KR20070041511A - 전동기 제어장치 - Google Patents

Abstract

파라미터 입력장치를 사용하지 않고, 제어 게인이나 노치 필터 주파수(Nf)를 설정, 변경, 재설정함과 동시에 전동기 제어장치 도입시부터 통상 운전까지에 필요했던 게인 조정에 드는 절차를 대폭 줄여, 비숙련자라도 간단히 취급할 수 있는 전동기 제어장치를 제공한다.

입력설정 장치로서 염가로 실장 면적이 작은 로터리 스위치 2개(1, 2) 및 표시장치로서 5개의 LED(5)를 구비하고, 로터리 스위치의 접점에서 게인을 선택하고, 기계 공진 필터 주파수의 설정은 발생하는 진동 주파수를 검출함으로써 자동 설정하고, 한번 해제하여 재설정하기 위해서는 로터리 스위치를 변경할 뿐이라는 간단한 구성으로 한다.

Description

전동기 제어장치{MOTOR CONTROLLER}

본 발명은, 모터의 응답특성을 변경함으로써 기계의 특성에 맞춘 설정이 가능한 전동기 제어장치에 있어서, 복수의 게인이나 필터의 설정수를 적게 하여 간단히 조정할 수 있어, 운전개시에 필요한 절차를 적게 하는 것을 가능하게 하는 전동기 제어장치에 관한 것이다.

종래의 전동기 제어장치는, 게인이나 필터의 설정 방법으로서 속도 제어부의 비례 게인(Kv) 등으로부터 속도 제어부의 적분 시정수, 위치비례 게인(Kp), 토크 지령 필터 등의 계산을 행하고, 내부 파라미터로서 임의의 디지털값을 설정, 기억하고 있다. 서보 앰프의 파라미터 설정방법 등에서 어느 지표(이 경우 원 파라미터 게인)를 파라미터 설정기로부터 설정하고 있는 것도 있다.

예를 들면 특허문헌 1의 전동기 제어장치는, 비례적분 연산부를 구비하고, 전동기의 각속도를 제어하는 속도 제어부와, 상기 속도 제어부의 비례 게인(Kv), 적분 시정수(Ti)의 어느 것이 설정된 경우, 이하의 (1) 또한 (2)식, 혹은 (3) 또한 (4)식으로 나타나는 관계를 항상 유지하도록, 다른 게인을 설정할 수 있는 게인 설정부와,

2π·Kv·Ti≥ Cpi(비례 적분 제어형의 경우) … (1)

단 Cpi는 이하의 조건으로 설정 가능한 정수

Cpi≥4 … (2)

2π·Kv·Ti≥Cip(적분 비례 제어형의 경우) … (3)

단 Cip는 이하의 조건으로 설정 가능한 정수

Cip≥2 … (4)

비례연산을 행하는 제1 보상부와, 적분 연산을 행하는 제2 보상부와, 상기 속도 제어부가 출력하는 전동기의 토크 신호(Tref)와 상기 제1 보상부의 출력과 상기 제2 보상부의 출력을 가산하여 등가강체 모델에 입력함과 동시에, 상기 속도 제어부의 속도신호로부터 상기 등가강체 모델의 출력을 뺀 차신호를 상기 제1 보상부와 상기 제2 보상부로 입력하는 입력부와, 상기 제1 보상부의 비례 게인을 제1 게인(

s)과 제2 게인(ωs)의 곱으로 정의하고, 상기 제2 보상부의 적분 게인을 상기 제2 게인의 2승으로 정의하고, 상기 속도 제어부의 상기 비례 연산부의 비례 게인(Kv)에 미리 설정하는 대역설정 계수(

)를 승산하여 상기 제2 게인(ωs)으로 하고, 상기 등가강체 모델의 출력과 상기 속도 제어부의 추정속도 신호와의 차신호의 절대값을 미리 설정되어 있는 검출속도 레벨과 비교하여, 그 대소를 검출하는 것이 가능한 진동 검출부를 구비하고 있다. 또한 전동기 제어장치에서의 상기 속도 제어부에 더하여, 위상제어 장치를 구비하고, 이 위치제어 장치의 비례 게인(Kp)과 상기 속도 제어부의 비례 게인(Kv), 적분 시정수(Ti)의 어느 것이 설정된 경우, 상기의 (1) 또한 (2)식, 혹은 (3) 또한 (4) 및 하기의 (5) 또한 (6)식,

Kp·Ti≤Cp(적분 비례 제어형) … (5)

단 Cp는 이하의 조건으로 설정 가능한 정수

Cp≤ 0.32 …(6)

으로 나타나는 관계를 항상 유지하도록, 다른 게인을 설정할 수 있는 게인 설정부를 구비하고 있다. 또한, 전동기 제어장치의 게인 설정방법은, 진동 검출부로부터 진동검출 출력이 있었던 경우에, 게인 설정부가, 자동적으로 비례 게인(Kv)을 10% 정도 낮춰, 진동검출 출력이 없어질 때까지 반복하여 비례 게인(Kv)을 낮추는 것이다.

