KR100423713B1

KR100423713B1 - 서보제어장치

Info

Publication number: KR100423713B1
Application number: KR10-2001-7000480A
Authority: KR
Inventors: 쓰쓰이가즈히코
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 1999-05-14
Filing date: 1999-05-14
Publication date: 2004-03-18
Also published as: GB2354087B; US20010002097A1; DE19983362T1; KR20010106402A; TW469360B; GB0100944D0; US6274994B2; JP3857054B2; WO2000070739A1; GB2354087A

Abstract

서보모터에 의해 기계계를 구동하는 서보제어장치에서, 기계계가 갖는 고유진동수에 의한 공진이나 기계진동을 억제하기 위해 설치된 기계공진억제필터에 의해 생기는 위상지연에 상당하는 속도성분(위상지연보상신호)을 연산하기 위한 위상보상기를 구비하고, 당해 속도성분(위상지연보상신호)을 실제의 모터속도에 가한 것을 속도피드백신호로서 제어에 사용해서 기계공진억제필터의 적용에 의해 생긴 위상지연에 의한 서보계의 불안정성을 억제하고 하이게인화을 실현한다.

Description

서보제어장치{SERVOCONTROL}

도 14는, 종래의 서보제어장치를 표시한 블록도이다.

도면에서, 1은 위치지령생성부, 2는 위치제어부, 3은 속도제어부, 4는 기계계의 고유진동수에 의한 공진이나 진동의 제거를 목적으로 설치된, 예를 들면 노치필터로 되는 기계공진억제필터, 5는 전류제어부, 6은 예를 들면 전력증폭회로로 되는 전류구동수단이다. 7은 기계계를 구동하는 서보모터, 8은 서보모터(7)의 회전위치를 검출하는 인코더, 9는 인코더(8)의 출력하는 위치검출신호를 미분해서 속도를 산출하는 미분수단이다. 또 인코더(8) 및 미분수단(9)에 의해 모터속도의 검출수단이 구성된다.

10은 위치지령생성부(1)에서 출력되는 위치지령신호, 11은 인코더(8)에서 출력되는 서보모터(7)의 회전위치를 표시하는 위치피드백신호, 12는 위치제어부(2)에서 출력되는 속도지령신호, 13은 미분수단(9)에서 출력되는 속도검출신호(속도피드백신호), 14는 속도지령신호(12)와 속도검출신호(13)와의 차이분인 속도편차신호, 15는 속도제어부(3)에서 출력되는 전류지령신호, 16은 기계공진억제필터(4)를 통해서 재차 생성된 필터출력전류지령신호, 17은 서보모터(7)에 흐르는 전류를 표시하는 전류 피드백신호이다.

이 서보제어장치는 위치지령생성부(1)에 의해 출력되는 위치지령신호(10)에 인코더(8)에서 검출된 서보모터(7)의 회전위치를 표시하는 위치피드백신호(11)가 추종되도록, 서보모터(7)를 제어하도록 구성되어 있다. 또 이 동작을 고속안정하게 실시하기 위해 위치지령신호(10)와 위치피드백신호(11)와의 편차신호에 따라 위치제어부(2)가 속도지령신호(12)를 생성한다. 또 위치피드백신호(11)에 따라 미분수단(9)에 의해 생성되는 속도피드백신호(13)가 속도지령신호(12)에 추종되도록, 속도제어부(3)가 서보모터(7)로의 전류지령신호(15)를 출력하고 있다.

16은 상술한 바와 같이 기계공진억제필터(4)가 출력하는 필터출력전류지령신호이다. 서보모터(7)에 흐르는 전류치를 표시하는 전류피드백신호(17)가 전류지령신호(16)에 추종하도록, 전류제어부(5) 및 전력증폭기(6)는 서보모터(7)에 흘리는 전류를 제어한다. 또 18은 서보모터(7)에 의해 구동되는 기계계로 이로 인한 반력(19)이 서보모터(7)의 출력에 작용한다.

여기서, 서보모터(7)의 지령에 대한 추종성을 높이기 위해 위치지령신호(10)에서 위치피드백신호(11)까지의 위치루프의 응답성 또는 속도지령신호(12)에서 속도피드백신호(13)까지의 속도루프의 응답성을 올려가면 서보모터(7)가 구동되는 기계계(18)에 존재하는 고유진동수에 의해 기계공진이나 진동이 발생하고, 기계계(18)의 동작뿐만 아니라, 서보모터(7)의 제어루프자체에도 불안정성을 초래한다.

상기와 같은 종래의 서보제어장치에서는 기계공진이나 진동을 저감하는 목적으로 기계공진억제필터(4)가 전류지령신호(15 및 16)의 사이에 삽입되어 있으나, 기계계(18)의 고유진동수가 낮고 기계공진이나 진동의 주파수가 낮은 경우, 기계공진억제필터(4)의 공진제거주파수의 설정도 낮게 취해야 하며, 그 결과, 이 기계공진억제필터(4)의 설정주파수가 속도루프의 응답대역에 근접하면, 서보제어루프, 특히 속도지령신호(12)에서 속도피드백신호(13)까지의 위상의 지연의 영향이 커지고, 속도지령신호(12)에서 속도피드백신호(13)까지의 폐루프인 속도루프의 위상여유가 없어지고, 제어계가 불안정해진다. 이는 서보제어계의 응답성을 향상시키고 서보시스템의 목적인 위치지령신호(10)로의 위치피드백신호(11)의 추종성의 향상에도 성능을 올리는데 방해가 된다는 문제점이 있었다.

