KR0163638B1

KR0163638B1 - 2 질량체 관성 공진계의 가요성 구동축 상에 발생하는 축 방향 비틀림 진동을 억제하는 저 관성화 제어 장치

Info

Publication number: KR0163638B1
Application number: KR1019950007698A
Authority: KR
Inventors: 가즈야 오구라; 야스히로 요시다; 데쯔오 야마다
Original assignee: 고지마 게이지; 가부시끼가이샤 메이덴샤
Priority date: 1994-04-04
Filing date: 1995-04-03
Publication date: 1999-03-20
Also published as: EP0676681B1; KR950029891A; EP0676681A2; US5729111A; EP0676681A3

Abstract

모터, 모터의 부하부 및 모터와 부하부 사이를 상호 연결시키는 강성이 낮은 가요성 구동축을 구비하는 2질량체 관성계용 저 관성화 제어 장치가 상기 2질량체 관성계의 가요성 축 상에 발생하는 축 방향 비틀림 진동을 억제하는 데 이용된다. 일례로, 1/ (1 + ST_F) 전이 함수를 구비하는 1차 지연 필터는 축 인가 토크 ^τ_S를 산출하기 위한 축 토크 산출 관측기와 함께 교란 억제 회로 역할을 하는 시뮬레이터 종동 제어부의 출력부에 추가된다. 상기한 예의 시뮬레이션은 축 토크 산출 관측기의 관측기 이득이 상대적으로 작은 경우라 해도 축 방향 비틀림 진동을 억제하는 효과는 상당하다는 것을 나타낸다.

Description

2질량체 관성 공진계의 가요성 구동축 상에 발생하는 축 방향 비틀림 진동을 억제하는 저 관성화 제어 장치

제1도는 2질량체 관성 공진계에서 가요성 축(shaft) 상에 발생하는 비틀림 진동을 억제하는 본 발명에 따른 저 관성화 장치의 양호한 제1실시예의 회로 블록 다이어그램.

제2도는 본 발명에 따른 저 관성화 제어 장치의 양호한 제2실시예에서의 교란 억제 회로의 회로 블록 다이어그램.

제3a도 및 제3b도는 각각 제2도에 도시된 양호한 제2실시예의 2가지 변형예의 회로 블록 다이어그램.

제4도는 제2도에 도시된 양호한 제2실시예에서의 속도 증폭 스테이지 이후의 회로 블록 다이어그램.

제5도는 본 발명에 따른 저 관성화 제어 장치의 양호한 제3실시예의 회로 블록 다이어그램.

제6도는 본 발명에 따른 저 관성화 제어 장치의 양호한 제4실시예의 회로 블록 다이어그램.

제7도는 본 발명에 따른 저 관성화 제어 장치의 양호한 제5실시예의 회로 블록 다이어그램.

제8도는 본 발명에 따른 저 관성화 제어 장치의 양호한 제6실시예의 회로 블록 다이어그램.

제9a도 및 9b도는 본 발명의 배경 기술 설명 부분에서 설명된 종래의 시스,템이 실제로 작동되는 경우의 시뮬레이션 결과를 나타내는 특성 그래프.

제10a도 및 10b도는 본 발명의 배경 기술 설명 부분에서 설명된 종래의 시스템이 실제로 작동되는 경우의 시뮬레이션 결과를 나타내는 특성 그래프.

제11a도 및 11b도는 제1도에 도시된 제1실시예의 저 관성화 제어 장치가 1차 지연 필터의 이득을 1로 설정한 조건하에서 실제로 작동되는 경우의 시뮬레이션 결과를 나타내는 특성 그래프.

제12a도 및 12b도는 제1도에 도시된 제1실시예의 저 관성화 제어 장치가 1차 지연 필터의 이득을 수저한 조건하에서 실제로 작동되는 경우의 시뮬레이션 결과를 나타내는 특성 그래프.

제13a도 및 13b도는 제1도에 도시된 제1실시예의 저 관성화 제어 장치가 실제로 작동되는 경우의 시뮬레이션 결과와 진동 억제의 효과가 필터 시간 상수에 따라 향상된 것을 나타내는 특성 그래프.

제14a도 및 14b도는 제6도에 도시된 제4실시예의 저 관성화 제어 장치가 실제로 작동되는 경우의 시뮬레이션 결과를 나타내는 특성 그래프.

제15도는 2질량체 관성계 모델을 설명하기 위한 설명도.

제16도는 2질량체 관성계의 회로 블록 다이어그램.

제17도는 최소 차수 상태의 관측기를 설명하기 위한 회로 블록 다이어그램.

제18도는 축 토크 산출 관측기를 개략적으로 나타내는 설명도.

제19도는 2질량체 관성계로 구성되는 동력 트레인 시험기의 개략적 구조도.

제20도는 1질량체 관성게의 저 관성계 제어 장치의 회로 블록 다이어그램.

제21도는 제20도에 도시된 저 관성계의 진동의 회로블록 다이어그램.

제22도는 점성 계수 Rm이 거의 0일 때의 2질량체 관성계의 회로 블록 다이어그램.

제23도는 피드백 보상이 추가로 이루어지는 제22도에 도시된 2질량체 관성계의 회로 블록 다이어그램.

제24도는 공진비 제어를 설명하기 위한 것으로 2질량체 관성계의 변형예의 회로 블록 다이어그램.

제25도는 공진비 제어를 설명하기 위한 회로 블록 다이어그램.

제26도는 본 발명에 따른 저 관성화 제어 장치의 양호한 제7실시예의 회로 블록 다이어그램.

제27도는 본 발명에 따른 저 관성화제어 장치의 양호한 제8실시예의 회로 블록 다이어그램.

제28도는 본 발명에 따른 저 관성화 제어 장치의 양호한 제9실시예의 회로 블록 다이어그램.

제29도는 본 발명에 따른 저 관성화 제어 장치의 양호한 제10실시예의 회로 블록 다이어그램.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11, 13b, 16, 17a, 17c : 편차기 12 : 속도 증폭기

13 : SFC부 13a, 17b : 적분기

13c : 이득부 13d, 14 : 가산기

15 : 1차 지연필터 17 : 축 토크 산출 관측기

18 : 이득부 19 : 2질량체 관성 공진계

본 발명은 2질량체 관성 공진계, 특히, 모터 및 이 모터와 탄성(가요성) 구동축을 거쳐서 상호 연결된 부하부를 갖는 2질량체 관성 공진계의 탄성(또는 가요성) 구동축 상에 발생하는 축방향 비틀림 진동을 억제하는 저 관성화제어 장치에 관한 것이다.

강성이 낮은 구동축(스핀들)이 엘리베이터 시스템, 강 압연기 및 조작기(로보트)와 같은 것에서 모터와 이 모터의 부하부 사이에 연결된 경우, 축 방향으로(축)의 비틀림 진동이 발생하므로 속도 제어 시스템에서의 응답 속도를 증가시킬 수 없게 된다.

축 방향 비틀림 진동은 모터와 부사부 사이의 관성 모멘트의 비에 영향을 받는다. 특히, 부하부 관성 모멘트가 모터의 관성 모멘트보다 낮은 경우 비틀림 진동은 더 커지며 이렇게 커진 비틀림 진동을 억제하기 위한 제어는 더욱 어려워지게 된다.

공진비 제어에 의한 2질량체 공진계의 진동 제어라는 제하의 일본국 논문(T. IEE Japan, Vo1. 113-D, No. 10, 1993, 1162면부터 1169면에 기재)(이하에서, 참고 문헌A라고 함)은, 축의 토크(가요성 구동 축에 인가되는 토크)가 아주 높은 속도에서 산출되고 이 산출된 축 토크는 모터에 공급되는 토크 지령으로 다시 되돌려지고 이에 따라 가상(겉보기) 모터의 관성이 낮추어져서 축 토크를 안정화시키며 공진비가 일례로, 조작기(로보트)의 아암 부분의 공진 주파수에 대한 모터의 공진 주파수로 한정되게 구성된 공진비 제어 시스템에 대하여 예시하고 있다.

상기 참고 문헌 A에 기재된 공진비 제어가 진동 억제 제어에 적용되는 경우에는 부하부 관성이 모터의 관성보다 낮은 경우에라도 양호한 진동 억제효과를 얻을수는 있다. 그러나 진동 억제 시스템으로 들어오는 외부의 교란(disturbance)을 억제하는 효과는 결국 감소된다.

공진비 제어 및 SFC에 의한 2질량계를 위한 제어라는 제하의 또 다른 일본국 논문(평성 5년 전기 협회 전국 회의, No. 669 1993, 6면-78면과 6면-79면)(이하에서, 참고 문헌B라고 함)은, 참고 문헌A에 기재된 시스템에 부가하여 부하부 토크산출 관측기(observer)를 추가하여서 외란을 억제하는 효과를 향상시킨 저 관성화 시스템에 대하여 예시하고 있다.

