KR20010076854A - Gain control apparatus of proportional and integral controller - Google Patents

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KR20010076854A KR1020000004264A KR20000004264A KR20010076854A KR 20010076854 A KR20010076854 A KR 20010076854A KR 1020000004264 A KR1020000004264 A KR 1020000004264A KR 20000004264 A KR20000004264 A KR 20000004264A KR 20010076854 A KR20010076854 A KR 20010076854A
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Abstract

PURPOSE: A gain adjusting device of a proportional integral controller is provided, which adjusts a proportional gain and integral gain according to a gear transmission ratio and speed control mode to stabilize a motor control system. CONSTITUTION: A gain adjusting device of a proportional integral controller includes an error detector(31) for receiving a speed instruction value and speed output value to detect a speed error value, a proportional integral controller(32) for multiplying the speed error value by a proportional gain and integral gain and amplifying the multiplied value, and a torque constant controller(33) for multiplying the output value of the proportional integral controller by a torque constant to output a torque instruction value. The gain adjusting device further has an adder(34) for adding up the torque instruction value and a load torque estimation value to apply the added value to a motor, and a full order speed observer(36) for estimating a speed of the motor and the load torque, applies the estimated speed output value to the error detector and supplies the load torque estimation value to the adder. The device also has an inertial moment estimator(37) for estimating inertial moment of the motor, and a gain controller(38) for controlling the proportional gain and integral gain according to a gear transmission ratio between the motor and a load driven by the motor or speed control mode of the motor.

Description

비례적분 제어기의 게인 조정장치{Gain control apparatus of proportional and integral controller}Gain control apparatus of proportional integral controller

본 발명은 비례적분 제어기의 게인 조정장치에 관한 것으로, 특히 기어변속비와 모터의 속도 제어모드에 따라 게인을 조정할 수 있도록 한 비례적분 제어기의 게인 조정장치에 관한 것이다.The present invention relates to a gain adjusting device of the proportional integral controller, and more particularly, to a gain adjusting device of the proportional integral controller to adjust the gain according to the gear shift ratio and the speed control mode of the motor.

일반적으로 산업용 로봇이나 공작기계 등에는 고도의 전동 제어기술을 채용하여 기기의 성능향상을 도모하고 있으며, 이러한 전동 제어기술의 제어시스템에서는 비례 제어기(Proportional controller)와 적분 제어기(Integral controller)를 합친 형태의 비례적분 제어기(PI controller)를 이용하여 목표값으로부터 제어토오크를 산출하여 부하측의 모터를 구동제어하는데, 목표값과 실제 출력값을 비교하는 피이드백(feedback path)을 가지고 있다.In general, industrial robots and machine tools employ advanced electric control technology to improve the performance of equipment.In the electric control technology control system, a proportional controller and an integral controller are combined. The control torque is calculated from the target value by using a PI controller to control the driving of the motor on the load side, and has a feedback path comparing the target value to the actual output value.

도 1을 참조하면, 모터(25)를 제어하기 위해 속도명령값(ω*)을 인가시키면 모터(25)는 이 속도를 향해 구동된다. 이 모터(25)의 속도와 부하토오크를 추정하는 전차원 속도관측자(Full Order Speed Observer)(26)에 의해 실제 속도데이터(ω)는 오차검출기(21)에 피이드백(feedback)되어 속도명령값(ω*)과 감산되어 속도에러값(ωe)을 생성한다. 이 속도에러값(ωe)은 비례적분제어기(22)에 의해 비례게인과 적분게인이 곱해져 증폭되고 토오크상수제어기(23)에서 토오크상수(KT)가 곱해져 토오크 명령값(Tm)으로 변형되어 가산기(24)에 입력된다. 이 가산기(24)에는 전차원 속도관측자(26)에 의해 추정된 부하토오크 추정값(TL)이 피이드백된다. 가산기(24)에 의해 부하토오크 추정값(TL)은 토오크 명령값(Tm)에 가산된 후 모터(25)에 입력된다. 그리고, 관성모멘트 추정기(27)에 의해 추정된 관성모멘트 추정값(Ja)이 비례적분 제어기(22)로 피이드백되고, 비례적분 제어기(22)는 입력되는 속도에러값(ωe)에 대해 관성모멘트 추정값(Ja)과 함수 관계를 갖는 비례게인과 적분게인에 따라 증폭시켜 출력하는 피이드백 제어를 통해 모터의 속도제어가 이루어진다.Referring to FIG. 1, when the speed command value ω * is applied to control the motor 25, the motor 25 is driven toward this speed. The actual speed data ω is fed back to the error detector 21 by a full order speed observer 26 that estimates the speed and load torque of the motor 25. It is subtracted from (ω * ) to produce a speed error value (ω e ). The velocity error value ω e is multiplied by the proportional gain and the integral gain by the proportional integral controller 22 and multiplied by the torque constant K T in the torque constant controller 23 to multiply the torque command value T m . Is transformed into the adder 24. The adder 24 is fed back with an estimated load torque value T L estimated by the full-dimensional speed observer 26. The load torque estimation value T L is added by the adder 24 to the torque command value T m and then input to the motor 25. Then, the inertia moment estimation value Ja estimated by the inertia moment estimator 27 feeds back to the proportional integral controller 22, and the proportional integral controller 22 transmits an inertia moment with respect to the input velocity error value ω e . The speed control of the motor is achieved through a feedback control that amplifies and outputs the proportional gain and the integral gain having a functional relationship with the estimated value Ja.