또 기계공진억제필터(4)로서는 어느 고정주파수성분만을 제거하는 노치필터가 많이 사용되나, 기계계(18)의 고유진동수는 다수 존재하는 경우가 많고, 모든 기계공진을 노치필터에 의해 제거하는 것은 곤란하다. 이에 대해 기계공진억제필터(4)에 로패스필터를 사용하고, 어느 특정한 주파수이상의 게인을 떨어뜨리는 것도 생각되나, 이 경우 설정주파수에 대해 상당히 낮은 주파수대역으로부터 위상이 늦어지므로 속도루프의 제어대역에서도 영향을 주기 쉽고, 노치필터에 대해 더욱 속도루프의 위상여유를 얻는 것이 어렵다는 문제점이 있었다.

본 발명은 서보제어장치에 관한 것으로, 특히 공작기계 등을 구동하는 서보모터의 제어를 위한 서보제어장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 서보제어장치를 표시하는 블록도.

도 2는 도 1의 서보제어장치에서의 기계공진억제필터와 위상보상기의 관계를 표시하는 부분 블록도.

도 3은 본 발명의 실시의 형태 1의 효과를 표시하는 블록도.

도 4는 본 발명의 실시의 형태 2에서의 기계공진억제필터와 위상보상기의 관계를 표시하는 부분 블록도.

도 5는 본 발명의 실시의 형태 3에서의 기계공진억제필터와 위상보상기의 관계를 표시하는 부분 블록도.

도 6은 본 발명의 실시의 형태 4에 관한 서보제어장치를 표시하는 블록도.

도 7은 본 발명의 실시의 형태 5에 관한 서보제어장치를 표시하는 블록도.

도 8은 본 발명의 실시의 형태 6에 관한 서보제어장치를 표시하는 블록도.

도 9는 기계공진을 갖는 종래의 서보제어장치의 속도루프의 주파수응답을 표시하는 그래프.

도 10은 기계공진을 갖는 종래의 서보제어장치에 노치필터를 적용한 경우의 속도루프의 주파수응답을 표시하는 그래프.

도 11은 본 발명의 실시의 형태 1의 효과를 표시하는 기계공진을 갖는 서보제어장치의 속도루프의 주파수응답을 표시하는 그래프.

도 12는 기계공진을 갖는 종래의 서보제어장치에 로패스필터를 적용한 경우의 속도루프의 주파스응답을 표시하는 블록도.

도 13은 본 발명의 실시의 형태 3의 효과를 표시하는 기계공진을 갖는 서보제어장치의 속도루프의 주파수응답을 표시하는 그래프.

도 14는 종래의 서보제어장치를 표시하는 블록도.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 된 것으로, 기계공진억제필터의 위상지연을 연산하고, 이 위상지연에 상당하는 속도성분을 실제의 모터속도에 가한 것을 제어에 사용하는 속도피드백신호로 함으로써, 기계공진필터를 삽입함으로서 생기는 위상지연의 영향을 저감하고, 결과로서 서보계의 하이게인화를 실현할 수 있는 서보제어장치를 얻는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 소정의 기계계를 구동하기 위한 서보모터와, 서보모터의 위치 및 속도를 검출하는 검출수단과, 외부로부터 입력된 위치지령신호와 검출수단에서 출력되는 위치검출신호와의 차이에 따라 속도지령신호를 생성하는 위치제어수단과, 위치제어수단에 접속되고, 서브모터에 흘려야 할 전류치를 표시하는 제 1의 전류지령신호를 생성하는 속도제어수단과, 제 1의 전류지령신호를 기계계의 고유진동수에 의한 공진 및 진동을 억제하기 위한 제 2의 전류지령신호로 변환하기 위한 기계공진억제필터수단과, 제 2의 전류지령신호에 따라 서보모터에 흘리는 전류를 제어하는 전류제어수단과, 기계공진억제필터수단을 설치한 것에 의한 속도지령신호로부터 속도검출신호까지의 속도루프에서의 위상지연에 상당하는 속도성분을 상기 속도제어수단에 의해 생성되는 서보모터를 흘려야 할 전류치를 나타내는 제 1의 전류지령신호에 따라 연산하고 이 연산에 의해 얻어진 속도성분을 위상지연보상신호로서 출력하는 위상보상수단과, 위상지연보상신호를 속도검출신호에 부가함으로써 속도피드백신호를 생성하는 속도피드백신호생성수단을 구비하고, 속도제어수단이 위치제어수단에서 출력되는 속도지령신호와 속도피드백신호와의 차이에 따라 제 1의 전류지령신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 서보제어장치이다.

또 기계공진억제필터수단이 FIR형의 노치필터로 구성되는 서보제어장치이다.

또, 기계공진억제필터수단이 특정 주파수이상의 주파수성분의 제거를 하는 로패스필터로 구성되는 서보제어장치이다.

또, 로패스필터가 적분기를 갖는 서보제어장치이다.

또, 위상보상수단과 상기 속도피드백신호생성수단과의 사이에 설치되고 제 1의 전류지령신호의 주파수가 소정의 값보다 낮은 경우에 위상지연보상신호를 저감시키는 보상신호저감수단을 설치한 서보제어장치이다.