유도 모터 구동 시스템을 위한 관성 제어 방법이라는 제하의 또 다른 일본국 논문(평성 3년 전기 협회 산업 응용 부서 전국 회의, No. 142, 1991, 612면 및 613면)(이하에서, 참고 문헌C라고 함)은, 1질량체 관성계에서의 저 관성화 제어 방법에 대하여 예시하고 있다.

일본 특허 출원 제1공개 평성4-319715호(1992년 11월 10일 공개)는 앞에서 제안한 축 비틀림 진동 억제 시스템(2 질량체 관성계)에 대하여 예시하고 있기 때문에 축의 (축 방향)비틀림 진동 시스템에서의 운동 방정식은 제15도와 제16도를 참고하여 아래에 설명한다.

제15도에 도시된 2질량체 관성계 모델로부터 다음과 같은 운동 방정식이 결정된다.

상기 방정식(3)은

로 치환된다. 여기서, ω_M=dθ_M/dt, ω_L=dθ_L/dt, θ_M=∫ω_Mdt, θ_L=∫ω_Ldt이다.

제16도는 상기의 방정식(4)를 이용하는 축(shaft)의 (축방향)비틀림 진동 시스템의 회로 블록 다이어그램을 나타내는 것이다.

방정식(1) 내지 방정식(4)와 제16도에서, τ_M은 모터의 생성 토크이고, τ_S는 축 토크(축 방향 토크 즉, 구동 축에 인가되는 토크)이고, τ_L은 부하부 토크(모터의 부하에 인가되는 토크)이고, ω_M및 ω_L은 모터와 부하부의 각속도이고, θ_M및 θ_L은 모터와 부하부의 각변위이고, T_M및 T_L은 모터 및 부하부의 기계적 시간 상수(모터의 평가 토크 → 평가 회전 속도)이고, T_S는 구동 축의 스프링 상수(1/Km)를 나타내며, Rm은 가요성 구동 축의 점성 계수를 나타내는 것이다.

상기 일본국 특허 출원 제1공개 평성4-319715호에 기재된 축 방향의 비틀림 진동 시스템의 전이 함수는 이하에서 설명한다.

다시 말하면, 모터 생성 토크 τ_M으로부터 모터 각속도 ω_M으로의 전이 함수 G_MM(S)와, 부하부 토크 τ_L로부터 모터 각속도 ω_M으로의 전이 함수 G_LM(S)와, 모터 생성 토크 τ_M으로부터 부하부 각속도 ω_L로의 전이 함수 G_ML(S)는 축의 점성 계수 Rm을 무시(Rm = 0)한 조건하에서다음 식으로부터 유도된다.

또한, τ_L로부터 ω_L로의 전이 함수는 다음 식과 같이 유도된다.

여기서, 상기 방정식(8)은 일반적으로 표현된 2차 지연(lag) 시스템 즉, Kω_n ²/(S²+ 2ζω_n+ω_n ²)과 비교하면, 다음의 방정식이 성립된다.

상세하게 설명하면, 점성 계수 Rm은 거의 0에 근사하고(Rm=0), ζ = 0이므로 상기 축의(축 방향)비틀림 진동 시스템은 영구 진동 시스템임을 나타내는 것이 된다.

또한, 그 공진 수파수는 ω_n이다.

다음으로, 양극단이(방정식(8)의 전이 함수에서는 방정식(10)으로 표현되는) 분모가 0이 되게 하면 다음의 방정식(11)이 성립된다.

상기 방정식(11)로부터 알 수 있는 바와 같이, 양극단은 허수 축(j)에 있으므로 축 방향 비틀림 진동 시스템 즉, 2질량체 관성계는 진동성이라는 것을 타나내고 있다.

상기 참고 문헌A 및 참고 문헌B에 기재되어 있는 공진비 제어에 있어서는, 축 토크 산출 관측기의 이득을 크게 할 필요가 있으며 비교적 고속에서 축의 토크 τ_S를 산출할 필요가 있다. 그러나 축 토크 산출 관측기의 이득은 모터의 검출된 각속도 상에 중첩된 소음의 증폭을 고려하더라도 커지지 않으며 모터와 부하부 사이에 연결된 가요성 축 상에 발생된 축 방향 비틀림 진동을 억제시키는 효과가 감소된다.

따라서 본 발명의 목적은 2질량체 관성(공진) 시스템에서 가요성 구동축상에 발생하는 축 방향 비틀림 진동을 억제할 수 있으며 장착된 축 토크 산출 관측기의 이득이 비교적 작은 경우라해도 2질량체 관성(공진) 시스템에서의 진동 억제 효과를 향상시킬 수 있는 2질량체용의 저 관성화 제어 장치를 제공하기 위한 것이다.

상기 본 발명의 목적은, 2질량체 관성 공진계에서 가요성 구동축 상에 발생하는 축 방향 비틀림 진동을 억제하는 데 사용되는 것으로 모터, 가요성 구동축 및 모터의 부하부를 구비하며 다음의 4가지 전이 함수를 갖는 저 관성화 제어 장치를 제공함으로써 달성된다.

G_MM(S) = ω_M/τ_M= 1/ T_MS·{S²+ 1/(T_S·T_L)}/{S²+ 1/ T_S·(1/ T_M+1/ T_L)}

G_LM(S) = ω_M/τ_L= -1/ T_LS·{(1/ T_M)·(1/ T_S)}/{S²+ 1/ T_S(1/ T_M+1/ T_L)}

G_ML(S) = ω_L/τ_M= 1/ T_MS·{(1/(T_S)·(1/ T_L)}/{S²+ 1/ T_S(1/ T_M+1/ T_L)}

G_LL(S)= ω_L/τ_L= -1/ T_LS·{S²+1/T_M·1/ T_S)}/{S²+ 1/ T_S(1/ T_M+1/ T_L)}

여기서, S = σ + j로서 라플라스 변환 연산자이고, ω_M은 모터 각속도이고, τ_M은 모터 생성 토크이고, τ_L은 부하부 적용 토크이고, ω_L은 부하부 각속도이고, T_M은 모터의 기계적 시간 상수이고, T_S는 축의 스프링 시간 상수(=1/Km)을 나타내고, T_L은 부하부의 기계적 시간 상수를 나타낸다. 상기 저 관성화 제어장치는, 모터 각속도(ω_M)을 관측하고 이 관측된 모터의 각속도를 출력시키는 검출 수단과, 모터의 각속도 지령값(ω_M ^＊)와 적어도 비례 제어 이득(K_ωc)을 갖는 제1편차기로부터 유도된 관측된 모터 각속도 사이의 편차를 증폭시키며 제1편차기를 구비하는 속도 증폭 수단과, 2질량체 관성 공진계로 구성되는 모터에 대해 입력 토크 τ_i를 제공해서 외란이 모터로 입력되는 것을 방지하기 위한 것으로 상기 속도 증폭 수단으로부터 증폭된 편차 τ_A를 받으며 관측된 모터 각속도(ω_M)을 받는 외란 억제 수단과, 상기 외란 억제 수단의 출력 τ_i를 여과해서 2질량체 관성 공진계에서 축 방향 비틀림 진동을 억제하고 모터 생성 토크 지령값 τ_M을 제공하기 위한 것으로 상기 외란 억제 수단으로부터 출력 τ_i를 받는 진동 억제 수단과, 관측된 모터 각속도 및 모터 생성 토크 지령값을 받고 상기 진동 억제 수단에 공급되는 축에 인가되는 토크의 산출치(^τ_S)을 산출하도록 구성 및 배열된 축에 인가된 토크를 산출하는 관측기 수단을 포함한다.

상기 본 발명의 목적은 또한, 2질량체 관성 공진계에서 축 방향으로의 축의 비틀림 진동을 억제하는 데 사용되는 것으로서, 상기 시스템은 모터, 부하부 및 상기 모터와 상기 부하부를 연결하는 가요성 구동 축을 구비하며 다음과 같은 4가지 전이 함수를 갖는 저 관성화 제어장치에 의해 달성된다.