이와 같이 비례적분제어기(22)를 이용한 모터 속도제어에서의 이상조건은, 모터의 실제 속도(ω)와 속도명령값(ω*)의 비가 1이고, 모터의 속도(ω)와 부하토오크 추정값(TL)의 비가 0이 되도록 하는 것이다(식1,식2 참조).As described above, the abnormal condition in the motor speed control using the proportional integral controller 22 is the ratio of the actual speed ω of the motor to the speed command value ω * 1, and the speed of the motor ω and the estimated load torque ( T L ) is to be 0 (see Equation 1 and 2).

ω/ω*= KT·G(s)/{Js+K·G(s)}=1 ............................ (식1) ω / ω * = K T · G (s) / {Js + K · G (s)} = 1 ......................... ... (Eq. 1)

ω/TL= 1/{Js+K·G(s)} = 0 ................................ (식2)ω / T L = 1 / {Js + K · G (s)} = 0 ............... (Eq. 2)

여기서, G(s)는 비례적분 제어기의 전달함수, KT는 토오크상수, J는 모터축에 작용하는 등가적인 관성모멘트, s는 미분기이다.Where G (s) is the transfer function of the proportional integral controller, K T is the torque constant, J is the equivalent moment of inertia acting on the motor shaft, and s is the differential.

비례적분 제어기(22)의 전달함수[G(s)]를 일반적으로 나타내면 다음의 식(3)과 같다.In general, the transfer function G (s) of the proportional integration controller 22 is expressed by the following equation (3).

G(s) = Kp+Ki/s ................................ (식3)G (s) = Kp + Ki / s ... (Equation 3)

여기서, Kp는 비례게인, Ki는 적분게인이다.Where Kp is proportional gain and Ki is integral gain.

(식3)을 (식1)에 대입하면 (식4)가 된다.Substituting Equation 3 into Equation 1 results in Equation 4.

ω/ω*= [KT·Kps+KT·Ki] / [Js2+KT·Kps+KT·Ki] ................ (식4)ω / ω * = [K T · K T · Kps + Ki] / [Js 2 + Kps + K T · K T · Ki] ................ (Equation 4 )

여기서, KT·Kp = K'P,KT·Ki = K'i 라 하면,When here, K T · Kp = K ' P, K T · Ki = K'i la,

ω/ω*= [K'P·s/J + K'i/ J] / [s2+K'P/J·s + K'i/J] ........ (식5)ω / ω * = [K ' P · s / J + K'i / J] / [s 2 + K' P / J · s + K'i / J] ........ (Equation 5 )

만약, K'P= Jωc, K'i = JBωc이라고 가정하면If we assume K ' P = Jω c and K'i = JBω c

ω/ω*= [ωc·s + Bωc] / [s2c·s + Bωc] .............. (식6)ω / ω * = [ω c · s + Bω c ] / [s 2 + ω c · s + Bω c ] .............. (Equation 6)

여기서, B는 모터의 마찰계수, ωc는 게인상수Where B is the friction coefficient of the motor and ω c is the gain constant

(식6)에서 ωc≫B이면, 2차시스템이 1차시스템으로 근사된다.If ω c '' B in (6), the secondary system is approximated as the primary system.