또 속도제어수단이 비례제어를 하는 비례제어부와 적분제어를 하는 적분제어부로 구성되고, 비례제어부가 위치제어수단에서 출력되는 속도지령신호와 속도피드백신호와의 차이분에 따라 비례항분전류지령신호를 생성하고 적분제어부가 위치제어수단에서 출력되는 속도지령신호와 검출수단에서 출력되는 속도검출신호와의 차이분에 따라 적분항분전류지령신호를 생성해서 비례항분전류지령신호와 적분항분전류지령신호를 합친 것을 속도제어수단의 출력인 상기 제 1의 전류지령신호로 하는 서보제어장치이다.

또 위상보상수단의 입력으로서 비례제어부로부터 출력되는 비례항분전류지령신호를 사용하는 서보제어장치이다.

이하 , 본 발명의 적합한 실시의 형태에 대해 도면을 참조해서 설명한다.

실시의 형태 1.

도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 의한 서보제어장치의 블록도이다. 도면에서, 1 ~ 19는 상술한 도 14에서 표시한 것과 같으므로, 여기서는 설명을 생략한다. 또, 20은 위상보상기이고, 속도제어부(3)가 출력하는 전류지령신호(15)를 받아서 위상지연보상신호(21)를 출력하는 것이다. 또, 이 실시의 형태에서의 기계공진억제필터(4)는 FIR형의 노치필터로 구성되어 있다.

이 실시의 형태 1에서의 서보제어장치의 동작으로서는 기본적으로는 도 14의 종례예와 같으나, 다른 점은 이 실시의 형태에서는 속도검출신호(13)에 위상보상기

(20)의 출력인 위상지연보상신호(21)를 더해서 속도피드백신호(22)를 작성하고 있는 것이다.

이 실시의 형태 1에서, 위상보상기(20)는 입력으로서 기계공진억제필터(4)로의 입력신호인 전류지령신호(15)와 같은 것을 사용하고, 기계공진억제필터(4)에 삽입한 것에 의한 속도지령신호(12)에서 속도검출신호(13)까지의 속도루프에서의 위상지연분을 연산하고 있다.

도 2는 본 발명의 실시의 형태 1에서, 기계공진억제필터(4)에 대표적인 FIR필터를 사용한 경우의 위상지연의 보상방법을 표시하고 있다. 여기서, 전류지령신호(16)에서 전류피드백신호(17)까지의 전류루프의 응답성은 일반적으로, 그외의 루프인 속도루프의 응답성에 대해 충분히 높으므로, 전류지령신호(16)는 그대로 서보모터(7)에 흐르는 전류치로서 취급할 수가 있다. 도 2에 표시하는 바와 같이, 이 실시의 형태에서는 기계공진억제필터(4)는 (k)의 항(4a)과, (Z^-n)의 항(4b)과, (1-k)의 항(4c)과, (1/2k)의 항(4d)으로 구성되어 있다. 전류지령신호(15)가 항(4a) 및 항(4b)에 입력되고, 항(4a)의 출력에 항(4b) 및 (4c)를 통한 출력을 가한 것을 항(4d)에 입력하고, 항(4d)으로부터의 출력을 기계공진억제필터(4)의 출력(16)으로 한다. 또, 위상보상기(20)는 (k)의 항(20a)과, (Z^-n)의 항(20b)과, (1-k)의 항(20c)과, (1/2k)의 항(20d)과, (Kt햇/Js햇)의 항(24)으로 구성되어 있다. 전류지령신호(15)가 항(20a) 및 항(20b)에 입력되고, 항(20a)의 출력에서 항(20b) 및 항(20c)을 통한 출력을 빼낸 것을 항(20d)에 입력하며, 또 항(20d)으로부터의 출력을 항(24)에 입력해서 항(24)으로부터의 출력을 위상보상기(20)의 출력(21)으로 한다. 또, 도 2중의 (Kt/Js)의 항(23)은 모터전류로부터 모터의 속도까지를 표시한 항이고, 모터전류(17)(=전류지령신호16)로부터 속도검출신호(13)까지의 전달함수가 된다. 마찬가지로, 도 2의 (Kt햇/Js햇)의 항(24)은 제어계에서 본 모터전류(17)에서 속도검출신호(13)까지의 전달함수가 된다. 여기서, Kt는 모터전류에 대해 서보모터(7)의 출력하는 토크의 비를 나타내는 모터의 토크정수이고, J는 기계계(18) 및 서보모터(7)를 포함한 모터축환산부하이너셔이다. 이때, 위상지연보상은 서보제어장치 내부에서 도 2에 표시한 구성(20a ~ 20d 및 24)을 갖는 위상보상기(20)에 의해 연산한다.

또, 모터의 토크정수 Kt 및 모터축환산부하이너셔 J는 설계치, 또는 서보모터(7) 및 기계제작시의 실측치에서 Kt는 기지로 될 수 있다. 또, 도 2의 (k)의 항(4a) 및 (20a) 및 (1-k)의 항(4c) 및 (20c)에서의 계수 k는 노치필터(디지털필터)가 갖는 소정의 비례정수이고, 일반적인 노치필터에서는 k = 0.5 라는 값이 사용되고 있다. k = 0.5일 때 입력된 신호가 갖는 필터의 중심주파수부근의 신호성분이 가장 많이 제거되고, k의 값을 0.5에서 1에 근접해가면 제거되는 신호성분이 감소된다. 또, (Z^-n)의 항(4b) 및 (20b)에서의 (Z^-n)라는 기호는 이산시간을 표시할 때에 사용되는 일반적인 기호이다. 실제의 디지털제어에서는 어느 고정의 주기(샘플링주기)마다에 CPU가 처리를 실행하는 것이 알려져 있으나, (Z^-n)는 그 샘플링되어 n회전의 샘플링데이터를 출력하는 함수를 표시한다.