G_ML(S) = ω_L/τ_M= 1/ T_MS·{(1/(T_S)·(1/ T_L)}/{S²+ 1/ T_S(1/ T_M+1/ T_L)}

G_LL(S)= ω_L/τ_L= -1/ T_LS·{S²+1/T_M·1/ T_S)}/{S²+ 1/ T_S(1/ T_M+1/ T_L)

여기서, S =σ + jω로서 라플라스 변환 연산자이고, ω_M은 모터 각속도이고, τ_M은 모터 생성 토크이고, τ_L은 부하부에 인가된 토크이고, ω_L은 부하부 각속도이고, T_M은 모터의 기계적 시간 상수이고, T_S는 축의 스프링 시간 상수(=1/Km)을 나타내고, T_L은 부하부의 기계적 시간 상수를 나타낸다. 상기 저 관성화 제어 장치는, 모터 각속도(ω_M)을 검출하는 검출 수단과, 모터의 각속도 지령값(ω_M ^＊)와 검출된 모터의 각속도(ω_M) 사이의 편차 출력을 증폭시키도록 구성 및 배열된 비례-적분(PI: proportional-integral) 속도 증폭기와, 1차 지연(lag) 필터를 구비하며 이 1차 지연 필터를 통해 축에 인가된 토크의 산출치(^τ_S)를 유도하도록 구성되고 배열된 가요성 구동 축 인가 토크 산출 관측기로서, 상기 1차 지연 필터는(1+ST_F)/{(1+ST)(1+ST_F/ K)}로서 여기서, T는 관측기 시간 상수를 나타내며 거의 T_F와 같은 전이 함수를 갖는 구성으로 된, 축 인가 토크 산출 관측기와, (K-1)이 이득으로 여기서 K는 모터와 부하부 사이의 관성 비를 나타내는 이득을 갖는 1차 지연(lag) 필터를 통해 유도된 축 인가 토크 산출치를 증폭시키도록 구성 및 배열되는 이득 회로와, 이득 회로의 출려과 PI 증폭기로부터 유도되어 이득 K를 곱한 입력 토크 τ_i사이의 편차를 출력시키도록 구성 및 배열된 편차기와, 편차기의 출력을 받고 모터용의 토크 지령값 τ_M을 제공하도록 구성 및 배열되고 (1+ST_F)/(1+ST_F)로서 여기서 S는 라플라스 변환 연산자를 나타내는 전이 함수를 갖는 보상 필터를 포함한다.

이하에서는 본 발명을 보다 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위하여 도면을 참고하여 설명한다.

본 발명에 따른 저 관성화 제어 장치의 양호한 실시예를 설명하기에 앞서 본 발명의 기본 개념을 이하에 설명한다.

다시 말하면, 본 발명에 따르면, 일례로 2질량체 관성 공진계에서의 가요성 구동 축 상에 발생되는 축의(축 방향으로의) 비틀림 진동을 억제하기 위해 가요성 구동 축 상에 인가되는 축 토크를 산출하고저 관성 제어를 실행한다. 상기 가요성이라는 용어는 강성이 낮다는 것을 의미한다.

따라서 우선적으로는 최소 차수의 관측기에 대해 제17도를 참고하여 이하에 설명한다.

제17도는 모터의 실제 각속도 ω_M에 대한 모터 토크 지지값 τ_M의 회로 블록 다이어그램이다. 여기서, 축 토크는 단계적 상수 값이라고 가정한다 따라서 축토크 미분치는 0이 된다.

상태 방정식(12)는 제17도에 도시된 회로 블록으로부터 주어진다.

상태 방정식(12)는 다음의 행렬식(13)과 행렬식(14)로 나타내진다.

모터의 각속도 ω_M은 측정(관측) 가능하기 때문에 축의 토크 τ_S는 최소 차수 관측기를 이용하여 산출된다.

제18도는 비. 고피나쓰(B.Gopinath)에 의해 공지된 방법을 이용하여 최소 차수 관측기를 기초로 해서 유도된 관측기가 산출하는 축의 토크를 나타내는 도면이다.

[(비. 고피나쓰의 방법 및 최소 차수 관측기에 대해서는 코로나 퍼블리싱 캄파니, 리미티드(Corona Publishing Co, Ltd .)에서 1989년 11월 10일자로 출판한 디지탈 제어의 입문(Introduction to Digital Control)이라는 제목의 일본 서적이 참고가 될 것이다.]

다음으로 저 관성화 제어와 공진비 제어가 서로 비교된다.

우선, 본 발명의 배경 기술 설명 부분에서 설명된 참고 문헌C에 기재되어 있는 저 관성화 제어방법의 일반적 개념에 대해 이하에 설명한다.

제19도는 저 관성화 제어에 요구되는 시뮬레이션 시험 시스템의 적용예를 예시하는 것으로, 차량의 동력 전달 장치(TM)용 시뮬레이션 시험 시스템을 예시하는 것이다.

제19도에서, 제1동력계(dynamometer)(DY1)은 엔진 역할을 하도록 시뮬레이션되고 제2동력계(dynamometer)(DY2)는 부하부 역할을 하도록 시뮬레이션된다. 차량에 사용되는 엔진은 일반적으로 관성이 낮으므로 제1동력계의 관성이 상당히 감소되도록 제어하여 엔진에 대한 요건에부합되도록 하는 것이 필요하다. 그 이유는 저 관성화 제어가 제안되고 있기 때문이다.

제20도는 제19도의 시뮬레이션 시험 시스템에 적용할 수 있으며 참고 문헌C에 기재된 유도 모터 구동 시스템에 대한 관성 제어 방법에 기초한 상기 저 관성화 제어시스템의 블록 다이어그램을 나타내는 것이다.

제20도에서, 저 관성화 제어 시스템은 입력 토크 τ_i를 받고 입력 토크 산출치인(1차 지연 필터 시간 상수를 나타내는 T_F를 갖는) ^τ_i를 출력시키도록 구성 및 배열된 1차 지연 필터(210)을 포함하며, 상기 산출된 입력 토크 ^τ_i는 제1편차기(211)의 양극(+)단으로 공급된다. 제1편차기(211)의 음극(-)단은 부하부 토크를 산출하는 관측기(212)로부터 부하부 토크 산출치 ^τ_L을 받는다. 이에 대해서는 이하에서 설명한다.

제20도에 도시된 저 관성화 제어시스템은 또한 제1편차기(21)의 편차 출력을 받고 산출된 관성 모멘트{(T_ML ^＊-T_M ^＊)/ T_M ^＊}를 가산기(214)로 출력하여 입력 토크 τ_i에 가산시키고 이에 따라 가산기(214)가 모터 생성 토크 τ_M을 출력하도록 구성 및 배열된 관성 모멘트 산출 회로(213)도 포함한다. 모터의 생성 토크 τ_M은 제2편차기(215)의 양극(+)단과 부하부 토크를 산출하는 관측기(212)의 제3편차기(212a)의 양극(+)으로 공급된다. 제2편차기(215)의 음극(-)단에는 부하부 토크 τ_L이 공급된다. 제2편차기(215)의 편차 출력은 제19도에 도시된 제1 및 제2동력계(DY1, DY2) 모두가 1질량체 관성계 즉, 적분 요소(216)을 구성한다고 가정할 때 총 관성 모멘트 T_ML과 관련하는 적분 요소부분(216)으로 입력된다. 전이 함수 1/ ST_ML을 갖는 적분 요소(216)의 출력은 모터 각속도 ω_M이다.

부하부 토크 산출 관측기(212)는 모터의 각속도 산출치 ^ω_M을 제공하기 위해 관성 모멘트가 T_ML ^＊(1/ST_ML ^＊)인 제3편차기(21a)의 편차 출력을 적분하는 적분 요소(212b)와, 모터의 각속도 산출치 ^ω_M'과 모터의 각속도 ω_M간의 편차를 수용하도록 구성 및 배열된 제4편차기(212c)와, 이득 G₁을 가지며 제4편차기(212c)의 편차 출력을받는 관측기 이득부를 포함한다. 따라서 부하부 토크 산출 관측기(212)는 부하부 토크 산출치 ^τ_L을 제공하며, 이 부하부 토크 산출치는 제3편차기(212a)와 제1편차기(211)로 공급되나 제20도에서, 관성 모멘트 산출부 산출 회로(213)에 표기되어 있는 T_M ^＊은 1질량체 관성계의 관성이 낮아졌을 때의 관성 모멘트를 나타내는 것이다.

제20도에 도시된 저 관성화 시스템이 따르면, 다음의 방정식(15) 내지 (17)이 유도된다.

T_ML(제1 및 제2동력계(DY1, DY2)가 모두 1질량체 관성계를 구성한다고 가정할 때에유도된 총 관성 모멘트) = T_ML ^＊(관측기(212)에서의 관성 모멘트)이면, 상기 방정식(15) 내지 (17)로부터 다음의 방정식(18)이 성립된다.

상기 방정식(18)로부터 알 수 있는 바와 같이, 1차 지연 필터에 의해 부하부 토크 τ_L로부터 산출된 산출치는 부하부 토크 산출치 ^τ_L이다.

여기서, 제20도의 저 관성화 제어에 있어서의 작동 이론에 대해서는 이하에 설명한다.