ω/ω*= ωc/s+ωc.............. (식7)ω / ω * = ω c / s + ω c ................... (Equation 7)

즉, (식7)에서와 같이 모터의 속도(ω)와 속도명령값(ω*)의 비가 1차 시스템으로 근사화되면 비교적 안정된 제어기의 특성을 갖게 된다.That is, as shown in (7), when the ratio of the motor speed ω and the speed command value ω * is approximated to the primary system, the controller has a relatively stable characteristic.

그러나, 산업용 로봇(Robot)이나 공작 기계도구(Machine Tool)에서 적용하는 관성모멘트(J)는 모터와 부하측 간의 기어변속비 및 부하관성에 따라 가변하는 값이므로 비례적분 제어기의 게인을 일정하게 설정하면 제어 시스템을 불안정하게 하는 요인이 된다.However, since the moment of inertia (J) applied by an industrial robot or machine tool is variable depending on the gear shift ratio and load inertia between the motor and the load side, it is controlled by setting the gain of the proportional integral controller constant. It becomes a factor of system instability.

또한, 공작 기계도구에서는 제어 목적이 다른 속도제어 모드(Normal Mode, Servo Mode, Orientation Mode)에 따라 작업을 수행하므로, 속도제어 모드를 고려하지 않고 고정된 게인으로 속도제어를 하게 되면 시스템의 최적 성능을 만족시킬 수 없기 때문에, 각 속도제어 모드별로 비례적분 제어기의 게인을 따로 설정하고 주어진 기어변속비와 속도 제어모드에 따라 게인을 가변하는 것이 요구된다.In addition, the machine tool performs the operation according to the speed control mode (Normal Mode, Servo Mode, Orientation Mode) with different control purposes. Therefore, if the speed control is performed with fixed gain without considering the speed control mode, the optimum performance of the system Since it is impossible to satisfy, it is required to set the gain of the proportional integral controller separately for each speed control mode and to vary the gain according to the given gear shift ratio and the speed control mode.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 기어변속비와 속도 제어모드에 따라 비례게인과 적분게인을 조정하여 외란에 강인하고 모터 제어시스템의 안정성을 도모할 수 있도록 한 비례적분 제어기의 게인 조정장치를 제공하는데 있다.The present invention is to solve the above problems, the object of the present invention is to adjust the proportional gain and the integral gain in accordance with the gear transmission ratio and the speed control mode to be robust to disturbance and to promote the stability of the motor control system It is to provide a gain adjusting device of the integral controller.

도 1은 종래 기술에 따른 비례적분 제어기의 게인 조정장치의 제어블록도,1 is a control block diagram of a gain adjusting device of a proportional integral controller according to the prior art;

도 2는 본 발명에 따른 비례적분 제어기의 게인 조정장치의 제어블록도,2 is a control block diagram of a gain adjusting device of a proportional integral controller according to the present invention;

도 3은 본 발명에 따른 게인상수를 설명하기 위한 도면.3 is a view for explaining a gain constant according to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

31 : 오차검출기 32 : 비례적분 제어기31: error detector 32: proportional integral controller

33 : 토오크상수 34 : 가산기33: torque constant 34: adder

35 : 모터 36 : 전차원 속도관측자35: motor 36: full-dimensional speed observer

37 : 관성모멘트 추정기 38 : 게인조정부37: moment of inertia estimator 38: gain adjustment unit

상기와 같은 본 발명에 따른 비례적분 제어기의 게인 조정장치는 모터의 속도 제어를 위한 제어시스템에 있어서, 속도명령값과 속도출력값을 입력받아 속도에러값을 검출하는 오차검출기; 상기 속도에러값에 대해 비례게인 및 적분게인을 곱하여 증폭하는 비례적분 제어기; 상기 비례적분 제어기의 출력값에 토오크상수를 곱하여 토오크 명령값을 출력하는 토오크상수제어기; 상기 토오크 명령값과 부하토오크 추정값을 가산하여 상기 모터에 인가하는 가산기; 상기 모터의 속도와 부하토오크를 추정하고, 추정한 속도출력값을 상기 오차검출기로 인가함과 동시에 추정한 부하토오크 추정값을 가산기에 인가하는 전차원 속도관측자; 상기 모터의 관성모멘트를 추정하는 관성모멘트 추정기; 및 상기 모터와 상기 모터에 의해 구동되는 부하측 간의 기어변속비 또는 상기 모터의 속도 제어모드에 따라 상기 비례게인과 적분게인을 조정하는 게인조정부에 의하여 달성된다.The gain adjusting apparatus of the proportional integral controller according to the present invention includes a control system for controlling the speed of a motor, the error detector receiving a speed command value and a speed output value and detecting a speed error value; A proportional integral controller for multiplying the speed error value by multiplying the proportional gain and the integral gain; A torque constant controller for outputting a torque command value by multiplying the torque constant by the output value of the proportional integral controller; An adder for adding the torque command value and the load torque estimate to the motor; An all-dimensional speed observer for estimating the speed and load torque of the motor, applying the estimated speed output value to the error detector and applying the estimated load torque estimate to an adder; An inertia moment estimator for estimating the inertia moment of the motor; And a gain adjusting unit that adjusts the proportional gain and the integral gain according to the gear shift ratio between the motor and the load side driven by the motor or the speed control mode of the motor.