여기서, 도 3은 도 2중의 (Kt햇/Js햇)의 항(24)이 실제의 (Kt/Js)의 항(23)과 같다고 한 경우의 기계공진억제필터(4) 입력전의 전류지령신호(15)로부터 속도피드백(22)까지의 블록도를 표시한 것이다. 도 2에서 알듯이 기계공진억제필터(4)의 구성요소와 위상보상기(20)의 구성요소의 차이는 두가지이고, 하나는 위상보상기(20)내에 (Kt햇/Js햇)의 항(24)이 여분으로 설치되어 있는 점이고, 다른 구성요소(4a ~ 4c) 및 (20a ~ 20c)는 서로 상당하는 것이다.

또 하나는 상술한 바와 같이, 기계공진억제필터에서는 K의 항(4a)의 출력신호에(1-K)의 항(4c)의 출력신호를 가하고 있으나, 위상보상기(20)에서는 역으로 K의 항(20a)의 출력신호에서 (1-K)의 항(20c)의 출력신호를 빼고 있다. 따라서 항(

23)과 항(24)가 같은 경우에는, (1-k)의 항(4c)의 출력과 (1-k)의 항(20c)의 출력이 상쇄되는 형태가 되고, 도 3의 블록도와 같이 된다.

이와 같이 도 1 및 도 2의 블록도에 표시하는 위상보상기(20)에 의해 기계공진억제필터(4)에 의한 위상의 지연은 보정되고, 기계공진억제필터(4)를 삽입함으로써 생기는 위상지연은 개선된다. 또 위상보상기(20)는 기계공진억제필터(4)에 의해 게인이 컷된 주파수대역을 보상하는 형식으로 구성되어 있으므로 위상보상의 필요가 없는 저주파수대역에서는 그 위상보상신호(21)는 거의 무시할 수 있고, 실기계속도인 속도검출신호(31)와 속도지령신호(12)는 대략 일치한다.

도 9는 기계공진을 약 600㎐에 갖는 종래의 서보시스템의 속도지령에서 속도피드백까지의 속도루프의 주파수응답을 표시하는 시뮬레이션 결과이다. 여기서, 이 600㎐의 공진을 그 게인이 0㏈를 초과해있고, 서보제어계 및 기계계에 대해서도 악영향을 미친다. 그래서, 도 10은 이런 시스템에서 노치필터를 속도제어부(3)의 뒤에 삽입한 도 14에 표시하는 종래의 서보시스템의 경우를 표시한다. 이때 600㎐의 기계공진의 영향은 완화되어 있으나, 노치필터의 위상지연의 영향으로 속도제어의 대역에서, 게인이 0㏈을 초과해서 부풀어 올라, 또 위상여유도 없어져 있으며, 속도제어루프로서 불안정한 시스템으로 되어 있는 것을 알 수 있다. 여기서, 도 11은 본 발명의 실시의 형태 1에 의한 도 1 및 도 2의 위상보상기(20)를 도입한 경우의 서보제어장치의 속도지령신호(12)로부터 속도검출신호(13)까지의 속도루프주파수응답을 표시하고 있다. 이때, 도 10에 보여진 속도제어대역에서의 게인의 부풀어 오름도 없어지고, 위상여유도 얻어진 안정된 제어루프로 할 수가 있다.

상술한 바와 같이, 서보모터를 사용해서 공작기계나 구동장치의 이송축의 위치를 제어하는 서보제어장치에서는 기계계가 갖는 고유진동수에 의한 공진이나 기계진동을 억제하고 서보계의 하이게인화를 도모할 목적으로 통상, 기계공진억제필터가 삽입된다. 그러나, 기계공진주파수가 낮고, 속도루프나 위치루프의 제어대역에 근접한 경우 기계공진억제필터(4)를 삽입하면, 그 필터가 갖는 위상지연에 의해 서보제어계의 위상여유가 없고 불안정한 시스템으로 되는 경우가 있다.

이런 경우, 결국 서보루프의 제어대역을 낮추어서 대처해야 하며, 서보계의 하이게인화가 도모되지 않고 고응답이고 고성능인 서보시스템을 얻는 것이 곤란하였으나, 본 발명에 의하면, 이와 같은 기계공진억제필터의 위상지연을 연산하고, 그 위상지연에 상당하는 속도성분을 실제의 모터속도에 더한 속도피드백신호(22)를 제어에 사용하므로, 기계공진필터를 삽입함으로써 생기는 위상지연의 영향을 저감하고, 결과로서 서보계의 하이게인화를 실현할 수가 있다.

실시의 형태 2.

도 4는, 본 발명의 실시의 형태 2에 의한 서보제어장치의 부분 블록도이다.

도 4에 표시되어 있지 않은 다른 구성에 대해서는 상술한 도 1과 같으므로 도 1을 참조한다.