제21도는 제20도를 약간 변형시킨 저 관성화 제어 장치의 회로 블록 다이어그램을 나타내는 것이다.

부하부 토크 산출과 입력 토크 산출은 제21도에서 아주 고속인 조건하에서 수행된다고 가정하면, 모터(제1동력계 및 제2동력계)의 가속-감속 토크 τ_AC는 다음 방정식으로 표현된다.

상기 방정식(19)에서, T_ML= T_M ^*이면, 가속-감속 토크 τ_AC로부터 모터의 각속도 ω_M까지의 관계는 다음의 방정식(20)으로 나타내어 진다. 모터의 관성은 분명히 T_M ^*를 제공하므로 모터의 관성을 낮추면서 행하는 속도제어 즉, 저 관성화 제어가 달성된다.

상기한 바와 같이, 아주 고속(즉, ^τ_L≒ τ_L,^τ_i≒ τ_i)에서 부하부 토크를 산출할 수만 있다면, 제20도의 경우에서 저 관성화 제어가 가능해진다.

다음으로, 본 발명의 배경 기술 설명 부분에서 설명한 참고 문헌A 및 참고 문헌B에 기재된 공진비 제어에 대해 이하에서 설명한다.

제16도에서 RM = 0일 때의 2질량체 관성계의 회로 블록 다이어그램을 제22도에 도시하였다. 다시 말하자면, 제22도는 제16도의 Rm = 0인 2질량체 관성계를 나타내는 것이다. 제22도에 나타낸 도면 부호 각각은 제16도에 나타낸 도면 부호와 동일하다.

모터 생성 토크 τ_M및 각속도 ω_M은 제18도에 도시된 축 토크 산출 관측기로 입력하는 데 이용되고 상기 축 토크 산출치^τ_S는 (1-K)배되어 이 (1-K)^τ_S가 τ_i'에 가산되어 피드포워드 보상이 이루어진다.

제23도는 상기한 피드포워드 보상 및 축 토크 산출 관측기가 추가된 2질량체 관성계의 회로블록 다이어그램을 나타내는 것이다.

축 토크 산출치 ^τ_S가 고속에서 도출되고 이에 따라 축 토크 산출치 ^τ_S≒ τ_S이라고 가정할 때 달성된 회로 블록 다이어그램을 제24도에 도시하였다.

다시 말하자면, 제24도는 제23도를 변형시킨 것으로 ^τ_S≒ τ_S인 2질량체 관성계를 나타내는 것이다.

또한, 제24도에 도시된 회로 블록 다이어그램이 참고 문헌B에 도시된 공진비 제어의 회로블록 다이어그램을 구동시키도록 변형된 것에 대해서는 제25도에 도시되어 있다.

제25도는 2질량체 관성(공진) 시스템용의 공진비 제어시스템의 회로 블록 다이어그램을 나타내는 것이다.

2질량체 관성계(19)를 구성하는 모터는 1992년 8월 4일자로 특허 허여된 미합중국 특허 제5,136,228호(이것의 기재내용은 본 명세세에 참고로 포함된다)에 예시된 유도 모터를 포함한다.

제25도로부터 공진비 제어는 모터 관성이 분명히 (1-K)가 되게 수행된다. 또한, 1-K는 τ_i' 이후에 제24도에 도시된 보상 회로에서 유도되므로 토크 지령을 K배 하는 것이 필요하다. 공진비 R과 모터 관성의 역수(즉, 저 관성화 제어 피드백 이득) K 사이의 관계는 상기 참고 문헌A 및 참고 문헌B로부터 유도된다.

R : 참고 문헌A에 의하면 R²= 5가 축 방향 비틀림 진동을 억제하는 최적값이다.

저 관성화제어(제20도 및 제21도) 및 공진비 제어(제24도 및 제25도)에 따라 다음의 3가지 치환(A), (B), (C)가 이루어지면 저 관성화 제어는 공진비 제어와 동일하다. 다시 말하면, 다음의 3가지 치환(A), (B), (C)가 이루어질 때 저 관성화 제어시스템은 상기 참고 문헌B에 기재된 시뮬레이터 종동 회로(SFC : simulator follouing circuit) 삽입 이전의 등가 회로 블록 다이어그램이다.

(A) 제20도에 도시된 저 관성화 제어가 1질량체 관성계에 적용되지만 이 관성계는 한 질량체로서의 제1동력계(DY1) 및 다른 질량체로서의 제2동력계(DY2)를 구비하는 2질량체 관성계, T_ML→T_M으로 취급된다.

(B) 제20도에 도시된 T_ML ^*→ T_M ^*

(C) 제20도에 도시된 T_ML ^*/ T_M=K

[제1실시예]

제1도는 2질량체 관성(공진)계 (회로)(19)에서 가요성 축 상에 발생하는 비틀림 진동을 억제하는 본 발명에 따른 저 관성화 장치의 양호한 제1실시예의 회로 블록 다이어그램이다. 회로 블록에 도시된 2질량체 관성 회로(19)는 제22도에 도시된 2질량체 관성계의 회로 블록 다이어그램과 동일하다.

제1도에서, 도면 부호 11은 (2질량체 관성(공진)계 회로(19)를 구성하는) 모터의 각속도 지령값 ω_M ^＊와 상기 2질량체 관성계 회로(19)로부터 실제로 검출된 모터 각속도 ω_M사이를 편차시키도록 구성 및 배열된 제1편차기를 나타내는 것이다.

PI(비례 적분) 제어 이득 또는 P(비례) 제어 이득(일례로, K_ωC로 나타냄)을 갖는 속도 증폭기(12)는 제1편차기(11)의 편차 출력을 받는다. 속도 증폭기(12)의 출력은 외란 억제 회로(13)(이하에서는 SFC(시뮬레이터 종동 제어: Simulator Following Control)부라고 함)으로 공급된다. 본 명세서와 도면 전체에 걸쳐 한정 및 설명되는 S는 라플라스 변환 연산자를 나타내는 것이다.

SFC부(13)은 속도 증폭기(12)의 출력을 1/ (S·T_ML ^＊)(T_ML ^＊는 제20도의 부하부 토크 산출 관측기(212)의 관성 모멘트에 상당)로 적분하는 적분기(13a)와, 적분기(13a)의 적분 출력과 모터의 각속도 ω_M사이를 편차시키도록 구성 및 배열된 제2편차기(13b)와, SFC부(13)에 설정되는 이득 K1을 가지며 제2편차기(13b)의 편차 출력을 받도록 구성 및 배열된 이득부(13c)와, 모터 τ_i의 입력 토크 값을 제공하도록 이득부(13c)의 출력과 속도증폭기(12)의 출력을 더하는 가산기(13d)를 포함한다.

제1실시예에서 1차 지연 필터(15)는 SFC부(13)의 가산기로부터 입력 토크 지령치 τ_i를 받고, 시간 상수 T_F를 가지며, 축 방향 비틀림 진동 억제 회로로 기능하도록 제공된다.

1차 지연 필터(15)의 출력은 제3차기(16)의 양극(+)단에 공급되고, 상기 제3편차기(16)의 음극(-)단은 축(shaft)(축)의 토크 산출 관측기(17)로부터 축 토크 산출치 ^τ_S를 받는다. 제3편차기(16)의 편차 출력은 이득 K-1을 갖는 저 관성화 이득부(18)을 거쳐서 가산기(14)로 공급된다. 가산기(14)는 저 관성화 이득부(18)의 출력을 받는다.

가산기(14)의 출력은 2질량체 관성(공진)계(19)에 모터 토크 지령치 τ_M으로서 공급된다. 2질량체 관성 공진계(19)는 제22도와 동일하다. 모터 토크 지령치(모터 생성 토크) τ_M은 또한 축 토크 산출 관측기(17)로도 공급된다.

축 토크 산출 관측기(17)은 제4편차기(17a)의 편차 출력을 1/ T_ML ^＊(T_ML ^＊은 관측기(17)의 관성 모멘트)로 적분하여 이 출력에 모터의 각속도 산출시 ^ω_M' 을 제공하는 적분기(17b)와, 모터의 각속도 산출치 ^ω_M과 모터의 각속도 ω_M을 편차시키도록 구성 및 배열된 제5편차기(17c)와, 관측기 이득 Kls를 가지며 제5편차기(17c)의 편차 출력을 받는 관측기 이득부(17d)를 포함한다.

제1도에서, 적분기(13a)에 표시된 T_ML ^＊은 T_M+ T_L로 설정되고, 다른 적분기(17b)에 표시된 T_M ^＊은 T_M및 저 관성화 이득을 나타내는 K로 설정된다.