본 발명에 따르면, 상기 게인조정부는 기어변속비에 따라 추정된 관성모멘트를 변경하여 비례게인과 적분게인의 크기를 조정하며, 기어변속비에 따라 설정된 복수개의 비례게인 및 적분게인 중 주어진 기어변속비가 크면 비례게인과 적분게인의 크기를 상대적으로 작게 조정하는 것을 특징으로 한다.According to the present invention, the gain adjusting unit adjusts the magnitude of the proportional gain and the integral gain by changing the estimated moment of inertia according to the gear shift ratio, and if the given gear shift ratio among the plurality of proportional gains and integral gains set according to the gear shift ratio is large, the proportion is increased. It is characterized by adjusting the size of the gain and the integral gain relatively small.

또, 본 발명에 따르면 상기 게인조정부는 모터의 속도 제어모드의 특성에 적합하게 게인상수를 변경하여 비례게인과 적분게인의 크기를 조정한다. 상기 게인조정부는 일반적인 작업을 수행하기 위한 노르말 모드와 속도출력값을 피이드백하여 속도명령값을 추종하는 서보모드와 모터의 위치제어를 중점으로 하는 오리엔테이션모드로 설정되며, 노르말 모드로 설정되면 비례게인과 적분게인을 변화시키지 않고, 서보 모드로 설정되면 적분게인에 대해 설정된 크기 만큼 감소하며, 오리엔테이션 모드로 설정되면 비례게인은 설정된 크기 만큼 증가시키고 적분게인은 설정된 크기 만큼 감소시키는 것을 특징으로 한다.Further, according to the present invention, the gain adjusting unit adjusts the magnitude of the proportional gain and the integral gain by changing the gain constant to suit the characteristics of the speed control mode of the motor. The gain adjusting unit is set to a servo mode that follows the speed command value by feeding back a normal mode and a speed output value for performing a general operation, and an orientation mode which focuses on the position control of the motor. When the servo mode is set without changing the integral gain, the gain is decreased by the amount set for the integral gain, and when set in the orientation mode, the proportional gain is increased by the set size and the integral gain is decreased by the set size.

이하, 본 발명의 바람직한 일실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings a preferred embodiment of the present invention will be described in detail.

본 발명에 따른 동작설명에 앞서 기어변속비(GR)에 대해 설명한다.Prior to the operation of the present invention, the gear shift ratio G R will be described.

기어변속비(GR)는 모터축 속도(ωM)와 부하축 속도(ωL)의 비로 나타낼 수 있다.The gear shift ratio G R may be expressed as a ratio between the motor shaft speed ω M and the load shaft speed ω L.

GR= ωL/ ωM.......................... (식8)G R = ω L / ω M ..................... (Equation 8)

이고, 모터 구동시 그 모터축과 부하축에 대해 출력이 동일하므로,Since the output is the same for the motor shaft and the load shaft when the motor is driven,

Tm·ωM= TL·ωL......................... (식9) 로 나타낼 수 있으며,Be represented by Tm · ω M = T L · ω L ......................... ( formula 9), and

(식9)을 변형하고 (식8)을 이용하여,By modifying (9) and using (8),

Tm= (ωLM)·TL= GR·TL....................(식10) 를 얻는다.Tm = (ω L / ω M ) T L = G R T L ... (Eq. 10).

또, 토오크 명령값(Tm)과 부하토오크 추정값(TL)은 다음과 같이 나타낼 수 있다.Further, the torque command value T m and the load torque estimation value T L can be expressed as follows.