실시의 형태 2에서는 도 1의 기계공진억제필터(4) 대신에 로패스필터로 되는 기계공진억제필터(4A)를 사용한 경우의 위상지연의 보상방법을 표시하고 있다. 기계공진억제필터(4A)는 도 4에 표시된 바와 같이 (1/(s+α))의 항(4e)의 일차지연계로 구성되어 있다. 또 본 실시의 형태 2에서의 위상보상기(20A)는 도 4에 표시하는 바와 같이 s의 항(20e)과, (1/s)의 항(20f)과, α의 항(20g)과, (Kt햇/Js햇)의 항(24)으로 구성되어 있다. 여기서, s는 라플러스연산자이고, s는 미분, 1/s 는 적분을 표시한다. 여기서, 전류지령신호(16)에서 전류피드백신호(17)까지의 전류루프의 응답성은 일반적으로 그 외의 루프인 속도루프의 응답성에 대해 충분히 높으므로 상술한 도 2와 같이 전류지령신호(16)는 그대로 서보모터(7)에 흐르는 전류치로서 취급할 수가 있다. 여기서, 실시의 형태 1과 같이 도 4중의 (Kt햇/Js햇)의 항(24)이 실제의 (Kt/Js)의 항(23)과 같다고 한 경우에는 기계공진억제필터(4A) 입력전의 전류지령신호(15)에서 속도피드백(22)까지의 전달함수는 도 3의 블록도로 표시할 수 있다. 따라서, 도 1 및 도 4의 블록도에 표시하는 위상보상에 의해 기계공진억제필터(4A)에 의한 위상의 지연은 보정되고, 기계공진필터를 삽입함으로써 생기는 위상지연은 개선된다.

또, 위상보상기(20A)는 기계공진억제필터(4A)에 의해 게인이 컷된 주파수대역을 보상하는 형식으로 구성되어 있으므로, 위상보상의 필요가 없는 저주파수대역에서는 그 위상보상신호(21)는 거의 무시할 수 있고, 실기계속도인 속도검출신호(1

3)와 속도지령신호(12)는 거의 일치한다.

상술한 바와 같이, 기계공진억제필터로서는 가능한한 억제하고 싶은 주파수성분에만 필터효과를 작용시킬 목적으로 노치필터가 사용되나, 많은 주파수의 기계공진을 갖는 시스템의 경우, 노치필터에서는 대치할 수 없는 경우가 있다.

이런 경우, 필터로서 특정 주파수이상의 주파수성분의 제거를 하는 로패스필터가 효과적이나, 로패스필터로 공진을 기계억제하려고한 경우 그 컷오프주파수는 상당히 낮은 곳에 설정해야 하며, 서보제어대역에 미치는 영향도 커지고 서보계의 하이게인화도 곤란해진다. 그러나, 본 실시의 형태에 의하면, 이와 같이 기계공진억제필터에 로패스필터를 사용한 경우에도 그 위상지연을 보상함으로써, 제어계를 안정하게 하이게인화할 수가 있다.

실시의 형태 3.

도 5는 본 발명의 실시의 형태 3에 의한 서보제어장치의 부분 블록도이다.

여기서는 상술한 도 4의 위상보상기(20A)의 구성으로 실시하고 있던 전류지령신호(15)의 미분기(20e)를 없애고 또 항(24)의 적분동작을 없게 해서 1차 지연계에서 위상보상기(20B)를 구성함으로써, 전류지령(15)에 포함되는 노이즈 등의 영향에 의한 위상지연보상신호(21)의 오차를 저감한다. 이 실시의 형태에서는 도 5에 표시한 바와 같이 위상보상기(20B)는, (1/(s+α))의 항(20h)과, (Kt햇/J햇)의 항(24B)으로 구성되어 있다. 다른 구성에 대해서는 상술한 도 1 및 도 4와 같으므로 여기서는 설명을 생략한다.

여기서, 도 12는 도 9의 속도루프주파수응답을 표시하는 기계공진을 약 600㎐로 하는 서보시스템에서, 100㎐로 컷오프대역을 갖는 로패스필터를 기계공진억제필터로서 속도제어부(3)의 뒤에 삽입한 경우에서의 종래의 서보시스템의 속도루프주파수응답을 표시한 것이다. 여기서도, 로패스필터에 의한 위상의 지연에 의해 속도제어의 대역에서, 게인이 0㏈을 초과해서 부풀어 오르고, 또 위상여유도 없어져 버리며, 속도제어루프로서 불안정한 시스템이 된다.

여기서, 도 13은 도 1 및 도 5에 표시한 본 실시의 형태에서의 위상보상기(20B)를 도입한 경우의 서보시스템의 속도지령(12)에서 속도검출신호(13

)까지의 속도루프주파수응답을 표시하고 있다. 이때, 도 12에서 본 속도제어대역에서의 게인의 부풀어오름도 없어지고, 위상여유도 얻어진 안정된 제어루프로 할 수가 있다.

이상과 같이 이 실시의 형태에서는 상기 실시의 형태 1과 같은 효과가 얻어지는 동시에, 다시 기계공진억제필터에 로패스필터를 사용했을 때의 위상지연보상연산을 간단한 1차 지연으로 구성함으로써, 전류지령에 포함되는 노이즈 등의 영향에 의한 위상지연보상신호에 생기는 오차를 저감할 수 있다.