제1도에 도시된 바와 같이, 제1편차기(11)은 모터 각속도 지령치 ω_M' 와 모터 각속도 ω_M간의 편차를 도출해낸다. 제1편차기(11)로부터의 편차 출력은 속도 증폭기(12)를 거쳐서 SFC부(13)으로 공급된다. SFC부(13)은 외란을 억제하는 역할을 하며 또한 그 출력에 입력 토크 값 τ_i를 제공하는 역할을 한다.

입력 토크 값 τ_i가 1차 지연 필터(15)로 입력될 때 필터(15)의 시간 상수 T_F에 의해 영향을 받는 출력은 축 토크 산출 관측기(17)의 출력과 함께 제3편차기(16)으로 공급되어 그 출력에 편차 출력을 제공한다.

이 때, 축 토크 산출 관측기(17)에서의 이득이 적은 경우라 해도 제3편차기(16)의 편차 출력을 저 관성화 이득부(18)을 거쳐서 입력 토크 τ_i에 가산시켜서 모터 생성 토크(모터 토크 지령치) τ_M을 얻는다. 이러한 생성 토크는 2질량체 관성계 회로(19)와 축 토크 관측기(17)로 공급되므로 2 질량체 관성계(회로)(19)의 경우라 해도 진동 억제 효과를 향상시킬 수 있다. 이러한 효과에 대해서는 이하에서 설명한다.

[제2실시예]

제2도는 2질량체 관성 공진계(19)의 가요성 구동축 상에 발생하는 축 방향 진동을 억제시킬 수 있는 저 관성화 제어 장치의 양호한 제2실시예를 도시하는 것이다.

제2실시예에서, 제1도에 도시된 SFC부(13)은 제2도에 도시된 바와 같이 변경되었다. 따라서 SFC부(13)을 제외한 다른 회로 블록은 제1도에 도시된 것과 동일하다.

또한, 제2실시예의 작동은 제1실시예의 경우와 대체로 동일하다. 제2실시예에서, 속도 증폭기(12)는 비례 이득 K_ωC만을 가질 수 있다.

제2실시예의 SFC부(21)은 PI요소 및 속도 피드백 회로와, 제3편차기(13b)와, 이득(증폭 인자) K1을 갖는 이득부(13c)를 포함한다.

제2실시예의 SFC부(21)에 후속하는 회로 스테이지에서의 제2실시예의 제1변형예 즉, 입력 토크 값 τ_i가 제3a도 및 제3b도 각각에 도시되어 있다.

속도 증폭기(12)에 후속하는 회로 스테이지에서의 제2실시예의 제2변형예 즉, 출력 토크 값 τ_A가 제4도에 도시되어 있다.

제4도에서, H(S)의 전이 함수는 다음 방정식으로 표현된다.

T_F= 0인 경우, 본 발명에 다른 저 관성화 장치는 공진비 제어와 SFC부 간의 조합을 제공하며, 이 때 H(S)(=H₁(S)) 및 G₁(S)는 다음과 같다.

또한, T_F= T_M ^*/ Kls인 경우, 본 발명에 따른 저 관성 제어시스템은 저 관성 제어시스템과 SFC부 간의 조합을 제공한다.

이 때, H(S)(=H₂(S)) 및 G₁(S)는 다음과 같다.

방정식(22) (23), (24), (25)을 비교해 보면, T_F≠ 0, T_F≠ T_M ^＊/ Kls이므로 방정식(22)의 전이 함수 H(S)의 분자는 2차 함수이다. 결과적으로, 미분함수의 차수는 증가(방정식(22))하므로 축 방향 비틀림 진동은 제2실시예에서 향상된다.

[제3실시예]

제5도는 본 발명에 따른 저 관성화 제어 시스템을 나타내는 도면이다.

제5도에 도시된 바와 같이, 제1도를 참고하여 설명한 제1실시예의 회로 블록에서의 SFC부(13) 대신에 부하부 토크 산출 관측기(22)가 추가로 설치되어 있다.

[제4실시예]

제6도는 본 발명에 따른 저 관성화 제어 시스템을 나타내는 도면이다.

제6도에서, 도면 부호 13은 제1도와 대체로 동일한 구조를 갖는 것으로 부하부 토크 산출치 ^τ_L을 출력하는 SFC부이며, 축 토크 산출치 ^τ_S는 회로 블록(23)의 편차기에 의해 산출치 ^τ_L로부터 감해진다. 그 다음 제4실시예에서는 피드백 회로(23)가 제1도에 도시된 회로에 추가하여 새롭게 설치된다. 제6도에서, K_T는 피드백 이득(^τ_S-^τ_L)을 나타내는 것이다.

[제5실시예]

제7도는 2질량체 관성계(19)에서 가요성 축 상에 발생하는 비틀림 진동을 억제하는 본 발명에 따른 저 관성화 제어장치의 양호한 제5실시예를 도시하는 도면이다.

제7도에 도시된 구조는 제1도에 도시된 구조와 동일하지만, 1차 지연 필터(24)와 도면부호 24내의 이득부와의 연결은 제1도에 도시된 도면 부호 15 및 (K-1)인 이득부(18)와 다르다.

다시 말하면, 1차 지연 필터(24)는 제1실시예에서의 1차 지연 필터(15)와 구조가 동일한 1차 지연 필터와 낮은 저 관성화 이득(K-1)을 갖는 이득부를 포함한다. 또한, 제6편차기(25)가 설치되어 가산기(14)의 예비 스테이지의 출력과 저 관성화 이득부(18)을 편차시킨다.

[제6실시예]

제8도는 가요성 축 상에 발생하는 비틀림 진동을 억제하는 본 발명에 따른 저 관성화 제어 시스템의 양호한 제6실시예를 도시하는 도면이다.

제8도에 도시된 바와 같이, 제6실시예에서의 저 관성화 제어 장치는 제7도에 도시된 가산기와 1차 지연 필터(24) 대신에 새롭게 설치된 회로(26)을 제외하고는 제5실시예와 대체로 동일하다.

새로이 추가된 1차 지연 및 촉진(first-order lag and advace) 회로(26)은, {K + (1 + ST_F/ K}/ (1 + ST_F)인 전이 함수를 갖는다.

이하에서 설명하겠지만, 제1도 내지 제8도에 도시된 각각의 실시예는 2질량체 관성계(19)에서 가요성 구동축 상에 발생하는 축 방향 비틀림 진동을 억제하는 동일한 장점을 갖는다.

제1실시예에 앞서 설명한 저 관성화 제어시스템의 경우에서 및 저 관성화 제어 시스템의 여러 실시예에서 기재된 2질량체 관성계 회로(19)의 시뮬레이션 결과에 대해 제9a도 내지 제14b도를 참고하여 설명한다.

시뮬레이션 조건은 T_M= 0.4S, T_L= 0.1S, T_S= 0.003S이다.

ω_M ^＊= 0.02일 때 단계(지시) 응답은 0초에서 입력되고 부하 토크 τ_L이 0.5초에서 인가될 때의 외란 응답은 시뮬레이션된다.

제9a도 및 제9b도는 1차 지연 필터와 같은 진동 억제 회로가 없는 저 관성화 제어가 존재하지 않지만 저 관성화 제어가 속도증폭기(PI 요소)에 의해서만 실행될 때의 시뮬레이션 결과를 나타내는 것이다. 상기 회로에서의 시뮬레이션 조건은, 증폭기 이득 K_ωC= (T_M+ T_L) x ωc = 0.5S x 30 = 15이고, 시간 상수 T_ωCTI= (1/ωc) x 5 = 0.167S이다.

제9a도 및 제9b도로부터 알 수 있는 바와 같이, 상기 회로에서의 진동 억제 효과는 발견되지 않는다.

제10a도 및 제10b도는 축 방향 비틀림 진동 억제 회로의 SFC부에 의해서만 구성되고속도 증폭기는 비례 이득만을 갖는 종래에 제안된 저 관성화 장치의 시뮬레이션 결과를 나타내는 것이다.

이 경우의 시뮬레이션 조건은, 증폭기 이득 K_ωC=15, SFC 이득 K1 = 3, SFC 시간 상수 T_ML ^＊= 0.5S이다. 제10a도 및 제10b도로부터 알 수 있는 바와 같이, 진동 역제 효과는 달성되지 않았다.

제11a도 내지 제14b도는 상기 여러 실시예들을 포함하는 저 관성화 제어장치의 시뮬레이션 결과를 나타내는 것이다.

제11a도 및 제11b도는 제1도에 도시된 제1실시예로서 1차 지연 필터(15)가 없는 즉, 1차 지연 필터(15)의 이득이 1인 저 관성화 제어장치의 시뮬레이션 결과를 나타내는 것이다. 시뮬레이션 조건은, 속도응답 ωc = 30 rad/sec, 속도 증폭기는 비례 이득만을 가지며, K1 = 4, T_ML ^＊= 0.125S, K1s = 200, T_ML ^＊= 0.4S, K = 15이다. 이 경우 축 방향 비틀림 진동을 상당히 많이 억제시키는 효과가 달성되었다.