또한 특허문헌 2에서의 서보 모터의 제어 파라미터 조정장치는, 서보 모터를 제어하기 위해 이용되는 복수의 제어 파라미터를 조정하는 장치이다. 그 복수의 제어 파라미터 중 적어도 1개의 제어 파라미터를 수정하는 제1 수정부와, 그 제1 수정부에 의해 수정된 적어도 1개의 제어 파라미터의 변화를 계산하는 계산부와, 계산된 변화에 의거하여, 복수의 제어 파라미터 중 제1 수정부에 의해 수정된 적어도 1개의 제어 파라미터 이외의 제어 파라미터를 수정하는 제2 수정부를 구비하는 것이다(예를 들면, 특허문헌 2 참조). 이와 같이 서보 앰프에 컴퓨터와의 통신을 행하고, 키 입력부, 표시부, 기억부 등을 통해 서보 앰프 내의 게인 설정장치에 대해 위치비례 게인, 속도비례 게인 등을 설정하는 것이다.

이와 같이, 종래의 전동기 제어장치는, 그 제어 게인, 필터의 설정 방법으로서, 하나의 게인과의 관계식으로부터 일정의 비율을 유지하면서 다른 게인이나 필터 시정수를 결정하기 위해 가능한 한 상세하게, 임의의 값을 취하는 것이 가능하 도록, 파라미터 등의 설정용 수치를 컴퓨터나 전용의 오퍼레이터를 그 입력장치로서 값을 조작자가 입력함으로써 전동기 제어장치 내부의 게인이나 필터 시정수를 설정하는 구성을 취하고 있는 것이다.

특허문헌 1:일본국 특허 공개공보 2003-189653호(도 2)

특허문헌 2:일본국 특개 공개공보 평06-319284호(도 1, 도 2, 도 7)

종래의 전동기 제어장치는, 그 속도 제어부의 비례 게인(Kv), 적분 시정수(Ti), 위치비례 게인(Kp), 토크 지령 필터(Tf) 등의 제어 게인값을 임의로 설정한다. 이 때문에, 내부 파라미터로서 임의의 디지털값을 설정, 변경시키기 위해 전용의 외부 설정기가 필요로 되어 있어, 설정을 위한 스위치 등의 파라미터 입력변경 스위치, 상기 디지털값을 조작자가 인식하기 위한 파라미터 표시기를 구비한 파라미터 조작장치가 필요하다. 이 때문에 전동기 제어장치의 구성부품수가 늘어, 결과적으로 전동기 제어장치의 제작 비용이 그만큼 비싸고, 제조에 필요한 공정이 증가한다는 문제가 있었다.

또한, 내부 파라미터는 통상 복수의 파라미터 번호 및 파라미터값을 디지털값으로 설정할 필요가 있기 때문에, 이들을 하나 또는 수개의 파라미터 입력 조작장치로 설정하기 위해, 다른 파라미터값의 변경을 위해, 파라미터 번호의 변경을 행하고, 이 번호에 대응하는 파라미터값을 변경하는 등의 조작 형식의 변경을 행할 필요가 있다. 이들 조작을 하는 것은 전동기 제어장치를 기계에 설치하고, 최초로 운전하고, 응답을 확인할 때의 짧은 기간만에 행해지는데, 이들 사용방법을 잘못하는 일 없이, 단시간에 행하는 것은 숙련 조작자 이외에는 어려웠다.

또한, 파라미터 입력장치를 없애도록 설계해도, 상기 제어 게인 등은 응답특성을 정하는 것으로, 조작자가 결정하는 것이 가능하지만, 기계의 특성에 따라 변하는 기계 공진 대책 필터인 노치 필터 주파수(Nf)는 기계로부터의 응답을 주파수 해석 등 행한 후에, 자동 설정된다. 이 때문에 한번 설정한 노치 필터 주파수(Nf)에 관해 나중에 기계특성을 크게 변경하거나, 전동기 제어장치를 교환하거나, 정격전력 용량이 다른 모터로 교환하는 등 하여, 전동기 제어장치에 기억되어 있는 노치 필터 주파수(Nf)가 실제의 기계특성의 공진 주파수와 맞지 않게 되는 경우에는, 파라미터 입력장치가 필요하게 되고, 노치 필터의 유효, 무효나 노치 필터 주파수(Nf)의 확인, 변경, 재설정의 작업이 필요하게 된다는 문제도 있었다.

본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 다음과 같다. (1)상기 파라미터 입력장치를 사용하지 않고, 제어 게인이나 노치 필터 주파수(Nf)를 설정, 변경, 재설정함과 동시에 전동기 제어장치 도입시부터 통상 운전까지에 필요했던 게인 조정에 드는 절차를 대폭 줄여, 비숙련자라도 간단히 취급할 수 있는 전동기 제어장치를 제공한다.

(2)복수의 제어 게인을 조정하기 위한 임의의 파라미터값을 설정하는 설정기를 사용하지 않고, 1개의 로터리 스위치에 의한 설정 변경만으로 제어 게인을 변경하여 제어장치를 소형화한다.

(3)전동기 제어장치가 설치되는 기계의 특성이 크게 바뀐 경우라도 스위치의 전환만으로 설정 대응할 수 있도록 한다.

(4)연속적인 제어 게인의 설정에 더하여, 새로운 게인 설정이나, 분명히 다 른 특성의 기계, 모터, 전동기 제어장치의 기능에 대응하기 위해 스위치에 설정되어 있는 게인, 필터값의 값을 크게 전환하거나, 스위치에 설정되어 있지 않은 전동기 제어장치의 제어 게인에 대한 변경을 가능하게 한다.

(5)최초로 전동기 제어장치로 기계를 구동할 때에 생기는 일이 있는 기계 공진 주파수에 의한 과대한 진동을 미연에 방지하고, 기계를 피손하거나 조작자나 기계 주변의 사람에게 위해가 미치는 일이 없도록 한다.

