gci of the current compensation system (characteristic including compensation of back electromotive force), the relationship between ω and i * and T L is expressed by the following equation.
ここで、Gci=1とすれば、前記(5)式は となり、理想的な特性を持つことになる。 Here, if Gci = 1, the above equation (5) becomes And will have ideal characteristics.
しかし、実際にはGciは動特性を持つので、前記
(5)式の(1/Gci−1)Js/Ktの項ではJあるいはKtの
変動の影響が表れる。However, since actually Gci has dynamic characteristics, the formula (5) (1 / Gci-1) appears the effect of the variation of J or K t is a term of Js / K t.
また、(1/Gci−1)TL/Ktの項ではTLの影響が出てし
まうことが理解される。In addition, it is understood that the influence of TL appears in the term of (1 / Gci-1) TL / K t .
無論、実電流iについても同様の事が予想され、この
結果、電流補償系の特性Gciがゆれや振動の原因となっ
てしまうのである。Of course, the same thing can be expected for the actual current i, and as a result, the characteristic Gci of the current compensation system causes fluctuation or vibration.
本発明は前記従来技術の課題に鑑みなされたものであ
り、その目的は電流補償系の影響による電流変動、及び
それに基づくゆれ、振動を抑制することのできる外乱ト
ルク補償装置を提供することにある。The present invention has been made in view of the above problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a disturbance torque compensator capable of suppressing current fluctuation due to the influence of a current compensation system, and fluctuation and vibration based on the fluctuation. .
[課題を解決するための手段] 前記目的を達成するために、本出願の請求項1記載の
外乱トルク補償装置は、駆動電流供給系と、電流補償系
と、キャンセル部と、推定駆動トルク演算部(以下、ノ
ミナルトルク演算部という)と、速度検出部と、加速度
演算部と、外乱トルク演算部と、外乱トルク/電流変換
部と、を含む。[Means for Solving the Problem] In order to achieve the above object, a disturbance torque compensating device according to claim 1 of the present application is a drive current supply system, a current compensating system, a canceling unit, and an estimated drive torque calculation. A unit (hereinafter referred to as a nominal torque calculation unit), a speed detection unit, an acceleration calculation unit, a disturbance torque calculation unit, and a disturbance torque / current conversion unit.
そして、前記駆動電流供給系は、駆動電流を駆動部に
供給する。Then, the drive current supply system supplies a drive current to the drive unit.
前記電流補償系は、前記駆動部に供給される実駆動電
流を検出する電流検出部と、前記電流検出部の出力する
実駆動電流を目標電流値と一致させるように駆動電流出
力を調整する電流補償部と、を有する。The current compensation system is a current detection unit that detects the actual drive current supplied to the drive unit, and a current that adjusts the drive current output so that the actual drive current output by the current detection unit matches the target current value. And a compensation unit.
前記キャンセル部は、前記電流検出部と電流補償部と
の間に設けられ、前記電流検出部による検出電流値に付
加された電流補償系の電流補償特性Gciに対し、特性1/G
ciを加えてキャンセルする。The canceling unit is provided between the current detecting unit and the current compensating unit, and the current compensating characteristic Gci of the current compensating system added to the detected current value by the current detecting unit has a characteristic 1 / G.
Add ci to cancel.
前記推定駆動トルク演算部は、前記キャンセル部の出
力電流値より推定駆動トルク(以下、ノミナルトルクと
いう)を演算する。The estimated drive torque calculation unit calculates an estimated drive torque (hereinafter, referred to as a nominal torque) from the output current value of the cancel unit.
前記速度検出部は、駆動部の駆動速度を検出する。 The speed detector detects the drive speed of the driver.
前記加速度演算部は、前記駆動部の駆動速度を微分
し、演算加速度(以下、ノミナル加速度という)を演算
する。The acceleration calculator differentiates the drive speed of the drive unit to calculate a calculated acceleration (hereinafter, referred to as a nominal acceleration).