제12a도 및 제12b도는 제11a도 및 제11b도의 조건하에서 Kls = 25와 같은 작은 값이 축 토크 산출 관측기 이득으로 설정되었을 때의 시뮬레이션 결과를 나타내는 것이다. 이 경우, 축 토크 관측기의 이득은 보다 작은 값으로 설정되기 때문에 진동억제 효과는 보다 적어지며 다소간의 진동이 남아 있게 된다.

제13a도 및 제13b도는 제1도에 도시된 제1실시예로서 축 토크 산출 관측기 이득이 Kls = 25로 설정된 경우의 저 관성화 제어 장치의 시뮬레이션 결과를 나타내는 것이다. 1차 지연 필터에는 시간 상수 T_F가 제공되기 때문에 축 방향 비틀림 진동을 억제하는 효과는 양호하다. 제13a도 및 제13b도의 경우의 시뮬레이션 조건은, T_F= 8ms, Kls = 25이며 다른 시뮬레이션 조건은 제 11a도 및 제11b도의 경우의 조건과 동일하다.

제14a도 및 제14b도는 제6도에 도시된 제4실시예의 저 관성화 제어 장치의 시뮬레이션 결과를 나타내는 것이다.

피드백 회로가 부하부 토크 산출치 ^τ_L로부터 축 토크 산출치 ^τ_S의 감산 결과에 대해 피드백 이득을 제공하도록 구성 및 배열되어 있으므로, 제14a도 및 제14b도로부터 알 수 있는 바와 같이 제13a도 및 제13b도에 비해 진동을 더 억제하는 효과가 달성된다.

이 경우의 시뮬레이션 조건은, K_T= 0.5, T_F= 8ms, Kls = 25이며 다른 시뮬레이션 조건은 제11a도 및 제11b도에 도시된 경우의 조건과 동일하다.

상기 시뮬레이션 결과에 따르면, 축 토크 산출 관측기 이득 Kls는 비교적 크지 않으므로 제1도의 제1실시예에 도시된 바와 같이 1차 지연 필터를 회로 안에 삽입하면 진동 억제 효과는 상당해지며, 피드백 회로(23)이 삽입된 제6도의 회로의 경우에는 진동을 더 억제하는 효과를 얻을 수 있다.

[제7실시예]

제26도는 본 발명에 따른 저 관성화 제어장치의 회로 블록 다이어그램이다. 제26도의 도면 부호 중 제1도 내지 제8도의 도면 부호와 동일한 것은 이 도면에 도시된 요소에 대응하는 것을 나타낸다.

이득부(31)이 속도 증폭기(12)에 후속하는 회로 스테이지에 마련되어 입력 토크값 τ_i를 받으며, 이득부(31)의 출력은 편차기(32)의 양극(+)단에 공급되고, 편차기(32)의 음극(-)단은 저 관성화 이득부(18)의 출력을 받는다. 상기 편차기 의 편차 출력은 전이 함수 {1 + S(T_F/ K)}/ {1 + ST_F}를 갖는 보상 필터(33)으로 공급된다.

보상 필터(33)은 토크 지령치 τ_M을 2질량체 관성계(19)를 구성하는 모터로 출력시키며, 축 방향 비틀림 진동 억제와 관련된 2질량체 관성계(19)의 공진 주파수가 통과할 수 있도록 구성 및 배열된다.

제7실시예에서, 축 토크 산출 관측기(34)는 축 토크 산출치 ^τ_S를 제공하는 1차 지연 필터(34c)와, 모터의 기계적 시간 상수에 대응하는 T_M ^＊에 대하여 ω_M을 미분하도록 구성 및 배열된 미분 요소부(34a)와, 모터 토크 지령치 τ_M과 미분 요소부(34a)의 출력 사이를 편차시키도록 구성 및 배열된 편차기(34b)를 포함한다.

제7실시예에서는, 모터 ω_M의 각속도가 검출되었을 때에는 축 토크 산출 관측기(34)에마련된 1차 지연 필터(34c)가 요동을 제거하는 역할을 하므로 축 토크 산출 관측기(34)에서의 시간 상수는 일반적으로 보다 작게 설정될 수가 없다. 그러나 시간 상수 T가 커지면 1차 지연 필터(34c)는 2질량체 관성계(19)에서의 공진 주파수를 통과시키지 않으므로 축 방향 비틀림 진동의 억제가 이루어지지 않는다. 따라서 제7실시예에서는 1차 지연 필터(34c)의 필터 시간 상수 T_F를 T_F≒ T가 되게 설정하므로 관측기 시간 상수 T의 영향은 무시된다. 이러한 방식으로 보상 필터(33)과 1차 지연 필터(34c)를 저 관성화 제어장치에 제공하면 축 방향 비틀림 진동은 상당히 억제된다.

[제8실시예]

제27도는 본 발명에 따른 관성화 제어 장치의 양호한 제8실시예의 회로 블록 다이어그램을 나타내는 것이다.

제27도에 도시된 바와 같이, 제1도에 도시된 것과 구조가 동일한 SFC부(13)은 속도 증폭기(12)와 이득부(31) 사이에 있게 된다. 제8실시예의 장점은 제1도에 도시된 제1실시예의 장점과 동일하다.

[제9실시예]

제28도는 본 발명에 따른 저 관성화 제어 장치의 양호한 제9실시예의 회로 블록 다이어그램을 나타내는 것이다.

제28도에 도시된 바와 같이, 부하부 토크 산출 관측기(28)은 제26도에 도시된 제7실시예에서 설명한 속도 증폭기(12)와 이득부(31) 사이에 배치된다.

제9실시예의 장점은 제5도에 도시된 제3실시예의 장점과 동일하다.

[제10실시예]

제29도는 본 발명에 따른 저 관성화 제어 장치의 양호한 제10실시예의 회로 블록 다이어그램을 나타내는 것이다.

제29도에 도시된 바와 같이, 제6도에 도시된 것과 같은 구조인 피드백 이득부(23)의 제28도에 도시된 제9실시예에 기재된 부하부 토크 산출 관측기(13)의 회로 스테이지와 이득부(31) 사이에 설치된다. 제10실시예의 장점은 제6도에 도시된 제4실시예의 경우와 동일하다.

모터 각속도 ω_M은 관측 가능하므로 실제 각속도를 검출하기 위한 검출 수단이 모든 실시예에 마련된다.

본 발명의 이해를 보다 용이하게 하도록 하기 위해 실시예를 가지고 본 발명을 설명하였지만 본 발명의 원리를 이탈하지 않으면서 여러 가지로 구체화시킬 수 있다는 점을 알아야 한다. 따라서 본 발명은 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 원리를 벗어나지 않으면서 실시 가능한 모든 실시예 및 예시된 실시예의 변형예를 포함한다는 것을 알아야 한다.