본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해, 비례적분 연산부를 구비하고 전동기의 각속도를 제어하는 속도 제어부와, 비례적분 연산부를 구비하고 전동기의 각도를 제어하는 위치 제어부와, 상기 위치 제어부의 비례 게인(Kp), 상기 속도 제어부의 비례 게인(Kv), 상기 속도 제어부의 적분 시정수(Ti), 상기 속도 제어부로부터 출력되는 토크 지령을 입력하는 토크 지령 필터의 로우패스 필터 시정수(Tf), 및 상기 위치 제어부의 전단에 배치되어 위치지령의 급준한 변동을 순조롭게 하기 위한 위치 가감속 필터의 로우패스 필터 시정수(Tp)의 값을 설정하는 설정부를 구비한 전동기 제어장치에 있어서, 상기 속도제어 비례 게인(Kv), 상기 위치 비례 게인(Kp), 상기 속도제어 적분 시정수(Ti), 상기 토크 지령 로우패스 필터(Tf) 및, 상기 위치지령 로우패스 필터 시정수(Tp)의 값이 그 설정값에 대해 어느 일정의 비율 또는 임의의 값으로 단계적으로 할당된 제1 전환부를 구비한 것이다.

또한, 비례적분 연산부를 구비하고 전동기의 각속도를 제어하는 속도 제어부와, 비례적분 연산부를 구비하고 전동기의 각도를 제어하는 위치 제어부와, 상기 위치 제어부의 비례 게인(Kp), 상기 속도 제어부의 비례 게인(Kv), 상기 속도 제어부의 적분 시정수(Ti), 상기 속도 제어부로부터 출력되는 토크 지령을 입력하는 토크 지령 필터의 로우패스 필터 시정수(Tf)의 값을 설정하는 설정부와, 상기 토크 지령 필터의 후단에 배치되는 노치 필터와 그 노치 필터 설정부를 구비한 전동기 제어장치에 있어서, 상기 속도제어 비례 게인(Kv), 상기 위치 비례 게인(kp), 상기 속도제어 적분 시정수(Ti), 상기 토크 지령 로우패스 필터(Tf)의 값이 그 설정값에 대해 어느 일정의 비율 또는 임의의 값으로 단계적으로 할당된 제1 전환부와, 제1 전환부의 설정을 전환함으로써, 상기 노치 필터 설정이, 상기 제1 전환부의 변경전에 설정되어 있던 노치 필터를 순간에 해제하고, 상기 제1 전환부가 전환된 직후, 상기 진동 주파수 해석부로부터 새로운 출력으로서 노치 필터 주파수값을 토크 지령에 재설정하고, 동시에 상기 설정 기억부에 설정값을 설정하는 설정부를 구비한 것이다.

또한, 상기 제1 전환부의 설정값을 항상 불휘발 메모리 내에 그 설정값을 기억하는 설정 기억부를 구비한 것이다.

또한, 위치지령의 펄스열 지령의 지령으로서 부호신호 및 펄스열, 또는 정전 펄스열 및 역전 펄스열 지령을 선택하고, 상기 펄스신호의 논리의 선택과, 지령 분해능의 선택을 하는 지령 펄스 선택부와, 상기 지령 펄스 선택부의 각 설정값을 할당된 제2 전환부를 구비하는 것이다.

또한 상기 노치 필터의 재설정은, 전동기 제어장치의 전원이 차단되어 있는 경우에 상기 제1 전환부가 변경된 경우에, 전원 투입시의 초기화 처리중에 상기 설정 기억부에 저장되어 있는 전회 전원 투입시의 상기 제1 전환부의 설정값과 금회 전원 투입시의 상기 제1 전환부의 설정값을 비교하여, 그 값이 다른 경우만 다시 노치 필터를 재설정하는 것이다.

또한, 상기 제2 전환부가 전원 투입중으로 변경된 것을 검출하는 변경 검출부를 구비한 것이다.

또한 상기 변경 검출부에서 전원 투입중에 상기 제2 전환부가 변경된 경우, 경고 표시부로 경고 표시하는 것이다.

또한, 전원 투입중에 상기 제2 전환부를 변경하고 경고 표시부가 경고를 발생한 후, 다시 변경전의 위치로 되돌린 경우는 경고 표시부의 경고 표시를 중지하는 것이다.

또한, 상기 경고 표시부 LED나 액정 등의 발광부를 점등 또는 단속적으로 점멸하는 것이다.

또한 모터통전 신호를 입력하고, 모터가 통전상태인지의 여부, 지령 펄스열 이 전동기 제어장치로 바르게 입력되어 있는지, 또는 위치편차를 0 클리어하는 신호가 입력되었는지의 적어도 하나를 표시하는 외부 표시부를 구비하는 청구항 1 또는 2에 기재한 전동기 제어장치이다.

또한, 상기 전동기 제어장치에 이상이 발생한 경우에 조작자에게 그 내용을 알릴 수 있는 외부 표시부를 구비한 것이다.

또한, 상기 노치 필터 설정부는 상기 제1 전환부의 값의 변화에 연동하여, 한번 노치 필터 주파수(Nf)가 설정된 후에 상기 제1 전환부가 변경되고, 그 설정값이 변한 경우에 다시 주파수 해석부로부터 그 시점에서의 진동 주파수를 다시 수취하고, 이 값을 노치 필터에 다시 설정하는 것이다.

또한, 청구항 1 또는 2 중 어느 한 항의 발명에 있어서 상기 제1 전환부를 로터리 스위치 또는 딥 스위치 또는 피아노 스위치로 한 것이다.