실시의 형태 4.

도 6은 본 발명의 실시의 형태 4에 의한 서보제어장치의 블록도이다. 도 6에 표시하는 구성은 기본적으로는 도 1과 같으나, 이 실시의 형태에서는 속도검출신호(13)에 위상보상기(20)의 출력인 위상지연보상신호(21)를 가하기 전에 다시 특정 주파수이하의 주파수성분의 제거를 하는 하이패스필터(25)를 삽입하고, 전류지령신호(15)의 주파수가 낮은 경우에는 저주파역의 위상지연보상분의 신호를 저감시키는 것이다. 여기서 기계공진억제필터(4) 및 위상보상기(20)는, 본 발명의 상술한 실시의 형태 1, 2 및 3의 어느 것을 사용해도 된다.

본 발명에서는 기계공진억제필터에 의한 위상지연을 보상하는 것을 목적으로 하고 있으나, 그 위상지연을 상기 필터가 통상, 제어대역보다 높은 주파수의 기계공진 등을 억제하는 것을 목적으로 삽입되므로, 저주파수대역에서는 원래 위상보상의 필요성이 없다. 원래 이 발명의 실시의 형태 1, 2 및 3에서의 위상보상기(20)는 기계공진억제필터에 의해 게인이 컷된 주파수대역을 보상하는 형으로 구성되어 있으므로, 위상보상의 필요가 없는 저주파수대역에서는 그 위상보상신호(21)는 거의 무시할 수 있고, 실기계속도인 속도검출신호(13)과 속도지령신호(12)는 대략 일치한다. 그러나, 기계공진억제필터의 설정주파수가 낮은 경우에, 예를 들면 전류지령신호(15)의 주파수가 소정의 값보다 낮으면, 위상지연보상신호(21)의 영향이 기계의 위치결정정밀도에 영향이 있는 경우가 있다. 그런 경우에는 본 실시의 형태에서는 도 6에 표시한 하이패스필터(25)를 삽입하고, 특정 주파수이하의 주파수성분을 제거함으로써, 위상보상신호(21)를 저감시키도록 하면 이 영향을 경감할 수가 있다.

이와 같이 하이패스필터(25)는 위상지연보상신호를 저감시키기 위한 보상신호저감수단을 구성하고 있다.

이 실시의 형태에서는, 기계공진억제필터의 설정주파수가 낮고, 위상지연보상신호(21)의 영향이 기계의 위치결정정밀도에 영향이 있는 경우에서도 위상지연보상신호(21)의 출력에 하이패스필터(25)를 삽입함으로써 이 영향을 경감할 수가 있다.

실시의 형태 5.

도 7은 본 발명의 실시의 형태 5에 의한 서보제어장치를 표시한 블록도이다. 이 실시의 형태 5에서의 속도제어부(3)는, PI제어를 기본구성으로 하고 있다. 여기서, 기계공진억제필터(4) 및 위상보상기(20)는 본 발명의 상술한 실시의 형태 1, 2 및 3의 어느 것이나 적용할 수가 있다.

또, 도 7에서 28은 비례제어부, 29는 적분제어부, 27은 속도지령신호(12)와 실기계속도를 표시하는 속도검출신호(13)와의 편차신호, 30은 비례제어부(28)에서 출력되는 비례항분전류지령신호, 31은 적분제어부(29)에서 출력되는 적분항분전류지령신호이다. 또 속도제어부(3)의 출력인 전류지령신호(15)는 비례항분전류지령신호(30)와 적분항분지령신호(31)를 합친 것으로 구성되어 있다.

이 실시의 형태에서는 위상보상기(20)의 출력신호(21)에 의해 실기계속도인 속도검출신호(13)와 속도지령신호(12) 사이의 편차를 보상하는 것을 목적으로 하고, 기계공진억제필터(4)에 의한 위상지연이 문제가 되지 않는 저주파수대역에서 상기 편차를 0으로 하기 위해, PI제어중에서도 I제어, 즉 적분제어를 하는 적분제어부(29)의 입력에 실기계속도인 속도검출신호(13)와 속도지령신호(12)의 편차인 편차신호(27)를 입력하고, 고주파수대역에서의 기계공진억제필터(4)의 위상지연을 보상하기 위해 PI제어중에서도 P제어, 즉 비례제어를 하는 비례제어부(28)의 입력에는 속도검출신호(13)에 위상지연보상신호(21)를 부하한 속도피드백신호(22)와 속도지령신호(12)의 편차인 편차신호(14)를 입력한다.

이상과 같이 이 실시의 형태에서는 속도제어부(3C)에서의 PI제어에서, P제어인 비례제어부(28)의 입력에는 속도지령신호(12)와 위상지연보상분(21)을 가한 속도피드백신호(22)와의 차이분을 I제어인 적분제어부(29)의 입력에는 속도지령신호(

12)와 위상지연보상분(21)을 가하지 않는 속도검출신호(속도피드백신호)(13)와의 차이분을 사용함으로써 위상지연보상분(21)을 속도피드백에 가함으로써 생기는 속도지령신호(12)와 실제의 속도피드백의 오차를 없앨 수가 있다.

실시의 형태 6.