Tm= Jm·(dωM/dt) , TL= JL·(dωL/dt)....................(식11)Tm = Jm · (dω M / dt), T L = J L · (dω L / dt) ... (Eq. 11)

(식10)과 (식11) 및 (식8)을 이용하여 다음 등식으로 나타낼 수 있다.It can be expressed by the following equation using (10), (11) and (8).

Tm = Jm·(dωM/dt)= GR·TL= GR·JL·(dωL/dt)= GR 2·JL·(dωM/dt)= Jm · Tm (M dω / dt) = G · T R G L = R L · J · (dω L / dt) = G R L 2 · J · (dω M / dt)

....................(식12) 를 얻는다.... (Eq. 12)

따라서, 관성모멘트(J)는 (식12)에 의해 다음과 같이 정의된다.Therefore, the moment of inertia J is defined as follows by the expression (12).

J = JL+ JM= (1+1/G2) · JM.......................(식13)J = J L + J M = (1 + 1 / G 2 ) J M ........ (Equation 13)

(식13)에 의하면 관성모멘트(J)는 기어변속비의 제곱에 반비례한다.According to equation (13), the moment of inertia J is inversely proportional to the square of the gear transmission ratio.

이러한 관성모멘트(J)는 모터 자체와 부하에 의해서 모터축에 작용하는 등가적인 모멘트이다.This moment of inertia (J) is an equivalent moment acting on the motor shaft by the motor itself and the load.

도 2는 본 발명에 따른 비례적분 제어기의 게인 조정장치의 제어블록도로서, 종래와 중복되는 구성과 동작에 대해서는 간략히 설명하기로 한다.FIG. 2 is a control block diagram of a gain adjusting device of a proportional integral controller according to the present invention, and a configuration and operation overlapping with those of the related art will be briefly described.

먼저, 모터(35)를 제어하기 위해 속도명령값(ω*)을 인가시키면 모터(35)는 이 속도를 향해 구동된다. 전차원 속도관측자(36)는 모터(35)의 실제 속도와 부하토오크를 추정하며, 추정한 속도출력값(ω)을 오차검출기(21)에 (-)부호로 인가한다. 오차검출기(31)는 입력되는 속도명령값(ω*)와 피이드백되어 인가되는 속도출력값(ω)를 감산하여 그 오차에 대응하는 속도에러값(ωe)을 생성한다. 이 속도에러값(ωe)은 비례적분제어기(32)에서 주어진 비례게인(Kp)과 적분게인(Ki)에 의해 증폭된 후 토오크상수제어기(33)에서 토오크상수(KT)와 곱해진 후 토오크 명령값(Tm)으로 변형된다. 이 토오크 명령값(Tm)은 가산기(34)에 입력된다. 가산기(34)는 토오크 명령값(Tm)과 전차원 속도관측자(36)에 의해 추정되어 피이드백된 부하토오크 추정값(TL)를 가산하여 모터(35)에 출력한다. 그리고, 관성모멘트 추정기(37)는 수학적 모델링에 의한 가상시스템을 이용하여 모터(35)의 관성모멘트를 추정하며, 그 관성모멘트 추정값(Ja)을 게인조정부(38)로 출력한다.First, when the speed command value ω * is applied to control the motor 35, the motor 35 is driven toward this speed. The full-dimensional speed observer 36 estimates the actual speed and the load torque of the motor 35 and applies the estimated speed output value? To the error detector 21 with a negative sign. The error detector 31 subtracts the input speed command value [omega] * and the feedback speed output value [omega] applied and generates a speed error value [omega] e corresponding to the error. This velocity error value ω e is amplified by the proportional gain Kp and the integral gain Ki in the proportional integral controller 32 and then multiplied by the torque constant K T in the torque constant controller 33. It is transformed into the torque command value T m . This torque command value T m is input to the adder 34. The adder 34 adds the torque command value Tm and the estimated load torque estimate T L fed back by the full-dimensional speed observer 36 and outputs it to the motor 35. The inertia moment estimator 37 estimates the inertia moment of the motor 35 by using a virtual system by mathematical modeling, and outputs the inertia moment estimation value Ja to the gain adjusting unit 38.