이에 의해, 다음의 작용, 기능을 구비한다. 즉, 전동기 제어장치 내부의 응답성을 정하는 복수의 제어 게인을 조정하기 위한 임의의 파라미터값을 설정하는 설정기를 사용하지 않고, 1개의 로터리 스위치에 의한 설정 변경만으로 제어 게인을 변경할 수 있어, 소형화된 전동기 제어장치의 표면에 있는 조작부에 점하는 면적이 작은 로터리 스위치를 사용함으로써, 장치 전체의 소형화를 실현할 수 있어, 전동기 제어장치의 내부에 있는 전자부품을 실장하는 기판의 점유 면적도 마찬가지로 작게 할 수 있다.

또한, 조작자가 설정하는 임의의 제어 게인뿐 아니라, 기계에 특유한 기계 공진 주파수에 대한 노치 필터 주파수(Nf)의 자동 설정, 및 자동 재설정이 상기의 하나의 로터리 스위치의 변경만으로 가능하기 때문에 전동기 제어장치가 설치되는 기계의 특성이 크게 변한 경우라도 스위치의 변경만으로 대응할 수 있다.

또한, 전동기 제어장치의 전원이 차단되어 있는 경우에도 로터리 스위치를 변경하는 경우, 전동기 제어장치의 전원 투입시의 초기화 처리 중에서 전회 전원 투입되어 있던 상태로부터의 변화를 검출할 수 있고, 전원이 투입되어 있을 때만 처리 가능한 파라미터값의 설정 방법에서는 발생하지 않는 문제에 대해서도 조작자가 설정한 내용을 실현할 수 있다.

또한, 로터리 스위치가 연속적인 제어 게인의 설정에 더하여, 새로운 게인 설정이나, 분명히 다른 특성의 기계, 모터, 전동기 제어장치의 기능에 대응하기 위해 로터리 스위치에 설정되어 있는 게인, 필터값의 값을 크게 전환하거나, 로터리 스위치에 설정되어 있지 않은 전동기 제어장치의 제어 게인에 대한 변경을 가하거나 할 수 있다.

(발명의 효과)

상기 수단에 의해 본 발명은 이하의 효과를 나타낸다.

(1)상기 파라미터 입력장치를 사용하지 않고, 제어 게인이나 노치 필터 주파수(Nf)를 설정, 변경, 재설정함과 동시에 전동기 제어장치 도입시부터 통상 운전까지에 필요했던 게인 조정에 드는 절차를 대폭 줄여, 비숙련자라도 간단히 취급할 수 있는 전동기 제어장치를 제공한다.

(2)복수의 제어 게인을 조정하기 위한 임의의 파라미터값을 설정하는 설정기를 사용하지 않고, 1개의 로터리 스위치에 의한 설정 변경만으로 제어 게인을 변경하여 제어장치를 소형화한다.

(3)전동기 제어장치가 설치되는 기계의 특성이 크게 변한 경우라도 스위치의 전환만으로 설정 대응할 수 있도록 한다.

(4)연속적인 제어 게인의 설정에 더하여, 새로운 게인 설정이나, 분명히 다른 특성의 기계, 모터, 전동기 제어장치의 기능에 대응하기 위해 스위치에 설정되어 있는 게인, 필터값의 값을 크게 전환하거나, 스위치에 설정되어 있지 않은 전동기 제어장치의 게인에 대한 변경을 가능하게 한다.

(5)최초로 전동기 제어장치에서 기계를 구동할 때에 생기는 일이 있는 기계 공진 주파수에 의한 과대한 진동을 미연에 방지하여, 기계를 파손하거나, 조작자나 기계 주변의 사람에게 위해가 미치지 않도록 한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예를 나타내는 전동기 제어장치의 전체 도면이다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예의 펄스 설정표와 게인, 필터 설정표를 나타내는 도면이다.

도 3은 본 발명의 전동기 제어장치의 로터리 스위치 1과 경고표시 장치(LED)의 처리를 나타내는 도면이다.

도 4는 본 발명의 전동기 제어장치의 로터리 스위치 1과 경고표시 장치(7 세그 LED)의 처리를 나타내는 도면이다.

도 5는 본 발명의 전동기 제어장치의 로터리 스위치 2와 경고표시 장치의 처리를 나타내는 도면이다.

도 6은 본 발명의 전동기 제어장치의 외부 표시장치와 내부 상태를 나타내는 도면이다.

