JPH1082420A - 磁気軸受スピンドルのディジタル制御方法および制御装置 - Google Patents

磁気軸受スピンドルのディジタル制御方法および制御装置

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JPH1082420A
JPH1082420A JP8237944A JP23794496A JPH1082420A JP H1082420 A JPH1082420 A JP H1082420A JP 8237944 A JP8237944 A JP 8237944A JP 23794496 A JP23794496 A JP 23794496A JP H1082420 A JPH1082420 A JP H1082420A
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JP
Japan
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sampling
axis
magnetic bearing
control
bearing spindle
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Withdrawn
Application number
JP8237944A
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English (en)
Inventor
Nobuyuki Suzuki
伸幸 鈴木
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NTN Corp
Original Assignee
NTN Corp
NTN Toyo Bearing Co Ltd
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Publication date
Application filed by NTN Corp, NTN Toyo Bearing Co Ltd filed Critical NTN Corp
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406Magnetic bearings
    • F16C32/044Active magnetic bearings
    • F16C32/0444Details of devices to control the actuation of the electromagnets
    • F16C32/0451Details of controllers, i.e. the units determining the power to be supplied, e.g. comparing elements, feedback arrangements with P.I.D. control

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 A/D変換器の個数を減らし、変換速度を下
げることができ、さらにサンプリング周波数を高めて制
御性能を向上し得る磁気軸受スピンドルのディジタル制
御方法および制御装置を提供する。 【解決手段】 1チャネル〜5チャネルの軸のセンサ出
力がマルチプレクサ12に入力されて時分割的に選択さ
れ、A/D変換器13でディジタル信号に変換された
後、MPU6に与えられて制御演算が行なわれ、各軸ご
とに制御信号がD/A変換器7〜11によってアナログ
信号に変換され、A/D変換と制御演算とD/A変換が
シーケンス的に処理される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は磁気軸受スピンド
ルのディジタル制御方法および制御装置に関し、特に、
多軸制御型磁気軸受スピンドルの各軸受をディジタル制
御するようなディジタル制御方法および制御装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】多軸型磁気軸受スピンドルの一例とし
て、5軸制御式磁気軸受スピンドルと呼ばれるものがあ
る。この5軸制御式磁気軸受スピンドルは、2個のラジ
アル磁気軸受と1個のスラスト軸受とで構成されてい
る。いずれの軸受も軸位置をセンサで検出して電磁石を
制御し、軸を定位置に保持する。
【0003】図5はセンサの出力で各軸受をディジタル
制御する制御回路のブロック図である。図5において、
各軸のセンサの出力は1チャネル〜5チャネルの入力信
号としてそれぞれA/D変換器1〜5に与えられてサン
プリングされ、ディジタル信号に変換されてMPU6に
与えられる。MPU6は5軸分の制御演算を行ない、そ
の結果をD/A変換器7〜11に与える。D/A変換器
7〜11は制御信号をアナログ信号に変換して、全軸の
アナログ制御信号を出力する。各アナログ制御信号はそ
れぞれ増幅されて対応の軸受の電磁石に与えられる。
【0004】図6は1サンプリング中におけるMPU6
の処理の流れを例示したものである。MPU6において
は、A/D変換された1チャネル〜5チャネルのディジ
タル信号の制御演算を順次行ない、その後演算結果がD
/A変換器7〜11によって同時にアナログ信号に変換
される。ここで、制御演算は、比例演算,積分換算,位
相補償演算,ジャイロ補償演算などがある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】図5に示した従来例で
は、各軸ごとにA/D変換器1〜5が必要となるが、A
/D変換器1〜5は比較的高価な電子部品であり、装置
全体のコストが高くなってしまう。
【0006】しかも、比例演算,積分演算,位相補償演
算およびジャイロ補償演算のすべての要素の制御演算が
同一サンプリング周期で行なわれている。このため、サ
ンプリング周波数は、高周波成分に対する位相補償演算
に無駄時間による位相遅れの影響が出ないように決定さ
れる。通常、制御周波数帯域の少なくとも1デカード高
周波側に設定されるかあるいは制御演算に要する時間か
らサンプリング周波数が決定され、制御帯域がこれに支
配される場合も多い。したがって、いかに演算時間を短
縮して制御性能を上げるかが重要となる。
【0007】しかしながら、すべての制御演算に対して
高速サンプリングが必要とされるわけではなく、比例演
算,積分演算およびジャイロ補償演算などは比較的低周
波成分に対するものであるため、最も遅いサンプリング
周波数でも十分である。
【0008】それゆえに、この発明の主たる目的は、A
/D変換器の個数を減らしてコストを低減でき、A/D