前記外乱トルク演算部は、前記演算加速度から得られ
るトルクと、前記推定駆動トルクとの差値より外乱トル
クを演算する。The disturbance torque calculation unit calculates the disturbance torque from a difference value between the torque obtained from the calculated acceleration and the estimated drive torque.
前記外乱トルク/電流変換部は、前記外乱トルク量を
電流値に変換する。The disturbance torque / current converter converts the disturbance torque amount into a current value.
また、本出願の請求項2記載の外乱トルク補償装置
は、前記駆動電流供給系と電流補償系の接続点より電流
を検出する電流検出部を備えたことを特徴とする。The disturbance torque compensator according to claim 2 of the present application is characterized by including a current detection unit that detects a current from a connection point between the drive current supply system and the current compensation system.
[作用] 本発明にかかる外乱トルク補償装置は前述した手段を
有するので、速度検出部で検出された駆動速度は加速度
演算部で微分され、ノミナル加速度が得られる。[Operation] Since the disturbance torque compensating apparatus according to the present invention has the above-described means, the drive speed detected by the speed detecting section is differentiated by the acceleration calculating section to obtain the nominal acceleration.
一方、駆動電流供給系は電流補償系を介して駆動部に
駆動電流を供給しており、その供給電流を電流検出部に
より検出している。しかし、電流検出部により検出され
た電流値はそのままノミナルトルク演算部に送られるの
ではなく、キャンセル部を介する。ここで、キャンセル
部では前記電流補償系で付加される特性の逆特性を前記
検出電流値に付加する。On the other hand, the drive current supply system supplies a drive current to the drive unit via the current compensation system, and the supplied current is detected by the current detection unit. However, the current value detected by the current detection unit is not directly sent to the nominal torque calculation unit, but is passed through the cancellation unit. Here, in the canceling unit, the reverse characteristic of the characteristic added in the current compensation system is added to the detected current value.
このため、外乱トルク補償系から電流補償系の影響が
除外され、駆動電流の微細な波、及び駆動部のゆれ、振
動が抑制される。Therefore, the influence of the current compensating system is excluded from the disturbance torque compensating system, and the minute wave of the driving current and the fluctuation and vibration of the driving unit are suppressed.
一方、本出願の請求項2記載の外乱トルク補償装置に
よれば、駆動電流供給系と電流補償系の間から電流検出
をおこなっているので、外乱トルク補償系に電流補償系
の影響が介入しない。この結果、前記請求項1記載の発
明と同様に駆動電流の微細な波、駆動部のゆれ、振動を
抑制することが可能となる。On the other hand, according to the disturbance torque compensator according to claim 2 of the present application, the current is detected between the drive current supply system and the current compensation system, so that the influence of the current compensation system does not intervene in the disturbance torque compensation system. . As a result, it becomes possible to suppress minute waves of the drive current, fluctuations of the drive section, and vibrations, as in the case of the first aspect of the invention.
[実施例] 以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例を説明す
る。[Embodiment] A preferred embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第1図には本発明にかかる外乱トルク補償装置の概略
構成を示すブロック線図が示されており、前記第8図と
対応する部分には符号100を加えて示し説明を省略す
る。FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a disturbance torque compensating device according to the present invention, and a portion corresponding to that in FIG.
同図に示す駆動装置は、前記第8図と同様、駆動部を
構成するDCモータ118の駆動力をボールネジ等を介して
伝達する駆動力伝達部116と、該駆動力伝達部116より駆
動力を伝達され所定の運動を行なう可動部112と、を含
む。Similar to FIG. 8, the drive device shown in the figure has a drive force transmission part 116 for transmitting the drive force of the DC motor 118 constituting the drive part via a ball screw or the like, and a drive force transmitted from the drive force transmission part 116. And a movable portion 112 which is transmitted to perform a predetermined motion.
そして、電流補償器134、ドライバ136、電流検出部13
8、加え合せ点132で形成されるループで電流補償系146
を構成している。なお、前記第9図において逆起電圧eb
の補償は電流補償系146で一括しておこなっている(こ
の際の電流補償系の特性はGciとする)。Then, the current compensator 134, the driver 136, the current detection unit 13
8, the current compensation system 146 in the loop formed by the addition point 132
Is composed. In FIG. 9, the counter electromotive voltage eb
Is collectively performed by the current compensation system 146 (the characteristic of the current compensation system at this time is Gci).