이 게인조정부(38)는 관성모멘트 추정기(37)에 의해 추정되는 관성모멘트(Ja)에 대해 기어변속비(GR)를 반영한 관성모멘트(Ja')를 비례적분제어기(32)로 출력하며, 속도출력값(ω)에 대해 속도 제어모드를 반영한 게인상수(ωc')를 비례적분제어기(32)로 출력한다. 또, 게인조정부(38)는 기어변속비와 속도 제어모드가 반영된 관성모멘트(Ja')와 게인상수(ωc')를 전차원 속도관측자(36)로 출력하며, 이에 따라 전차원 속도관측자(36)는 속도출력값(ω)을 추정하여 오차검출기(32)로 인가하게 된다.The gain adjusting unit 38 outputs the moment of inertia Ja 'reflecting the gear shift ratio G R to the proportional integrating controller 32 with respect to the moment of inertia Ja estimated by the moment of inertia estimator 37. The gain constant ω c 'reflecting the speed control mode is output to the proportional integral controller 32 with respect to the output value ω. In addition, the gain adjusting unit 38 outputs the moment of inertia Ja 'and the gain constant ω c ' reflecting the gear shift ratio and the speed control mode to the full-dimensional speed observer 36. ) Estimates the speed output value ω and applies it to the error detector 32.

비례적분제어기(32)에서 속도에러값(ωe)에 곱해지는 비례게인(Kp)과 적분게인(Ki)은 관성모멘트(J)와 게인상수(ωc)와 함수관계를 가지므로(식6 참조), 게인조정부(38)로부터 입력되는 관성모멘트(J')와 게인상수(ωc')에 따라 비례게인(Kp)과 적분게인(Ki)을 결정한다. 도 3에 도시한 바와 같이 게인상수(ωc')은 비례적분제어기(32)의 밴드폭(bandwidth)을 의미한다.In the proportional integral controller 32, the proportional gain Kp and the integral gain Ki multiplied by the speed error value ω e have a functional relationship with the moment of inertia J and the gain constant ω c (Equation 6) And the proportional gain Kp and the integral gain Ki are determined according to the moment of inertia J 'and gain constant ω c ' input from the gain adjusting unit 38. As shown in FIG. 3, the gain constant ω c ′ means the bandwidth of the proportional integral controller 32.

기어변속비(GR)에 의한 비례게인(Kp)과 적분게인(Ki)의 관계를 나타내면 다음의 [표1]과 같다. 예컨데, 기어선택을 세가지(저,중,고)로 분류하고 그에 따라 기어 변속비가 정해지는 경우 비례게인(Kp)과 적분게인(Ki)을 서로 다르게 설정할 수 있다.Table 1 shows the relationship between the proportional gain Kp and the integral gain Ki by the gear shift ratio G R. For example, if the gear selection is classified into three types (low, medium, and high) and the gear shift ratio is determined accordingly, the proportional gain Kp and the integral gain Ki may be set differently.

[표1]Table 1

기어변속비(G)Gear shift ratio (G) 비례게인(Kp)Proportional gain (Kp) 적분게인(Ki)Integral gain (Ki) 저 ( 0.05-0.6 )Low (0.05-0.6) Go Go 중 ( 0.15-0.8 )Medium (0.15-0.8) medium medium 고 ( 0.6-2.5 )High (0.6-2.5) that that

관성모멘트(J)는 기어변속비의 제곱에 반비례하므로 [표1]에서 보는 바와 같이, 기어변속비(GR)가 크면 비례게인(Kp)과 적분게인(Ki)의 크기를 상대적으로 작게 조정하는 것이다.Since the moment of inertia (J) is inversely proportional to the square of the gear shift ratio, as shown in [Table 1], when the gear shift ratio (G R ) is large, the proportional gain (Kp) and the integral gain (Ki) are relatively small. .

모터의 속도제어모드에 따라 조정되는 비례게인(Kp)과 적분게인(Ki)의 관계를 나타내면 다음의 [표2]와 같다.[Table 2] shows the relationship between the proportional gain (Kp) and the integral gain (Ki) adjusted according to the speed control mode of the motor.