*부호의 설명*

1 로터리 스위치 1 2 로터리 스위치 2

3 펄스 설정표 4 게인, 필터 설정표

5 LED 10 속도 제어부

11 위치 제어부 12 모터

13 인코더 14 각속도 연산부

15 주파수 해석부 16 주파수 설정부

17 노치 필터 18 토크 지령 필터

19 위치 가감속 필터 20 위치지령 펄스열

21 펄스 입력장치 22 표시부

23 외부 표시장치 1 24 외부 표시장치 2

25 경고표시 장치 30B 로터리 스위치 1 변경전

30A 로터리 스위치 1 변경후 31 로터리 스위치 1 검출부

32B 로터리 스위치 2 변경전 32A 로터리 스위치 2 변경후

51 로터리 스위치 2 설정 기억부 52 로터리 스위치 2 재설정부

이하, 본 발명의 실시형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

실시예 1

도 1은, 본 발명의 전동기 제어장치의 개략 블럭도이다. 도 1에 있어서 10은 속도 제어부, 11은 위치 제어부, 12는 모터, 13은 인코더, 14는 각속도 연산부, 15는 주파수 해석부, 16은 주파수 설정부, 17은 노치 필터, 18는 토크 지령 필터, 19는 위치 가감속 필터, 20은 위치지령 펄스열, 21은 펄스 입력장치, 22는 표시부이다. 이 표시부(22)는, 23의 외부 표시장치(1, 24)의 외부 표시장치(2, 25)의 경고표시장치로 구성된다. 도 2는 본 발명의 제1 실시예의 펄스 설정표와 게인, 필터 설정표를 나타내는 도면이다. 도 2에 있어서, 1은 제2 전환부인 로터리·스위치 1, 2는 제1 전환부인 로터리 스위치 2이고, 중앙부 화살표의 가동 스위치부가 설정된 값이 되도록 외부에서 변경되면 전동기 제어장치 내부의 불휘발 기억장치에 미리 기억되어 있는 펄스 설정표(3) 및 게인, 필터 설정표(4)(도 2)의 해당하는 설정번호의 설정내용이 각각 전동기 제어장치의 내부 정수로서 설정된다.

여기서 펄스 설정표(3)는, 현재 널리 사용되고 있는 프로그래머블 컨트롤러나 NC, 머신 컨트롤러 등, 시퀀서 등으로 구성된 상위 지령장치 등으로부터 운전용지령 펄스열을 전동기 제어장치로 출력한다. 펄스 설정표(3)는, 모터 제어하는 구성으로서 산업계에서 일반적인 CW 및 CCW의 2상 펄스출력 방식과 부호 및 펄스열 지령에 의한 펄스지령 형태 및 그들 각 조합의 논리 반전된 합계 4종류의 펄스형태 및 모터 1회전 하는데 필요한 펄스수(지령 분해능)를 1000펄스, 2500펄스, 5000펄스, 10000펄스의 합계 4종류의 모두 16종류의 펄스 설정값을 구성하고 있다.

펄스 형태로서는 이밖에 A상, B상의 90° 위상의 펄스로 구성하는 것이 있다. 또한 지령 분해능은 상위 장치가 출력 가능한 펼스열 출력 주파수와 모터 최고 회전수로부터 결정된다. 즉 지령 분해가 1000P/REV의 경우, 최고 회전수가 Vmax(min^-1)를 돌리는데 필요한 지령 펄스 주파수(Prefx)는,

Prefx=(Vmax/60)×1000 …(7)

이 되고, 이들 중에서 설정값을 정했기 때문에, 상기의 설정이 되었다.

게인, 필터 설정표(4)의 각 제어 게인 및 필터는 예를 들면 일본국 특허 공개공보 2003-189653(특허문헌 1)의(1)∼(6)식에서 나타나는 2차계로 한 경우의 루 쓰-후루비쯔(Routh-Hurwitz) 등의 안정성으로부터 용이하게 유도할 수 있는 관계식에 안전율을 형성한 값과 경험칙으로부터 이하의 식으로 나타나는 관계식으로 구성되어 있다.

Kv·Ti≥4/2π … (8)

Kp=Kv … (9)

Tf=0.04/Kv …(10)

여기서 로터리 스위치의 설정값(RSW2)의 값으로 0∼4까지는 상위 장치로부터의 급준한 지령을 순조롭게 함으로써 모터의 급가속이 주원인이 되는 진동을 억제하기 위해 위치지령 가감속시 정수를 0ms에서 20ms까지 등차적으로 증가시키었다. 이 설정폭에 대해서는 조작자가 로터리 스위치 2의 설정값을 0에서 4까지 단계적으로 변경한 경우, 지령 필터에 의해 응답이 둔해지는 효과와 위치결정 잠정시간이 등차적으로 증가하는 것을 고려하여 설정하였다. 또한 RSW2의 설정값이 5에서 7까지는 상기 0에서 4까지의 설정값에서는 진동을 억제할 수 없는 경우라도 속도비례 게인을 낮춤으로써 응답특성을 낮추는 것에 의해 진동을 억제할 수 있다. 또한 이때의 위치지령 가감속시 정수를 20, 10, 20으로 설정하고 있는 것은 속도비례 게인을 낮추고, 동시에 위치비례 게인을 낮추는 것이 되어, 위치결정 잠정시간이 길어지는 것에 맞춰 위치지령 가감속시 정수가 설정되어 있다.

설정값 8에서 F의 설정은 상기 O에서 6까지의 게인, 필터 설정을 역으로 하여 F에서 8의 순으로 같은 값을 설정하고 있다. 이는 조작자가 0에서 1로 변경할 때, 잘못하여 F로 설정해도 그 설정값의 비례 게인의 대소의 차에 의해 기계에 진 동 등이 발생하지 않도록 하기 위함이다.

본 발명의 제어 블럭도인 도 1에 있어서, 전동기 제어장치 내부의 제어 블럭은, 외부로부터 위치지령 지령 펄스열(20)이 입력되면 입력된 펄스의 형태와 지령 분해능으로부터 위치지령(pref)을 작성하는 펄스 입력장치(21)를 통해, 위치 가감속 필터(19)에 입력된다. 여기서 위치 가감속시 정수(Tp)에 의해 로우패스 필터를 구성하는, 이때 로우패스 필터가 아니라, 이동 평균 등 이른바 S자 가감속 필터를 사용하는 것도 가능하고, 이 경우 로우패스 필터보다 내부 버퍼로서 사용하는 메모리 용량이 증가하는데, 기동 정지시의 쇼크를 가능한 한 작게 하는 것이 가능하다.