そして、外乱トルクの発生、あるいは可動部112の負
荷の変動に対応するため、以下のような外乱トルク補償
系を備えている。Then, in order to cope with the generation of disturbance torque or the fluctuation of the load of the movable portion 112, the following disturbance torque compensation system is provided.
すなわち、本実施例においては電流検出部138に加
え、ノミナルトルク演算部148と、加速度演算部として
の微分器150と、ノイズ除去フィルタ152と、外乱トルク
演算部154と、外乱トルク/電流変換部156と、を備え
る。That is, in this embodiment, in addition to the current detection unit 138, a nominal torque calculation unit 148, a differentiator 150 as an acceleration calculation unit, a noise removal filter 152, a disturbance torque calculation unit 154, and a disturbance torque / current conversion unit. 156 and.
そして、前記ノミナルトルク演算部148は、電流検出
部138よりDCモータ118への供給電流の検出結果を入力
し、該検出電流値よりノミナルトルク値を演算する。Then, the nominal torque calculation unit 148 inputs the detection result of the supply current to the DC motor 118 from the current detection unit 138, and calculates the nominal torque value from the detected current value.
一方、微分器150は、タコメータ140よりモータ118の
回転角速度ωを入力し、その速度値を微分して加速度値
を演算する。On the other hand, the differentiator 150 inputs the rotational angular velocity ω of the motor 118 from the tachometer 140 and differentiates the velocity value to calculate an acceleration value.
ノイズ除去フィルタ152は微分器150の出力端に接続さ
れ、該微分器150の微分作用により生ずるノイズを除去
する。The noise removing filter 152 is connected to the output terminal of the differentiator 150 and removes noise generated by the differentiating action of the differentiator 150.
また、外乱トルク演算部154は加え合わせ点よりな
り、前記フィルタ152からの出力を+入力し、ノミナル
トルク演算部148の出力を−入力する。Further, the disturbance torque calculation unit 154 is composed of an addition point, and the output from the filter 152 is + input and the output of the nominal torque calculation unit 148 is −input.
その加え合わせ結果は、電流変換部156に入力され、
外乱トルク/電流変換されて前記加え合わせ点132に−
入力される。The addition result is input to the current conversion unit 156,
The disturbance torque / current is converted to the addition point 132-
Is entered.
本発明において特徴的なことは、電流補償系の影響に
基づく電流変動、ゆれ、振動を抑制するため、電流検出
部138とノミナルトルク演算部148の間にキャンセル部15
8を設けたことである。A feature of the present invention is that the canceling unit 15 is provided between the current detecting unit 138 and the nominal torque calculating unit 148 in order to suppress current fluctuation, fluctuation, and vibration due to the influence of the current compensation system.
8 is provided.
ここで、キャンセル部158は、電流補償系146の特性Gc
iの逆特性1/Gciを有している。このため、ノミナルトル
ク演算部148に入力される電流値は電流補償系146の影響
が除去されたものとなる。Here, the canceling unit 158 determines the characteristic Gc of the current compensation system 146.
It has the inverse characteristic 1 / Gci of i. Therefore, the influence of the current compensation system 146 is eliminated from the current value input to the nominal torque calculation unit 148.
また、本実施例においては、インパルス電流の発生を
回避するため、速度補償器130と加え合わせ点132の間
に、ノイズ除去フィルタ152と同じ時定数τのインパル
ス電流回避フィルタ158を挿入している。Further, in this embodiment, in order to avoid the generation of the impulse current, the impulse current avoidance filter 158 having the same time constant τ as the noise removal filter 152 is inserted between the speed compensator 130 and the addition point 132. .
次に、第2図を参照しつつ本発明の作用について説明
する。第2図には、第1図に示したブロック線図の物理
系が示されている。Next, the operation of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows the physical system of the block diagram shown in FIG.