Claims

모터, 모터의 부하부, 및 부하부를 모터와 상호 연결시키는 가요성 구동축을 구비하고, G_MM(S) = ω_M/τ_M= 1/ T_MS·{S²+ 1/(T_S·T_L)}/{S²+ 1/ T_S·(1/ T_M+1/ T_L)}, G_LM(S) = ω_M/τ_L= -1/ T_LS·{(1/ T_M)·(1/ T_S)}/{S²+ 1/ T_S(1/ T_M+1/ T_L)}, G_ML(S) = ω_L/τ_M= 1/ T_MS·{(1/(T_S)·(1/ T_L)}/{S²+ 1/ T_S(1/ T_M+1/ T_L)}, 및 G_LL(S)= ω_L/τ_L= -1/ T_LS·{S²+1/T_M·1/ T_S)}/{S²+ 1/ T_S(1/ T_M+1/ T_L)}로서, 여기서, S =σ + jω로서 라플라스 변환 연산자이고, ω_M은 모터 각속도이고, τ_M은 모터 생성 토크이고, τ_L은 부하부 적용 토크이고, ω_L은 부하부 각속도이고, T_M은 모터의 기계적 시간 상수이고, T_S는 축의 스프링 시간 상수이고, T_L은 부하부의 기계적 시간 상수이고, G_MM(S)는 상기 2질량체 관성 공진계 모델에서의 τ_M을 ω_M으로 전이시키는 제1전이 함수이고, G_LM(S)은 상기 2질량체 관성 공진계 모델세서의 τ_M을 ω_M으로 전이시키는 제2전이 함수이고, G_ML(S)은 τ_M을 ω_M으로 전이시키는 제3전이 함수이고, G_LL(S)은 τ_M을 ω_M으로 전이시키는 제4전이 함수인, 4가지 전이 함수를 갖는 2질량체 관성 공진계에서, 가요성 구동축 상에 발생하는 축 방향 비틀림 진동을 억제하는 데 사용되는 저 관성화 제어 장치에 있어서, 상기 2질량체 관성 공진계의 모터의 각속도(ω_M)를 검출하도록 설치된 모터 각속도 검출기와, 모터의 각속도 지령값(ω_M ^＊)과 검출된 모터 각속도 간의 편차를 적어도 비례 제어 이득(K_ωC) 만큼 증폭시켜서 그 증폭된 편차 τ_A를 출력시키는 속도 증폭기와, 상기 속도 증폭기로부터 증폭된 편차 τ_A를 받고 또한 검출된 모터 각속도 (ω_M)을 받아서 2질량체 관성 공진계를 구성하는 모터에 대해 입력 토크 τ_i를 제공하여 외란이 모터로 입력되는 것을 방지하기 위한, 외란 억제 회로와, 상기 외란 억제 회로로부터 입력 토크 τ_i를 받고, 2질량체 관성 공진계에서 축 방향 비틀림 진동이 억제될 수 있게 하고 2질량체 관성 공진계의 모터로 공급되는 모터 생성 토크치 τ_M을 제공할 수 있도록 상기 외란 억제 회로의 입력 토크 τ_i를 여과하는, 축방향 비틀림 진동 억제 회로와, 검출된 모터 각속도 ω_M및 2질량체 관성 공진계의 모터로 공급된 모터 생성 토크치 τ_M을 받고, 축에 인가되는 토크치 ^τ_S를 산출하고 상기 산출된 축 인가 토크치는 상기 진동 억제 회로로 공급되게 하는, 축 인가 토크 산출 관측기를 포함하고, 상기 진동 억제 회로로 공급되게 하는, 축 인가 토크 산출 관측기를 포함하고, 상기 진동 억제 회로는 또한 상기 산출된 축 인가 토크치 ^τ_S를 받아서 이 산출된 축 인가 토크치를 모터 입력 토크 τ_i와 함께 여과해서 2질량체 관성 공진계에서의 축 방향 비틀림 진동을 억제하고 또한 2질량체 관성 공진계의 모터로 공급되는 모터 발생 토크 τ_M을 제공하는 것을 특징으로 하는 저 관성화 제어장치.
제1항에 있어서, 상기 외란 억제 회로는, 상기 속도 증폭기의 증폭된 편차 τ_A를 관성 모멘트 T_ML ^＊를 가지고 τ_A·1/ ST_ML ^＊로 적분하는 적분기와, 상기 적분기의 출력과 모터 각속도(ω_M) 간의 편차를 결정하는 편차 결정기와, 일정한 SFC 이득 K1을 갖는 이득부와, 속도 증폭기의 증폭된 편차 τ_A와 상기 편차 결정기에 의해 결정된 편차를 가산하고 여기에 모터 출력 토크 τ_i를 제공하는 가산기를 구비하는, 시뮬레이터 종동 제어 회로(SFC부)를 포함하는 것을 특징으로 하는 저 관성화 제어 장치.
제2항에 있어서, 상기 진동 억제 회로가, 1/ (1 + ST_F)로서, 여기서 T_F는 1차 지연 필터의 시간 상수인, 전이 함수를 가지며 상기 외란 억제 회로로부터 모터 입력 토크 τ_i를 받는 1차 지연 필터와, 상기 1차 지연 피터의 출력을 받으며 K가 소정의 저 관성화 피드백 이득을 나타낼 때 K-1의 저 관성 이득을 가지는 저 관성 이득부와, 축에 인가된 토크 산출치 ^τ_S와 축 토크 산출 관측기 간의 편차를 결정하고 이 편차를 상기 저 관성 이득부로 출력시키는 제2편차 결정기와, 저 관성 이득부의 출력을 상기 외란 억제 회로로부터의 모터 입력 토크 τ_i에 가산하고 이 가산된 결과인 모터 생성 토크 τ_M을 2질량체 관성 공진계 및 축 인가 토크 산출 관측기로 출력시키는 제2가산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 저 관성화 제어 장치.
제3항에 있어서, 축 인가 토크 산출 관측기 수단은, 제2가산기로 부터의 모터 생성 토크 τ_M과 축 인가 토크 산출치 ^τ_S간의 편차를 결정하는 제3편차 결정기와, 상기 제3편차 결정기로부터 편차를 받아서 받은 편차를 1/ T_M ^＊로 적분하여 모터 각속도 산출치 ^ω'_M을 제공하는 관측기 관성 모멘트 토크 적분기와, 모터 각속도 산출치 ^ω'_M과 모터 각속도 ω_M간의 편차를 결정하는 제4편차 결정기와, 축 인가 토크 관측기 이득 Kls를 가지도록 하며 제4차편차 결정기의 편차로부터 축 인가토크 산출치 ^τ_S를 제공하는 관측기 이득부를 포함하는 것을 특징으로 하는 저 관성화 제어 장치.
제4항에 있어서, T_ML ^＊= T_M+ T_L, T_M ^＊= T_M이고 K = T_M/ T_L(R²- 1)인 것을 특징으로 하는 저 관성화 제어 장치.