이 로터리 스위치 1은 전원 투입 중에 값이 변경되면, 조작자에 대해 분명히 값을 변경한 것을 확인하고, 다음의 운전이 안전하게 바른 설정으로 운전되도록 되기 위해 경고표시 장치(22)를 이용하여 LED의 일정주기 또는 임의의 점등, 소등에 의해 경고를 발하고, 로터리 스위치 1이 전원 투입중에 설정값이 변경되더라도, 내부 처리는 현재 설정된 새로운 펄스 설정으로는 하지 않고, 변경전의 값으로 설정된다. 이 이외의 경고 방법은 설치 면적의 문제도 있지만, 하나 또는 복수의 7 세그먼트 LED에 의한 알람 문자의 일부 또는 전부 또는 숫자를 표시하는 것도 다른 방법으로서 생각된다.

또한 조작자가 전원 투입중에 상기 로터리 스위치 1을 변경하고, 경고표시 장치(25)가 경고를 발생하고, 다시, 변경전의 위치로 되돌린 경우는 경고표시 장치의 경고를 중지한다.

23는 외부 표시장치 1이고, 전동기 제어장치의 전원이 투입된 경우에 내부의 전압을 검출함으로써 미리 설정되어 있는 전압값의 범위내에 있는 경우에 점등하는 LED를 나타내고 있다. 또는 하나 또는 복수의 7 세그먼트 LED에 의한 표시도 가능하고, 사용자가 전동기 제어장치가 통전 상태인 것을 확인할 수 있도록 되어 있다.

24는 외부 표시장치 2이고, 전동기 제어장치의 전원이 투입되고, 혹은 전동기 제어장치에 모터 통전신호가 입력되고, 모터가 통전상태가 되는, 혹은 전동기 제어장치에 구동용의 지령 펄스열이 입력된 경우 혹은 도 1의 위치 제어부(11) 내의 위치편차를 외부 입력신호에 의해 강제적으로 O 클리어하는 경우의 각각의 상태를 확인할 수 있는 것과 같은 2색 LED 또는 2종류의 단색의 LED에 의한 표시를 한다. 도 6은 상기의 일례로서 각각 3개의 상태의 조합과 그 경우의 LED의 점등, 점멸을 나타내고 있다. 이에 의해 조작자는 적은 표시장치이지만, 전동기 제어장치 내의 상태를 거의 알 수 있고, 파라미터 등의 디지털값의 설정, 표시장치가 없는 본 발명의 운전에서의 표시를 최소한의 표시방법에 의해 사용자가 전동기 제어장치를 최초로 운전하는 경우의 외부 입력신호, 지령 펄스열의 극성, 전압 레벨, 입력포트 등의 설정이 정상인지의 작업내용을 확인할 수 있도록 하고 있다.

도 1의 25는 경고표시 장치이고, 전동기 제어장치의 전원이 투입된 경우에 전동기 제어장치 내부에 발생하는 이상 상태, 예를 들면 전원전압이 매우 높은 혹은 낮은 경우, 또한 모터 속도가 기준값을 넘은 경우, 또는 전동기 제어장치의 내부온도가 매우 높은 경우 등의 안정한 운전이 곤란한 경우의 알람으로서 점등하는 LED를 나타낸다. 도 1의 경고표시 장치(25)는 이 LED가 3개 있고, 이들을 점등, 소등함에 의해 8가지의 표시를 할 수 있다. 또한 LED 대신으로서 하나 또는 복수의 7 세그먼트 LED에 의한 표시도 가능하고, 사용자의 최초의 설정 작업 내용을 확인할 수 있도록 하고 있다.

11은 위치 제어부인, 인코더(13)로부터의 위치 피드백 신호와 상기의 위치지령과의 편차에 대해 위치제어 비례 게인(Kp)을 거는 것에 의해 속도지령(Vtef)이 된다.

인코더의 위치정보를 각속도 연산부(14)에 의해 미분 처리하고, 피드백 각속도(Vtb)를 작성한다. 속도 제어부(10)는 피드백 각속도(Vtb)와 속도지령(Vref)의 편차를 만들고, 속도제어 비례 게인(Kv)과 속도제어 적분 시정수에 의해 정상편차를 저감하고, 토크 지령(Tref)을 구한다. 이 토크 지령(Tref)은, 토크 지령 필터(18)와 주파수 해석부(15)로 입력된다.

18은 상기 작성된 토크 지령(Tref)에서 응답의 불안정 성분이 되는 고주파 성분을 제거하기 위한 로우패스 필터의 토크 지령 필터이고, 그 설정시 정수(Tf)가 내부 설정된다.

17은 노치 필터이고, 모터(12)의 부하측에 접속되는 기계장치가 갖는 기계 공진 주파수(고유 진동수)에 대해 토크 지령으로부터 모터 속도의 오픈 루프의 응답이 기계 공진 주파수부에서 크게 국부적으로 진폭이 증대하고, 속도제어 응답 주파수(Kv)와의 사이에 간섭이 발생하는 것을 막기 위해 노치 필터에서 감쇠시키는 응답이 되는 필터를 설정한다.