同図より明らかなように、基本的な構成は前記第6図
と同様である。As is clear from the figure, the basic structure is the same as that in FIG.
しかしながら、本実施例においては前記第1図からも
明らかなようにキャンセル部158を備えているので、検
出された電流iは特性1/Gciがかけられ、ノミナルトル
クの演算の際には電流補償系146の特性Gciによる影響が
キャンセルされる。However, in this embodiment, since the canceling portion 158 is provided as is apparent from FIG. 1, the detected current i is multiplied by the characteristic 1 / Gci, and the current compensation is performed when the nominal torque is calculated. The influence of the characteristic Gci of the system 146 is canceled.
従って、本実施例にかかる外乱トルク補償系によれ
ば、電流補償系の特性Gciに基づくゆれや振動を確実に
抑制することができる。Therefore, according to the disturbance torque compensation system of the present embodiment, it is possible to reliably suppress the fluctuation and vibration based on the characteristic Gci of the current compensation system.
なお、本実施例ではインパルス電流回避フィルタ160
を挿入しているため、第2図において目標電流値i*は、
1/(1+τs)のフィルタにかかる。In this embodiment, the impulse current avoidance filter 160
Therefore, the target current value i * in Fig. 2 is
It is applied to the filter of 1 / (1 + τs).
この結果次のような利点を得ることができる。 As a result, the following advantages can be obtained.
前述したように、実際の外乱トルクオブザーバの実現
形態では、第1図に示す、フィルタ152を加える必要が
ある。As described above, in the actual realization of the disturbance torque observer, it is necessary to add the filter 152 shown in FIG.
即ち、回転角速度ωを検出した後、それをトルクレベ
ルに変換するため微分演算子sで加速度を求めている。That is, after detecting the rotational angular velocity ω, the acceleration is obtained by the differential operator s in order to convert it into the torque level.
ところが、微分処理は通常ノイズが多いためフィルタ
を用いなければならない。However, since the differential processing is usually noisy, a filter must be used.
従って、前記第2図においてτ・sが付加され、微分
処理は全体として次式により行なわれることとなる。Therefore, .tau..s is added in FIG. 2 and the differential processing is performed by the following equation as a whole.
尚、τはフィルタの時定数である。 Note that τ is the time constant of the filter.
この結果、実現形態では、電機子電流iおよび回転角
速度ωはそれぞれ次式により表される。As a result, in the embodiment, the armature current i and the rotational angular velocity ω are respectively expressed by the following equations.
このため、τ・sの微分項の影響で、電流目標値i*に
ステップ状の命令が加えられた時には実電流としてイン
パルス状の電流を必要とすることとなる。 Therefore, due to the influence of the differential term of τ · s, when a stepwise command is added to the current target value i * , an impulse current is required as the actual current.
これは、物理的には、瞬時に無限大の電流を流すこと
を意味し、電流供給系に極めて大きな負荷を加えてしま
う。This physically means that an infinite amount of current is instantaneously applied, and an extremely large load is applied to the current supply system.
そこで、本実施例においてはインパルス電流回避フィ
ルタ160を設置しているのである。Therefore, in the present embodiment, the impulse current avoidance filter 160 is installed.
この結果、前記式(8),(9)は次式のように変換
される。As a result, the equations (8) and (9) are converted into the following equation.
以上のように、実電流iは微分項τsの影響を受け
ず、目標電流値i*ステップ状の命令が加えられた時にも
実電流iとしてインパルス状の電流を必要としない。 As described above, the actual current i is not affected by the differential term τs, and the impulse current is not required as the actual current i even when the target current value i * step-like command is added.
しかも、ω−i*の関係も理想状態となり、極めて優れ
た負荷無反応性を担持している。Moreover, the relationship of ω-i * is also in an ideal state, and it has an extremely excellent load non-responsiveness.