단, T_M은 모터의 단위 관성 상수, T_L은 부하부의 단위 관성 상수, R은 모터와 부하부 간의 공진 주파수비임.
제5항에 있어서, R²= 5인 것을 특징으로 하는 저 관성화 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 외란 억제 회로가, {1 + S(T_ML ^＊/ Kl)}/ {Kl(ST_ML ^＊/ Kl}인 전이 함수를 가지는 제1회로와, 상기 제1회로의 출력과 관측된 각속도 ω_M간의 편차를 결정하는 제1편차 결정기와, 상기 제1편차 결정기로부터 편차를 받고 모터 입력 토크 τ_i를 출력시키며 이득 K1을 갖는 이득부를 포함하는 것을 특징으로 하는 저 관성화 제어장치.
제7항에 있어서, 상기 진동 억제 회로가, K·({1 + S(T_F/K)}/{1 + ST_F}인 전이 함수를 갖는 제2회로와, 축 인가 토크 관측기의 부하부 토크 산출치 ^τ_S에 (1-K)를 곱하는 속도피드백 이득부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저 관성화 제어 장치.
제8항에 있어서, 축 인가 토크 관측기 수단이, 1/{1 + ST_M ^＊/ Kls}인 전이 함수를 갖는 제3회로와, ST_M ^＊/{1 + ST_M ^＊/ Kls}인 전이 함수를 갖는 제4회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 저 관성화 제어 장치.
제9항에 있어서, ^τ_S= 1/{1 + ST_M ^＊/ Kls}τ_M- ST_M ^＊/{1 + ST_M ^＊/ Kls}ω_M인 것을 특징으로 하는 저 관성화 제어 장치.
제8항에 있어서, 진동 억제 회로가, {1 + ST_F/ K}/{1 + ST_F}·{1 + ST_M ^＊/ Kls}/ {1 + ST_M ^＊/ (K·Kls)}인 전이 함수를 갖는 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 저 관성화 제어 장치.
제9항에 있어서, 상기 축 토크 산출 관측기가 {1/ (K-1)}· ST_M ^＊/ {1 + ST_M ^＊/ (K·Kls)}인 전이 함수를 갖는 것을 특징으로 하는 저 관성화 제어 장치.
제12항에 있어서, τ_M= {1 + ST_F/ K}/{1 + ST_F}·{1 + ST_M ^＊/ Kls}/ {1 + ST_M ^＊/ (K ·Kls)} τ_i+ {1/ (K-1)}· ST_M ^＊/ {1 + ST_M ^＊/ (K ·Kls)}ω_M인 것을 특징으로 하는 저 관성화 제어 장치.
제8항에 있어서, 상기 진동 억제 회로가, {1 + ST_M ^＊/ Kl/{ST_ML ^＊/ Kl}인 전이 함수를 갖는 제1회로와, G₁(S) = {1 + ST_F/ K}/ {1 + ST_F}·{1 + ST_M ^＊/ Kls}/ {1 + ST_M ^＊/ (K ·Kls)}인 G₁(S)전이 함수를 갖는 제2회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 저 관성화 제어 장치.
제14항에 있어서, 상기 축 인가 토크 산출 관측기가, H(S) = {b₂S²+ b₁S +b₀}/ {a₂S²+ a₁S +a₀}인 H(S) 전이 함수를 갖는 제3회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 저 관성화 제어 장치. 단, a₂= (T_M ^＊·T_F/ K·Kls), a₁= (T_F·T_M ^＊/ K·Kls), a₀= 1, b₂= {1/ K·(1 + Kl / Kls) - 1}· T_F·T_M ^＊, b₁= {(Kl / Kls) + 1/ K - 1}T_M ^＊+ K1/ K·T_F}이고, b₀=Ke, 여기서 T_F≠ 0, T_F≠ T_M ^＊/ Kls임.
제15항에 있어서, T_F= 0, H(S) = H₁(S) = {Kl / Kls + 1/ K - 1}T_M ^＊S + Kl}/{1 + ST_M ^＊/ K·Kls}, 및 G₁(S){1 + ST_M ^＊/ Kls}/ {1 + ST_M ^＊/ K ·Kls}인 것을 특징으로 하는 저 관성화 제어 장치.
제15항에 있어서, T_F= T_M ^＊/ Kls일 때, H(S) = H₂(S) = K1/ K·Kls + 1/ K - 1}{T_M ^＊S + Kl}/{1 + ST_M ^＊/ K·Kls}, G₁(S) = 1인 것을 특징으로 하는 저 관성화 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 외란 억제 회로가, 제1가산기, 제1감산기, 1/ ST_ML ^＊인 전이 함수를 가지며 제1감산기의 출력을 받는 적분기, 검출된 각속도 ω_M을 상기 적분기의 출력으로부터 감하도록 구성 및 배열된 제2감산기, 비례 이득 K1을 가지는 증폭기를 포함하며, 상기 증폭기의 출력은 부하부 토크 산출치 ^τ_L이고 이 출력은 상기 제1가산기와 제1감산기로 공급되고, 상기 제1가산기는 속도 증폭기의 출력을 증폭기의 출력 산출치에 가산하여 입력 토크 τ_i를 제공하고, 상기 제1감산기는 부하부 토크 산출치 ^τ_L로부터 제1가산기의 출력을 감산하는 것을 특징으로 하는 저 관성화 제어 장치.
제5항에 있어서, 상기 축 인가토크 산출 관측기로부터의 축 인가 토크 산출기 ^τ_S와 피드백 이득이 K_T인 시뮬레이터 종동 제어회로로부터의 부하부 토크 산출치 ^τ_L간의 감산 결과치로부터 시뮬레이터 종동 제어 전기 회로의 출력을 감산하는 제1감산기를 갖는 피드백 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저 관성화 제어 장치.
제2항에 있어서, 진동 억제 회로가, 1/ (1 + ST_F)인 전이 함수를 가지며 상기 외란 억제 회로로부터 출력되는 입력 토크 τ_i를 받는 1차 지연 필터와, 상기 1차 지연 필터의 출력을 받으며 K-1의 이득을 갖는 저 관성화 이득부와, 상기 시뮬레이터 종동 제어 회로로부터의 입력 토크 τ_i와 상기 K-1의 이득을 갖는 저 관성화 이득부의 출력을 가산하는 제2가산기와, 축 인가 토크 산출 관측기의 축 인가토크산출치 ^τ_S를 받은 입력치를 가지는 또 다른 저 관성화 이득부의 출력과 제2가산기의 출력 간의 편차를 결정하는 제3편차 결정기를 포함하는 것을 특징으로 하는 저 관성화 제어 장치.
제2항에 있어서, 상기 진동 억제 회로는, K(1 + ST_F/ K)/{1 + ST_F}인 전이 함수를 갖는1차지연 및 촉진 필터와, 이득 K-1을 가지며 상기 축 인가 토크 산출 관측기로부터의 축 인가 토크 산출치 ^τ_S를 받는 저 관성화 이득부와, 1차 지연 및 촉진 필터로부터 저 관성화 이득부의 출력을 감산하는 제1감산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 저 관성화 제어 장치.
모터, 부하부 및 부하부를 모터와 상호 연결시키는 가요성 구동축을 구비하고, G_MM(S) = ω_M/τ_M= 1/ T_MS·{S²+ 1/(T_S·T_L)}/{S²+ 1/ T_S·(1/ T_M+1/ T_L)}, G_LM(S) = ω_M/τ_L= -1/ T_LS·{(1/ T_M)·(1/ T_S)}/{S²+ 1/ T_S(1/ T_M+1/ T_L)}, G_ML(S) = ω_L/τ_M= 1/ T_MS·{(1/(T_S)·(1/ T_L)}/{S²+ 1/ T_S(1/ T_M+1/ T_L)}, G_LL(S)= ω_L/τ_L= -1/ T_LS·{S²+1/T_M·1/ T_S)}/{S²+ 1/ T_S(1/ T_M+1/ T_L)}로서, 여기서, S =σ + jω로서 라플라스 변환 연산자이고, ω_M은 모터 각속도이고, τ_M은 모터 생성 토크이고, τ_L은 부하부 적용 토크이고, ω_L은 부하부 각속도이고, T_M은 모터의 기계적 시간 상수이고, T_S는 축의 스프링 시간 상수이고, T_L은 부하부의 기계적 시간 상수이고, G_MM(S)는 상기 2질량체 관성 공진계 모델에서의 τ_M을 ω_M으로 전이시키는 제1전이 함수이고, G_LM(S)은 상기 2질량체 관성 공진계 모델세서의 τ_M을 ω_M으로 전이시키는 제2전이 함수이고, G_ML(S)은 τ_M을 ω_M으로 전이시키는 제3전이 함수이고, G_LL(S)은 τ_M을 ω_M으로 전이시키는 제4전이 함수인, 4가지 전이 함수를 갖는 2질량체 관성 공진계에서, 가요성 구동축 상에 발생하는 축 방향 비틀림 진동을 억제하는 데 사용되는 저 관성화 제어 장치에 있어서, 모터 각속도ω_M을 검출하는 각속도 검출기와, 상기 2질량체 관성 공진계의 모터의 각속도 지령값 ω_M ^＊와 검출된 모터의 각속도 ω_M간의 편차를 증폭시키는 비례 적분(PI) 속도 증폭기와, (1 + ST_F)/{1 + ST}{1 + ST_F/ K)}로서, 여기서 T는 관측기 시간 상수를 나타내며 T_F와 거의 같은, 전이 함수를 갖는 1차 지연 필터를 구비하며 이 1차 지연 필터를 거쳐서 축 인가 토크의 산출치 ^τ_S를 도출하도록 하는 가요성 구동축 인가 토크 산출 관측기와, K가 모터와 부하부 사이의 관성비를 나타내는 것일 때 이득이 K-1인 상기 1차 지연 필터를 통해 도출된 축 인가 토크 산출치를 증폭시키는 이득 회로와, 상기 이득 회로의 출력과 PI 증폭기로부터 도출되어 이득 K가 곱해진 출력 토크 τ_i간의 편차를 결정하는 편차결정 회로와, 상기 편차 결정 회로의 출력을 받고 상기 2질량체 관성 공진계의 모터에 대해 토크 지령치 τ_M을 제공하며 (1 + ST_F/ K)(1 + ST_F)로서, 여기서 S는 라플라스 변환 연산자를 나타내는 전이 함수를 갖는 보상 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 저 관성화 제어 장치.
제22항에 있어서, 상기 비례 적분 속도 증폭기의 출력 τ_A와 관성 모멘트 T_ML ^＊을 τ_A·1/ ST_ML로 적분하는 적분기와, 상기 적분기의 출력과 모터 각속도 ω_M간의 편차를 결정하는 제2편차결정 회로와, 일정한 시뮬레이터 종동 제어 이득 Kl을 갖는 이득부와, 속도 증폭기의 출력 τ_A와 상기 제2편차 결정 회로의 편차 출력을 가산하는 제1가산기를 구비하는 시뮬레이터 종동 제어 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 저 관성화 제어 장치.
제22항에 있어서, 비례 적분 속도 증폭기의 출력 τ_i와 검출된 모터 각속도 ω_M에 기초하여 부하부 토크 ^τ_L을 산출하는 부하부 토크 산출 관측기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저 관성화 제어 장치.
제23항에 있어서, 상기 축 인가 토크 산출 관측기로부터의 축 인가 토크 산출치 ^τ_S와 피드백 이득이 K_T인 시뮬레이터 종동 제어 회로로부터의 부하부 토크 산출치 ^τ_L간의 감산 결과치로부터 시뮬레이터 종동 제어회로의 출력을 감산하는 제1감산기를 갖는 피드백 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저 관성화 제어 장치.
제24항에 있어서, 상기 축 인가 토크 산출 관측기로부터의 축 인가 토크 산출치 ^τ_S와 피드백 이득이 K_T인 시뮬레이터 종동 제어 회로로부터의 부하부 토크 산출치 ^τ_L간의 감산 결과치로부터 부하부 토크 산출 관측기의 출력을 감산하는 제1감산기를 갖는 피드백 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저 관성화 제어 장치.