15는 모터와 기계의 피드백 각속도(Vfb)로부터 발진하고 있는 진동 주파수를 추출하기 위한 주파수 해석부이고, 각속도 연산부(14)로부터의 모터속도 및 속도 제어부(10)의 출력인 토크 지령(Tref)으로부터, 예를 들면 일본국 특허 공개공보 2003-189653호의 도 4는, 도 5에 나타내는 바와 같이 이들 Vfb와 Tref로부터 등가강체 옵서버를 구성하고, 옵서버의 대역 설정은 속도제어 비례 게인(Kv)의

배를 설정하고, 주파수 해석부에서 추정되는 모터 속도인 옵서버 속도(Vfbx)를 작성하고, 상기 모터 속도(Vfb)와의 차를 작성한 것이 진동 성분이 된다.

|Vfb-Vfbx|=Vvib …(11)

이 Vvib 신호에 대해 푸리에 변환 등의 주파수 성분으로의 해석을 행하고, 그들 주파수 성분에 대한 게인값을 특정하고, 그 분포 중에서 노치 필터가 속도제어 비례 게인(Kv)의 4에서 5배의 응답 주파수 이상이고, 또한 게인의 가장 큰 주파수(Nf) 또는 주파수(Nf)와 게인의 승산값 중에서 최대의 값에 대해 설정한다. 예를 들면 속도제어 비례 게인(Kv)이 40Hz의 경우 약 160에서 200Hz 이상의 값을 특정하게 된다. 이 범위에서의 해석 결과는 모터에 접속된 기계를 포함시킨 구조의 공진 주파수에 상당한다고 생각되고, 이 주파수에 노치 필터를 설정하기 위한 것이다.

16은 노치 필터의 주파수 설정기이고, 주파수 해석부에서 얻어진 노치 필터 주파수(Nf)를 실제의 노치 필터부(17)에 설정하기 위한 것이다. 이 노치 필터 설정부는 로터리 스위치 2의 값의 변화에 연동하고 있고, 한번 노치 필터 주파수(Nf)가 설정된 후에 로터리 스위치 2가 변경되고, 그 설정값이 변한 경우에 다시 상기 노치 필터 주파수 해석부(15)로부터 그 시점에서의 진동 주파수를 다시 수취하고, 이 값을 노치 필터(17)에 재설정한다.

도 3은 로터리 스위치 1의 설정 변경에 의해 경고 표시하는 도면을 나타내고 있다. 30B는 로터리 스위치가 변경되기 전의 스위치 설정을 나타내고 있는, 이 경우의 값은 4을 나타내고 있고, 도 2는 펄스 설정표(3)의 RSW1의 값이 4의 행의 설정값(CW+CCW 부논리, 지령 분해능 1000펄스/ref)가 설정되어 있다. 30A는 스위치가 변경된 후의 설정값이고, 이 경우 O(CW+CCW 정논리, 지령 분해능 1000펄스/ref)를 나타내고 있다. 전원이 투입되어 있는 동안에 32B의 설정값이, 30A의 설정값으로 변경된 경우, 설정값을 유효로 하지 않고, 4의 경고표시 장치로의 출력신호를 발신한다. 도 4는 이 표시장치를 7 세그먼트 LED를 이용하여 숫자 또는 각 LED의 조합에 의해 경고로 하는 것도 가능하다. 이 경우, 운전중 또는 전원 투입중 등에 지령펄스 형태나 지령 분해능을 바꾸게 되고, 위치편차가 극단적으로 커져, 모터축이 진동적이 되거나 하기 때문에 위험하다. 이 때문에 조작자로의 경고를 하고, 또한 변경하는 경우에는 한번 전원을 재투입하는 행위를 행하고, 30A의 설정값을 유효로 한다.

도 5는 로터리 스위치 2의 설정 변경에 의해 게인, 필터를 설정하고, 또한 설정값을 변경함으로써 노치 필터 설정 주파수의 검출, 재설정하는 도면을 나타내고 있다. 32B는 로터리 스위치 2가 변경되기 전의 값으로 4가 설정되어 있다. 32A는 변경된 후의 설정값 O이 나타나 있다. 여기서 전원 투입중에 상기 32B로 표시되는 4가 설정되면 즉시에 로터치 스위치 2 설정 기억부(51)의 불휘발 메모리에 그 설정값이 기억된다. 그 후, 전원이 차단된 경우라도 설정값이 상기 32A로 표시되는 0의 설정으로 변경된 채로 전원이 투입된 경우에, 로터리 스위치 2 재설정부(52)에서는, 이 로터리 스위치 2 설정 기억부(51)로부터의 정보 및 현재 설정되어 있는 32A의 설정값과의 값을 비교하고, 전회와 금회, 즉 32B의 설정과 32A의 설정, 혹은 설정값 4와 0이 다른 것으로부터 전원투입 전후에서 로터리 스위치 2가 변경된 것을 인식한다. 설정이 변경되어 있는 것으로부터 진동 주파수 해석부(5)로 새롭게 진동이 발생하고 있는지, 또한 그때의 주파수를 해석한다. 그후, 진동 주파수 설정부(4)에서 설정을 최종 판단하고, 노치 필터(17)에 설정된다.

본 발명이 종래 기술과 다른 부분을 설명한다. 우선 종래 기술에서는, 제어 게인을 선택하고, 그 조합을 확정하고, 전동기 제어장치에 설정하기 때문에, 전동기 제어장치에 더하여, 파라미터 설정장치가 필요하게 되고, 그를 위한 제조 비용이 든다. 또한 전동기 제어장치의 조작자는 설정방법에 따른 조작을 할 필요가 있고, 설정 모드의 전환이 필요하게 되거나 한다. 본 발명의 경우 상기의 파라미터 설정장치는 불필요하고, 염가인 로터리 스위치 1개로 이 제어 게인의 설정이 가능하고, 제조 비용을 대폭 낮출 수 있고, 또한 전동기 제어장치의 조작자는 번거로운 파라미터 설정장치의 설정 방법에 따를 필요가 없고, 운전상태를 확인하면서 로터리 스위치를 전환함으로써 지령 필터 시정수를 연장하고, 운전시의 응답이 안정할 때까지 설정을 전환하는 것만으로 된다.