第3図には本発明の第二実施例にかかる外乱トルク補
償装置のブロック線図が示さされており、前記第1図と
対応する部分には符号100を加えて示し説明を省略す
る。FIG. 3 shows a block diagram of a disturbance torque compensating apparatus according to a second embodiment of the present invention. The parts corresponding to those in FIG.
本実施例において特徴的なことは、前記第一実施例の
ようにキャンセル部を設けるのではなく、ノミナルトル
ク演算部248に入力するための電流値を検出する第一電
流検出部262を電流補償系246の前に設けたことである。A characteristic of this embodiment is that the first current detection unit 262 that detects the current value to be input to the nominal torque calculation unit 248 is not provided with the cancellation unit as in the first embodiment, but the current compensation is performed. It was installed in front of system 246.
尚、電流補償系246には電流補償用の第二電流検出部2
38が設けられている。The current compensation system 246 includes a second current detection unit 2 for current compensation.
38 are provided.
以上のように構成された外乱トルク補償装置の物理系
が第4図に示されている。A physical system of the disturbance torque compensating device configured as described above is shown in FIG.
同図より明らかなように、ノミナルトルク演算には電
流補償系の特性Gciの影響が全く介在せず、前記第1実
施例と同様の安定した電流特性を得、駆動部のゆれ、振
動の抑制をおこなうことができる。As is apparent from the figure, no influence of the characteristic Gci of the current compensation system is involved in the nominal torque calculation, stable current characteristics similar to those in the first embodiment are obtained, and fluctuations and vibrations of the drive unit are suppressed. Can be done.
次に第5図及び第6図を参照して、本実施例にかかる
外乱トルク補償装置の効果について説明する。Next, the effect of the disturbance torque compensating apparatus according to this embodiment will be described with reference to FIGS. 5 and 6.
第5図は前記キャンセル部を備えない従来装置におい
て一定周期で外乱トルク(図中破線で示す)を与えつつ
駆動装置を起動させた場合の実電流iと角速度ωの関係
を示している。FIG. 5 shows the relationship between the actual current i and the angular velocity ω when the drive device is started while applying the disturbance torque (shown by the broken line in the figure) at a constant cycle in the conventional device that does not include the canceling section.
また、第6図は第二実施例のようにノミナルトルク演
算部248に入力するための電流値を電流補償系246の前か
ら検出した装置において、前記第5図と同じ条件での実
電流iと角速度ωの関係を示している。Further, FIG. 6 shows an apparatus in which the current value for inputting to the nominal torque calculation unit 248 is detected before the current compensation system 246 as in the second embodiment, and the actual current i under the same conditions as in FIG. And the angular velocity ω are shown.
第5図より明らかなように、キャンセル部158を備え
ない場合には実電流iは電流補償系の影響を受けて微細
な波を描き、その傾向は外乱トルクを補償する度毎に発
生する。また角速度ωも微細なゆれ、振動を示してお
り、正確且つ安定な駆動状態が得られていないことが理
解される。As is clear from FIG. 5, when the cancel unit 158 is not provided, the actual current i is affected by the current compensation system and draws a fine wave, and this tendency occurs each time the disturbance torque is compensated. Further, the angular velocity ω also shows minute fluctuations and vibrations, and it is understood that an accurate and stable driving state is not obtained.
一方、第6図では電流iは外乱トルクに応じた増減は
示しているものの、前記第5図に見られるような微細な
波は描いていない。むろん、角速度ωもなめらかなカー
ブで一定線に達しており、その後のゆれ、振動も極めて
少ない。On the other hand, in FIG. 6, the current i shows an increase / decrease in accordance with the disturbance torque, but does not draw a fine wave as seen in FIG. Of course, the angular velocity ω also reaches a certain line with a smooth curve, and there is little vibration or vibration thereafter.
以上のように本実施例にかかる外乱トルク補償装置に
よれば、外乱トルクの印加にも関わらず、一定の駆動状
態を安定して得ることができ、良好な負荷無反応性を達
成することができる。特に本実施例にかかる装置によれ
ば、応答性が良好であり、振動等を時間遅れなく抑制す
ることができる。As described above, according to the disturbance torque compensator according to the present embodiment, it is possible to stably obtain a constant drive state regardless of the application of the disturbance torque, and achieve good load non-responsiveness. it can. In particular, the device according to the present embodiment has good responsiveness and can suppress vibration and the like without time delay.