도 8은 본 발명의 실시의 형태 6에 의한 서보제어장치의 블록도이다. 이 실시의 형태 6에서는 속도제어부(3D)가 PI제어를 기본구성으로 한 경우에 대한 구성을 표시하고 있다.

이 실시의 형태에서의 속도제어부(3D)의 구성은 기본적으로는 상술한 도 7의 속도제어부(3C)의 구성과 같으나, 이 실시의 형태에서는 위상보상기(20)로의 출력을 전류지령신호(15)로 하지 않고, 비례제어부(28)의 출력신호인 비례항분전류지령신호(30)으로 한 점이 다르다. 여기서, 기계공진억제필터(4) 및 위상보상기(20)는 이 발명의 상술한 실시의 형태 1, 2 및 3의 어느 것이나 적용할 수가 있다.

이 실시의 형태에서는 기계계(18)의 마찰이나 부하토크 또는 중력축 등에 적용한 경우의 언밸런스토크 등이 큰 시스템에서, PI제어의 출력하는 전류지령신호(15)가 이들의 토크의 영향에 의해 서보모터(7)의 가속이나 감속의 직접모터회전의 움직임에 나타나지 않는 정적인 값을 표시한 경우에, 본래 필요로 하는 값보다 큰 위상지연보상신호(21)가 발생함으로써, 실기계속도인 속도검출신호(13)와 속도지령신호(12) 사이의 편차를 발생시키지 않도록 구성한 것이다. 즉 상기한 기계계(18)의 마찰이나 부하토크, 또는 중력축 등에 적용한 경우의 언밸런스토크 등에 대응한 전류지령신호(15)는 도 8중의 적분항분전류지령신호(31)에 의한 것이 크고 비례항분지령신호(30)가 점하는 비율은 적다.

5)가 이들의 토크의 영향에 의해 서보모터(7)의 가속이나 감속의 직접모터회전의 움직임에 나타나지 않는 정적인 값을 표시한 경우에, 본래 필료로 하는 값보다 큰 위상지연보상신호(21)가 발생함으로서, 실기계속도인 속도검출신호(13)와 속도지령신호(12)사이의 편차를 발생시키지 않도록 구성한 것이다. 즉 상기한 기계계(18)의 마찰이나 부하토크, 또는 중력축 등에 적용한 경우의 언밸런스토크 등에 대응한 전류지령신호(15)는 도 8중의 적분항분전류지령신호(31)에 의한 것이 크게 비례항분지령신호(30)가 점하는 비율은 적다.

역으로, 고주파대역에서는 비례항분전류지령(30)이 점하는 비율이 높아진다.

따라서, 이 실시의 형태에서는 위상지연보상을 하기 위한 연산에 사용하는 신호로서는 비례항분전류지령신호(30)를 사용하도록 하였다. 이로써, 기계공진억제필터(4)에 대해서는 그 위상지연을 보상할 수 있고, 마찰이나 부하토크, 또는 중력축에 적용한 경우의 언밸런스에 의해 불필요하게 위상지연보상신호(21)가 커지는 것은 개선할 수 있다.

상술한 바와 같이 이 실시의 형태에서는, 위상보상기(20)의 입력신호로서 전류지령신호(15)가 아니고, 비례제어부(28)가 출력하는 비례항분전류지령신호(30)를 사용함으로써, 기계계(18)의 부하토크나 언밸런스토크에 의해 전류신호(15)가 정적으로 어떤 값을 갖는 경우에 위상지연보상신호(21)가 커지고, 속도지령신호(12)와 실제의 속도검출신호(13)(속도피드백신호)의 오차가 커지는 것을 방지할 수 있다.

본 발명은, 소정의 기계계를 구동하기 위한 서보모터와, 서보모터의 위치 및 속도를 검출하는 검출수단과, 외부에서 입력된 위치지령신호와 검출수단에서 출력되는 위치검출신호와의 차이분에 따라 속도지령신호를 생성하는 위치제어수단과, 위치제어수단에 접속되고, 서보모터에 흘려야 할 전류치를 표시하는 제 1의 전류지령신호를 생성하는 속도제어수단과, 제 1의 전류지령신호를 기계계의 고유진동수에 의한 공진 및 진동을 억제하기 위한 제 2의 전류지령신호로 변환하기 위한 기계공진억제필터수단과, 제 2의 전류지령신호에 따라 서보모터에 흘리는 전류를 제어하는 전류제어수단과, 기계공진억제필터수단을 설치한 것에 의한 속도지령신호로부터 속도검출신호까지의 속도루프에서의 위상지연에 상당하는 속도성분을 상기 속도제어수단에 의해 생성되는 서보모터로 흘려야 할 전류치인 제 1전류지령신호에 따라 연산하고, 연산에 의해 얻어진 속도성분을 위상지연보상신호로서 출력하는 위상보상수단과, 위상지연보상신호를 속도검출신호에 부가함으로써 속도피드백신호를 생성하는 속도피드백신호생성수단을 구비하고, 속도제어수단이 위치제어수단에서 출력되는 속도지령신호와 속도피드백신호와의 차이분에 따라 제 1의 전류지령신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 서보제어장치이므로, 기계공진억제필터에 의한 위상지연을 연산하고, 그 위상지연에 상당하는 속도성분을 실제의 모터속도에 가한 속도피드백신호를 제어에 사용하도록 하였으므로, 기계공진억제필터를 삽입한 것에 의해 생긴 위상지연의 영향을 저감하고, 결과로는 서보계의 하이게인화를 실현할 수 있는 효과가 있다.