속도 제어모드Speed control mode 비례게인(Kp)Proportional gain (Kp) 적분게인(Ki)Integral gain (Ki) 노르말 모드Normal mode ×× ×× 서보 모드Servo mode ×× 대폭감소Drastically reduced 오리엔테이션모드Orientation Mode 대폭증가A significant increase 감소decrease

게인조정부(38)는 사용자로부터 제1설정신호를 입력받아 기어선택에 의해 주어지는 기어변속비(GR)를 결정하며 제2설정신호를 입력받아 모터의 속도 제어모드를 결정한 후, [표1]과 [표2]에 따라 비례게인과 적분게인을 조정하기 위한 관성모멘트(Ja')와 게인상수(ωc')를 비례적분 제어기(32)로 출력한다. 이에 따라 비례적분 제어기(32)의 비례게인(Kp)과 적분게인(Ki)을 다음과 같이 나타낼 수 있다.The gain adjusting unit 38 receives the first setting signal from the user to determine the gear shift ratio G R given by the gear selection, and after determining the speed control mode of the motor by receiving the second setting signal, the [Table 1] and According to [Table 2], the moment of inertia Ja and the gain constant ω c 'for adjusting the proportional gain and the integral gain are output to the proportional integral controller 32. Accordingly, the proportional gain Kp and the integral gain Ki of the proportional integration controller 32 can be expressed as follows.

Kp = Ja'·ωc' , Ki = 1/10·(Ja'·ωc')Kp = Ja '· ω c ', Ki = 1/10 · (Ja '· ω c ')

비례적분 제어기(32)는 기어변속비(GR)와 속도 제어모드가 반영된 비례게인(Kp)과 적분게인(Ki)으로 속도에러값(ωe)을 증폭하여 출력하게 된다.The proportional integral controller 32 amplifies and outputs the speed error value ω e with the proportional gain Kp and the integral gain Ki reflecting the gear shift ratio G R and the speed control mode.

[표2]에서 보는 바와 같이, 일반적인 작업을 수행하기 위해 모터를 구동하는 노르말 모드로 설정된 경우에는 비례게인(Kp)과 적분게인(Ki)을 조정하지 않고, 속도출력값(ω)을 피이드백하여 속도명령값(ω*)을 추종하는 서보모드로 설정된 경우에는 적분게인(Ki)만이 감소되게 조정하며, 모터의 위치제어를 중점으로 하는 오리엔테이션모드에서는 비례게인(Kp)를 증가하고 적분게인(Ki)이 감소되게 조정한다.As shown in [Table 2], when it is set to normal mode to drive a motor to perform a general operation, it does not adjust proportional gain (Kp) and integral gain (Ki), but feeds back the speed output value (ω). When the servo mode is set to follow the speed command value (ω *), only the integral gain (Ki) is adjusted.In the orientation mode which focuses on the motor position control, the proportional gain (Kp) is increased and the integral gain (Ki) is adjusted. ) To decrease.

전술한 본 발명은 PWM 컨버터에서 직류링크(DC-link) 캐패시터(capacitor)의 추정과 스핀들 모터 드라이브(spindle motor drive)에서 각 제어모드별 비례게인 및 적분게인을 추정하는데 적용될 수 있다.The present invention described above can be applied to estimating a DC-link capacitor in a PWM converter and estimating the proportional gain and the integral gain for each control mode in a spindle motor drive.

이상과 같은 본 발명은 비례적분 제어기의 비례게인과 적분게인을 조정함으로써 모터 제어시스템의 고안정성을 확보할 수 있으며, 이로써 시스템의 성능개선을 도모할 수 있다. 특히, 본 발명은 산업용 로봇장치와 공작용 기계도구를 이용하는 작업을 수행시 기어변속비와 속도제어 모드에 따라 적절하게 비례제어기의 게인을 조정할 수 있어서 부하변동이나 전압변동 등으로 불가피하게 발생되는 외란에 강인한 시스템을 구축할 수 있는 효과가 있다.The present invention as described above can secure the high stability of the motor control system by adjusting the proportional gain and the integral gain of the proportional integral controller, thereby improving the performance of the system. In particular, the present invention can adjust the gain of the proportional controller according to the gear shift ratio and the speed control mode when performing the work using the industrial robot device and the machine tool in response to disturbances inevitably generated due to load fluctuation or voltage fluctuation It is effective to build a robust system.