[発明の効果] 以上説明したように、本出願の請求項1記載の発明に
かかる外乱トルク補償装置によれば、検出電流に前記電
流補償系の電流補償特性をキャンセルするキャンセル部
を備え、前記キャンセル部の出力電流値よりノミナルト
ルクを演算することとしたので、電流補償系の特性に基
づく駆動部のゆれ、振動を抑制することができる。[Effects of the Invention] As described above, according to the disturbance torque compensating apparatus of the invention of claim 1 of the present application, the detected current includes the canceling unit that cancels the current compensation characteristic of the current compensation system, and Since the nominal torque is calculated from the output current value of the cancel unit, it is possible to suppress the fluctuation and vibration of the drive unit based on the characteristics of the current compensation system.
また、本出願の請求項2記載の発明にかかる外乱トル
ク補償装置によれば、駆動電流供給系と電流補償系の接
続点より電流を検出し、その検出電流値よりノミナルト
ルクを演算することとしたので、簡易な構成で、電流補
償系の特性に基づく駆動部のゆれ、振動を時間遅れなく
抑制することができる。Further, according to the disturbance torque compensating apparatus according to the invention of claim 2 of the present application, the current is detected from the connection point of the drive current supply system and the current compensation system, and the nominal torque is calculated from the detected current value. Therefore, with a simple configuration, it is possible to suppress the shake and vibration of the drive unit based on the characteristics of the current compensation system without a time delay.
第1図は本発明の一実施例にかかる外乱トルク補償装置
の構成を示すブロック線図、 第2図は第1図に示した外乱トルク補償装置の物理系の
説明図、 第3図は本発明の第二実施例にかかる外乱トルク補償装
置の構成を示すブロック線図、 第4図は第3図に示した外乱トルク補償装置の物理系の
説明図、 第5図は第1図に示した外乱トルク補償装置においてキ
ャンセル部を設けない場合の、外乱トルク、電流値、角
速度の関係を示す説明図、 第6図は第3図に示した外乱トルク補償装置の外乱トル
ク、電流値、角速度の関係を示す説明図、 第7図は一般的な駆動装置の説明図、 第8図は一般的な駆動装置のフィードバック補償系をし
めすブロック線図、 第9図は第8図に示した駆動装置の物理系の要部説明
図、 第10図は理想的な外乱トルク補償系の説明図である。 18,118,218…モータ(駆動部) 146,246…電流補償系 148,248…ノミナルトルク演算部 150,250…微分器(加速度演算部) 154,254…外乱トルク演算部 156,256…外乱トルク/電流変換部 158…キャンセル部 138,262…電流検出部FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a disturbance torque compensating apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram of a physical system of the disturbance torque compensating apparatus shown in FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a disturbance torque compensating device according to a second embodiment of the invention, FIG. 4 is an explanatory diagram of a physical system of the disturbance torque compensating device shown in FIG. 3, and FIG. 5 is shown in FIG. And FIG. 6 is an explanatory diagram showing the relationship between the disturbance torque, the current value, and the angular velocity when the cancel portion is not provided in the disturbance torque compensating device. FIG. 6 is the disturbance torque, current value, and angular velocity of the disturbance torque compensating device shown in FIG. FIG. 7 is an explanatory view of a general driving device, FIG. 8 is a block diagram showing a feedback compensation system of the general driving device, and FIG. 9 is the driving shown in FIG. An explanatory diagram of the main part of the physical system of the device, Fig. 10 shows an ideal disturbance torque It is an explanatory view of the compensation system. 18,118,218 ... Motor (driving part) 146,246 ... Current compensation system 148,248 ... Nominal torque calculation part 150,250 ... Differentiator (acceleration calculation part) 154,254 ... Disturbance torque calculation part 156,256 ... Disturbance torque / current conversion part 158 ... Cancel part 138,262 ... Current detection part
Claims (2)
系と、 前記駆動部に供給される実駆動電流を検出する電流検出
部と、前記電流検出部の出力する実駆動電流を目標電流
値と一致させるように駆動電流出力を調整する電流補償