또, 기계공진억제필터수단이 FIR형의 노치필터로 구성되므로, 쉽게 고정주파수성분을 제거할 수가 있고, 제조도 용이하며, 또 필터에 의한 위상지연에 상당하는 속도성분을 실제의 모터속도에 가한 속도피드백신호를 제어에 사용하도록 하였으므로 기계공진억제필터를 삽입한 것에 의해 생기는 위상지연의 영향을 저감하고, 결과로서 서보계의 하이게인화를 실현할 수 있는 효과가 있다.

또, 기계공진억제필터수단이 특정 주파수이상의 주파수성분의 제거를 하는 로패스필터로 구성되는 서보제어장치이므로, 쉽게 소정의 주파수이상의 게인을 떨어뜨릴 수가 있는 동시에, 또 필터에 의한 위상지연에 상당하는 속도성분을 실제의 모터속도에 더한 속도피드백신호를 제어하는데 사용하도록 하였으므로 기계공진억제필터를 삽입함으로써 생기는 위상지연의 영향을 저감하고, 결과로서 서보계의 하이게인화를 실현할 수 있는 효과가 있다.

또, 로패스필터가 적분기를 갖는 서보제어장치이므로 적분기에 의한 간단한 1차 지연계로 구성함으로써, 전류지령신호에 포함되는 노이즈 등의 영향에 의한 위상지연보상신호에 생기는 오차를 저감시키는 효과가 있다.

또 위상보상수단과 상기 속도피드백신호생성수단과의 사이에 설치되고 제 1의 전류지령신호의 주파수가 소정치보다 낮은 경우에 위상지연보상신호를 저감시키는 보상신호저감수단을 설치한 서보제어장치이므로 기계공진억제필터의 설정주파수가 낮고 위상지연보상신호의 영향이 기계의 위치결정정밀도에 영향이 있는 경우에 대해서도 위상지연보상신호의 출력에 보상신호저감수단을 삽입함으로써 이 영향을 경감시키는 효과가 있다.

또, 속도제어수단이 비례제어를 하는 비례제어부와 적분제어를 하는 적분제어부로 구성되고, 비례제어부가 위치제어수단에서 출력되는 속도지령신호와 속도피드백신호와의 차이분에 따라 비례항분전류지령신호를 생성하며, 적분제어부가 위치제어수단으로부터 출력되는 속도지령신호와 검출수단에서 출력되는 속도검출신호와의 차이분에 따라 적분항분전류지령신호를 생성해서, 비례항분전류지령신호와 적분항분전류지령신호를 합친 것을 속도제어수단의 출력인 상기 제 1의 전류지령신호로 하는 서보제어장치이므로, 위상지연보상을 속도피드백에 가함으로써 생기는 속도지령신호와 실제의 속도피드백신호와의 오차를 없애는 효과가 있다.

또, 위상보상수단의 입력으로서 비례제어부로부터 출력되는 비례항분전류지령신호를 사용하는 서보제어장치이므로 기계계의 부하토크나 밸런스토크에 의해 전류지령이 정적으로 소정의 어느 값을 갖는 경우에 위상보상신호가 커지고, 속도지령신호와 실제의 속도피드백신호의 오차가 커지는 것을 방지하는 효과가 있다.

Claims

소정의 기계계를 구동하기 위한 서보모터와,

상기 서보모터의 위치 및 속도를 검출하는 검출수단과,

외부로부터 입력된 위치지령신호와 상기 검출수단에서 출력되는 위치검출신호와의 차이분에 따라 속도지령신호를 생성하는 위치제어수단과,

상기 위치제어수단에 접속되고, 상기 서보모터에 흘려야할 전류치를 표시하는 제 1의 전류지령신호를 생성하는 속도제어수단과,

상기 제 1의 전류지령신호를 상기 기계계의 고유진동수에 의한 공진 및 진동을 억제하기 위한 제 2의 전류지령신호로 변환하기 위한 기계공진억제필터수단과,

상기 제 2의 전류지령신호에 따라 상기 서보모터에 흘리는 전류를 제어하는 전류제어수단과,

상기 기계공진억제필터수단을 설치한 것에 의한 상기 속도지령신호로부터 상기 속도검출신호까지의 속도루프에서의 위상지연에 상당하는 속도성분을 상기 속도제어수단에 의해 생성되는 상기 서보모터로 흘려야 할 전류치를 나타내는 제 1의 전류지령신호에 따라 연산하고, 이 연산에 의해 얻어진 상기 속도성분을 위상지연보상신호로서 출력하는 위상보상수단과,

상기 위상지연보상신호를 상기 속도검출신호에 부가함으로서 속도피드백신호를 생성하는 속도피드백신호생성수단을 구비하고,

상기 속도제어수단이, 상기 위치제어수단에서 출력되는 상기 속도지령신호와 상기 속도피드백신호와의 차이분에 따라 상기 제 1의 전류지령신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 서보제어장치.
제 1항에 있어서,

상기 기계공진억제필터수단이 특정 주파수이상의 주파수성분의 제거를 하는 로패스필터로 구성되는 것을 특징으로 하는 서보제어장치.
제 2항에 있어서,

상기 로패스필터가 적분기를 갖는 것을 특징으로 하는 서보제어장치.