変換器やA/D変換器に要求される変換速度を下げるこ
とができ、さらにサンプリング周波数を高めて制御性能
を向上し得る磁気軸受スピンドルのディジタル制御方法
および制御装置を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明は、
多軸制御型磁気軸受スピンドルの各軸に対応して設けら
れたセンサの出力で各軸をディジタル制御するディジタ
ル制御方法において、制御演算を高周波成分に対するも
のと低周波成分に対するものとに分け、両者でサンプリ
ング周波数を異ならせる。
【0010】請求項2に係る発明では、請求項1の低周
波成分に対する演算は、毎サンプリング時には行なわ
ず、軸数分のサンプリング周期に1回の割合で演算を行
なう。
【0011】請求項3に係る発明は、多軸制御型磁気軸
受スピンドルの各軸に対応して設けられたセンサの出力
で各軸をディジタル制御する制御装置であって、各軸の
センサの出力を時分割的に選択して出力する選択手段
と、順次選択されたセンサ出力をサンプリングするサン
プリング手段と、順次サンプリングされたセンサ出力に
基づいて制御演算する演算手段と、各軸に対応して設け
られ、制御演算されたディジタル信号をアナログ信号に
変換する複数のD/A変換手段を備えて構成される。
【0012】請求項4に係る発明では、請求項3のサン
プリング手段によるサンプリング時間を全軸の制御演算
に要する時間の総和のみとする。
【0013】請求項5に係る発明では、請求項3の演算
手段は、サンプリング手段が1つの軸のセンサ出力をサ
ンプリングしている間に、他の軸の制御演算を行なう。
【0014】請求項6に係る発明では、請求項3の演算
手段は、制御演算として低周波成分の演算を毎サンプリ
ング時に行なわず、軸数分のサンプリング周期に1回の
割合で演算を行なう。
【0015】
【発明の実施の形態】図1はこの発明の一実施形態にお
ける1サンプリング中での各処理の流れを示す図であ
る。この実施形態は、図5に示した構成が用いられ、高
周波成分演算である位相補償演算は全チャネル分行なわ
れるが、低周波成分演算である比例,積分およびジャイ
ロ補償演算は5チャネルのうちのいずれか1チャネルし
か行なわない。したがって、これらの制御演算のサンプ
リング周波数は、実際のサンプリング周波数の1/5と
いうことになり、5サンプリング期間中は、一定の値が
毎サンプリングで変化する高周波成分演算結果に加算さ
れて出力されることになる。したがって、この発明の実
施の形態では、高周波位相補償制御演算のサンプリング
周波数を高めることができ、制御性能が向上する。
【0016】図2はこの発明の第2の実施の形態を示す
ブロック図である。図2において、前述の図5に示した
5個のA/D変換器1〜5に代えて、マルチプレクサ1
2と1個のA/D変換器13が設けられる。マルチプレ
クサ12は1〜5チャネルのセンサ信号を順次選択して
A/D変換器13に与える。A/D変換器13は順次選
択されたセンサ信号をディジタル信号に変換する。な
お、D/A変換器7〜11は図5と同様にして、各軸に
対応して設けられる。これは1サンプリング時間中、各
軸のアナログ出力信号をホールドしておく必要があるか
らである。
【0017】図3はこの発明の第2の実施の形態におけ
る信号処理の流れを示す図である。図3において、T1
フレームでは、1チャネルのA/D変換,2チャネルの
D/A変換,5チャネルの制御演算が同時に行なわれ
る。同様にして、T2フレームにおいては、1チャネル
の制御演算,2チャネルのA/D変換,3チャネルのD
/A変換が同時に行なわれる。T3フレーム以降は同様
な処理が繰返される。
【0018】1フレームの時間はA/D変換時間あるい
は制御演算時間のどちらか長い方で決定されるが、通常
は制御演算時間による。なお、D/A変換器7〜11は
各軸独立であるため、最大3フレームまでの変換時間が
許される。たとえば、1チャネルの場合、T3フレーム
からT5フレームまでD/A変換に要してもよいという
ことになる。
【0019】上述のごとく制御することによって、各軸
当りのサンプリング時間5フレーム分になる。これは各
軸の制御演算時間を加算したものに等しい。
【0020】これに対して、従来の方法では、制御演算
時間のほかに、A/D変換,D/A変換時間が加算され
たものがサンプリング時間となる。したがって、この発
明を用いることによって、確実にサンプリング周期を高
めることができかつ高価な高速A/D変換器やD/A変
換器を用いる必要もなくなる。
【0021】図4は、この発明の第3の実施形態におけ
る処理の流れを示す図である。この第3の実施形態で
は、図2に示した構成で6フレームごとに低周波成分の
演算を行なうものである。このようにすることにより、
各チャネル当りの低周波成分演算は、第2の実施形態と
同様5サンプリングに1回演算される。
【0022】今仮に、A/D変換,D/A変換,高周波
成分演算,低周波成分演算に要する時間がすべて5μs
ecであるとする。このとき、1サンプリング時間を比
較すると、従来例では60μsec要するのに対して、
第2の実施形態では40μsec,第3の実施の形態形
態では30μsecで済むことになる。
【0023】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、制御
演算を高周波成分に対するものと低周波成分に対するも
のとに分け、両者でサンプリング周波数を異ならせるよ
うにしたので、高周波位相補償制御演算のサンプリング
周波数を高めることができ、制御性能が向上する。
【0024】また、各軸のセンサの出力を時分割的に選
択してサンプリングし、そのサンプリングされたセンサ
出力に基づいて制御演算を行ない、サンプリング時間を
全軸の制御演算に要する時間の総和のみとすることによ
って、A/D変換器の個数を減らせることができ、コス
ト低減を図ることができる。しかも、A/D変換器やD
/A変換器に要求される変換速度を下げることができ、
サンプリング周波数を高めて制御性能を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施の形態における1サンプ
リング中での処理の流れを示す図である。
【図2】この発明の第2の実施の形態を示すブロック図
である。
【図3】この発明の第2の実施の形態における信号処理
の流れを示す図である。
【図4】この発明の第3の実施の形態における処理の流
れを示す図である。
【図5】センサの出力で各軸受をディジタル制御する制
御回路のブロック図である。
【図6】1サンプリング中におけるMPU6の処理の流
れを例示した図である。
【符号の説明】
6 MPU 7〜11 D/A変換器 12 マルチプレクサ 13 A/D変換器