部と、を有する電流補償系と、 を有し、所定の駆動電流を入力して駆動する駆動装置の
外乱トルク補償装置において、 前記電流検出部と電流補償部との間に設けられ、前記電
流検出部による検出電流値に付加された電流補償系の電
流補償特性Gciに対し、特性1/Gciを加えてキャンセルす
るキャンセル部と、 前記キャンセル部の出力電流値より推定駆動トルクを演
算する推定駆動トルク演算部と、 駆動部の駆動速度を検出する速度検出部と、 前記駆動部の駆動速度を微分し、演算加速度を演算する
加速度演算部と、 前記演算加速度から得られるトルクと、前記推定駆動ト
ルクとの差値より外乱トルクを演算する外乱トルク演算
部と、 前記外乱トルク量を電流値に変換する外乱トルク/電流
変換部と、 を含むことを特徴とする外乱トルク補償装置。1. A drive current supply system for supplying a drive current to a drive unit, a current detection unit for detecting an actual drive current supplied to the drive unit, and an actual drive current output by the current detection unit for a target current. A current compensating unit having a current compensating unit that adjusts a driving current output so as to match the current value, and a disturbance torque compensating device of a driving device for driving by inputting a predetermined driving current, And a current compensation characteristic Gci of the current compensation system added to the detected current value by the current detection section, a cancellation section for canceling by adding the characteristic 1 / Gci, and the cancellation. Estimated drive torque calculation unit that calculates the estimated drive torque from the output current value of the drive unit, Speed detection unit that detects the drive speed of the drive unit, Acceleration calculation unit that differentiates the drive speed of the drive unit and calculates the calculated acceleration When A disturbance torque calculation unit that calculates a disturbance torque from a difference value between the torque obtained from the calculated acceleration and the estimated drive torque; and a disturbance torque / current conversion unit that converts the disturbance torque amount into a current value. Disturbance torque compensator characterized by.
系と、 前記駆動部に供給される実駆動電流を検出し、目標電流
値へとフィードバック補償する電流補償系と、 を有し、所定の駆動電流を入力して駆動する駆動装置の
外乱トルク補償装置において、 前記駆動電流供給系と電流補償系との接続点より電流を
検出する電流検出部と、 前記電流検出部の検出電流値より推定駆動トルクを演算
する推定駆動トルク演算部と、 駆動部の駆動速度を検出する速度検出部と、 前記駆動部の駆動速度を微分し、演算加速度を演算する
加速度演算部と、 前記演算加速度から得られるトルクと、前記推定駆動ト
ルクとの差値より外乱トルクを演算する外乱トルク演算
部と、 前記外乱トルク量を電流値に変換する外乱トルク/電流
変換部と、 を含むことを特徴とする外乱トルク補償装置。2. A drive current supply system for supplying a drive current to a drive unit, and a current compensation system for detecting an actual drive current supplied to the drive unit and performing feedback compensation to a target current value. In a disturbance torque compensating device for a drive device that inputs and drives a predetermined drive current, a current detection unit that detects a current from a connection point between the drive current supply system and the current compensation system, and a detected current value of the current detection unit An estimated drive torque calculation unit that calculates an estimated drive torque, a speed detection unit that detects a drive speed of the drive unit, an acceleration calculation unit that differentiates the drive speed of the drive unit, and calculates a calculated acceleration; A disturbance torque calculation unit that calculates a disturbance torque from a difference value between the torque obtained from the above and the estimated drive torque; and a disturbance torque / current conversion unit that converts the disturbance torque amount into a current value. The disturbance torque compensation apparatus according to symptoms.
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JP21813389A JPH087624B2 (en) | 1989-08-24 | 1989-08-24 | Disturbance torque compensator |
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