Claims (5)

모터의 속도 제어를 위한 제어시스템에 있어서,In the control system for controlling the speed of the motor, 속도명령값과 속도출력값을 입력받아 속도에러값을 검출하는 오차검출기;An error detector for detecting a speed error value by receiving a speed command value and a speed output value; 상기 속도에러값에 대해 비례게인 및 적분게인을 곱하여 증폭하는 비례적분 제어기;A proportional integral controller for multiplying the speed error value by multiplying the proportional gain and the integral gain; 상기 비례적분 제어기의 출력값에 토오크상수를 곱하여 토오크 명령값을 출력하는 토오크상수제어기;A torque constant controller for outputting a torque command value by multiplying the torque constant by the output value of the proportional integral controller; 상기 토오크 명령값과 부하토오크 추정값을 가산하여 상기 모터에 인가하는 가산기;An adder for adding the torque command value and the load torque estimate to the motor; 상기 모터의 속도와 부하토오크를 추정하고, 추정한 속도출력값을 상기 오차검출기로 인가함과 동시에 추정한 부하토오크 추정값을 가산기에 인가하는 전차원 속도관측자;An all-dimensional speed observer for estimating the speed and load torque of the motor, applying the estimated speed output value to the error detector and applying the estimated load torque estimate to an adder; 상기 모터의 관성모멘트를 추정하는 관성모멘트 추정기; 및An inertia moment estimator for estimating the inertia moment of the motor; And 상기 모터와 상기 모터에 의해 구동되는 부하측 간의 기어변속비 또는 상기 모터의 속도 제어모드에 따라 상기 비례게인과 적분게인을 조정하는 게인조정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비례적분 제어기의 게인 조정장치.And a gain adjusting unit for adjusting the proportional gain and the integral gain according to the gear shift ratio between the motor and the load side driven by the motor or the speed control mode of the motor. 제 1항에 있어서, 상기 게인조정부는The method of claim 1, wherein the gain adjusting unit 기어변속비에 따라 추정된 관성모멘트를 변경하여 비례게인과 적분게인의 크기를 조정하는 것을 특징으로 하는 비례적분 제어기의 게인 조정장치.A gain adjusting device of a proportional integral controller, characterized in that for adjusting the magnitude of the proportional gain and the integral gain by changing the estimated moment of inertia according to the gear shift ratio. 제 2항에 있어서, 상기 게인조정부는The method of claim 2, wherein the gain adjusting unit 기어변속비에 따라 설정된 복수개의 비례게인 및 적분게인 중 주어진 기어변속비가 크면 비례게인과 적분게인의 크기를 상대적으로 작게 조정하는 것을 특징으로 하는 비례적분 제어기의 게인 조정장치.Gain control device of proportional integral controller, characterized in that the proportion of the proportional gain and the integral gain is relatively small if the given gear shift ratio of the plurality of proportional gain and integral gain set according to the gear shift ratio is large. 제 1항에 있어서, 상기 게인조정부는The method of claim 1, wherein the gain adjusting unit 모터의 속도 제어모드의 특성에 적합하게 게인상수를 변경하여 비례게인과 적분게인의 크기를 조정하는 것을 특징으로하는 비례적분 제어기의 게인 조정장치.A gain adjusting device of a proportional integral controller, characterized in that to adjust the magnitude of the proportional gain and the integral gain by changing the gain constant to suit the characteristics of the speed control mode of the motor. 제 4항에 있어서, 상기 게인조정부는The method of claim 4, wherein the gain adjusting unit 일반적인 작업을 수행하기 위한 노르말 모드와 속도출력값을 피이드백하여 속도명령값을 추종하는 서보모드와 모터의 위치제어를 중점으로 하는 오리엔테이션모드로 설정되며,It is set to the normal mode for performing general work, the servo mode following the speed command value by feeding back the speed output value, and the orientation mode focusing on the position control of the motor. 노르말 모드로 설정되면 비례게인과 적분게인을 변화시키지 않고, 서보 모드로 설정되면 적분게인에 대해 설정된 크기 만큼 감소하며, 오리엔테이션 모드로 설정되면 비례게인은 설정된 크기 만큼 증가시키고 적분게인은 설정된 크기 만큼 감소시키는 것을 특징으로 하는 비례적분 제어기의 게인 조정장치.If it is set to normal mode, it does not change proportional gain and integral gain. If it is set to servo mode, it decreases by the amount set for integral gain.If it is set to orientation mode, proportional gain increases by the set size and integral gain decreases by the set size. Gain adjusting device of the proportional integral controller, characterized in that.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100651352B1 (en) * 2005-04-08 2006-11-30 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 Velocity generation apparatus
KR101101462B1 (en) * 2010-07-16 2012-01-03 엘에스산전 주식회사 Method and apparatus for setting gain of proportional integral controller
KR101218307B1 (en) * 2008-02-21 2013-01-03 삼성테크윈 주식회사 Method and system for servo control

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