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 多軸制御型磁気軸受スピンドルの各軸に
    対応して設けられたセンサの出力で各軸をディジタル制
    御するディジタル制御方法において、 前記各軸の制御演算を高周波成分に対するものと、低周
    波成分に対するものとに分け、両者でサンプリング周波
    数を異ならせることを特徴とする、磁気軸受スピンドル
    のディジタル制御方法。
  2. 【請求項2】 前記低周波成分に対する演算は、毎サン
    プリング時には行なわず、軸数分のサンプリング周期に
    1回の割合で演算を行なうことを特徴とする、請求項1
    の磁気軸受スピンドルのディジタル制御方法。
  3. 【請求項3】 多軸制御型磁気軸受スピンドルの各軸に
    対応して設けられたセンサの出力で各軸をディジタル制
    御する制御装置であって、 前記各軸のセンサの出力を時分割的に選択して出力する
    選択手段、 前記選択手段によって順次選択されたセンサ出力をサン
    プリングする1つのサンプリング手段、 前記サンプリング手段によって順次サンプリングされた
    センサ出力に基づいて制御演算する演算手段、および前
    記各軸に対応して設けられ、前記演算手段によって制御
    演算されたディジタル信号をアナログ信号に変換する複
    数のD/A変換手段を備えた、磁気軸受スピンドルのデ
    ィジタル制御装置。
  4. 【請求項4】 前記サンプリング手段によるサンプリン
    グ時間を全軸の制御演算に要する時間の総和のみとした
    ことを特徴とする、請求項3の磁気軸受スピンドルのデ
    ィジタル制御装置。
  5. 【請求項5】 前記演算手段は、前記サンプリング手段
    が1つの軸のセンサ出力をサンプリングしている間に、
    他の軸の制御演算を行なうことを特徴とする、請求項3
    の磁気軸受スピンドルのディジタル制御装置。
  6. 【請求項6】 前記演算手段は、前記制御演算として低
    周波成分の演算を毎サンプリング時に行なわず、軸数分
    のサンプリング周期に1回の割合で演算を行なうことを
    特徴とする、請求項3の磁気軸受スピンドルのディジタ
    ル制御装置。
JP8237944A 1996-09-09 1996-09-09 磁気軸受スピンドルのディジタル制御方法および制御装置 Withdrawn JPH1082420A (ja)

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DE19738715A DE19738715C2 (de) 1996-09-09 1997-09-04 Verfahren zur digitalen Steuerung einer Magnetlagerspindel und dazugehöriges Steuerungsgerät
US08/925,141 US6114787A (en) 1996-09-09 1997-09-08 Method of digitally controlling magnetic bearing spindle

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