또한 최초로 전동기 제어장치에서 기계를 구동할 때에 기계 공진 주파수에 의한 진동이 발생하는 경우가 있고, 이는 실제로 운전해서 처음 알 수 있는 것이다. 그 경우 기계 공진 필터의 설정을 상기의 파라미터 설정장치에서 조작하여 설정할 필요가 있고, 진동이 큰 경우에는 기계를 파손하거나, 조작자나 기계 주변의 사람에게 위해를 가하는 경우도 있다. 그 때문에, 최초로 전동기 제어장치를 운전 하는 경우는 항상 비상 정지장치 등으로 전동기의 통전을 급속히 차단하는 등의 안전책을 강구하고 나서 운전할 필요가 있다. 본 발명에 의하면 이 노치 필터 주파수는 전동기를 통전한 직후에 진동이 있는지의 여부를 자동적으로 검출하고, 혹시 진동이 있는 일정 레벨이상이면 그 진동 주파수를 결정하고, 자동적으로 노치 필터 주파수를 진동 주파수로 설정한다. 또한 본 발명이라면, 전동기 제어장치의 특성이 크게 변하여, 상기의 진동 주파수가 다른 경우라도 로터리 스위치를 전환할 뿐으로 다시 주파수의 검출로부터 자동 설정까지를 행하는 기능을 구비한 부분이다.

본 발명은 펄스열 입력형의 전동기 제어장치에 관한 것인데, 도 1의 펄스 입력장치 대신에 상위 장치와의 송수신 통신기능을 갖게 하고, 상위 장치로부터의 위치지령 데이터를 전동기 제어장치에 입력함으로써 펄스 설정표(3)의 지령 분해능의 항목을 그대로 사용할 수 있다. 따라서, 통신 기능을 가진 전동기 제어장치의 게인 설정과 필터 설정이라는 용도에도 적용할 수 있다.

또한 펄스열 입력장치도 통신에 의한 위치 데이터의 송수신 기능도 없고, 전동기 제어장치 내부에서 복수의 위치 데이터를 불휘발 기억장치에 설정 가능한 전동기 제어장치를 그 복수의 위치를 임의의 혹은 미리 설정된 순서로 순차 이동하는 것과 같은 지령형태의 전동기 제어장치에도 적용할 수 있다.

Claims (13)

1. 비례적분 연산부를 구비하고 전동기의 각속도를 제어하는 속도 제어부와, 비례적분 연산부를 구비하고 전동기의 각도를 제어하는 위치 제어부와, 상기 위치 제어부의 비례 게인(Kp), 상기 속도 제어부의 비례 게인(Kv), 상기 속도 제어부의 적분 시정수(Ti), 상기 속도 제어부로부터 출력되는 토크 지령을 입력하는 토크 지령 필터의 로우패스 필터 시정수(Tf), 및 상기 위치 제어부의 전단에 배치되어 위치 지령의 급준한 변동을 순조롭게 하기 위한 위치 가감속 필터의 로우패스 필터 시정수(Tp)의 값을 설정하는 설정부를 구비한 전동기 제어장치에 있어서,

   상기 속도제어 비례 게인(Kv), 상기 위치비례 게인(Kp), 상기 속도제어 적분 시정수(Ti), 상기 토크 지령 로우패스 필터(Tf) 및, 상기 위치지령 로우패스 필터 시정수(Tp)의 값이 그 설정값에 대해 어느 일정의 비율 또는 임의의 값으로 단계적으로 할당된 제1 전환부를 구비한 것을 특징으로 하는 전동기 제어장치.
2. 비례적분 연산부를 구비하고 전동기의 각속도를 제어하는 속도 제어부와, 비례적분 연산부를 구비하고 전동기의 각도를 제어하는 위치 제어부와, 상기 위치 제어부의 비례 게인(Kp), 상기 속도 제어부의 비례 게인(Kv), 상기 속도 제어부의 적분 시정수(Ti), 상기 속도 제어부로부터 출력되는 토크 지령을 입력하는 토크 지령 필터의 로우패스 필터 시정수(Tf)의 값을 설정하는 설정부와, 상기 토크 지령 필터의 후단에 배치되는 노치 필터와 그 노치 필터 설정부를 구비한 전동기 제어장치에 있어서,

   상기 속도제어 비례 게인(Kv), 상기 위치비례 게인(Kp), 상기 속도제어 적분 시정수(Ti), 상기 토크 지령 로우패스 필터(Tf)의 값이 그 설정값에 대해 어느 일정의 비율 또는 임의의 값으로 단계적으로 할당된 제1 전환부와,

   제1 전환부의 설정을 전환함으로써, 상기 노치 필터 설정이, 상기 제1 전환부의 변경전에 설정되어 있던 노치 필터를 순간에 해제하고, 상기 제1 전환부가 전환된 직후, 상기 진동 주파수 해석부로부터 새로운 출력으로서 노치 필터 주파수값을 토크 지령으로 재설정하고, 동시에 상기 설정 기억부에 설정값을 설정하는 설정부를 구비한 것을 특징으로 하는 전동기 제어장치.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 제1 전환부의 설정값을 항상 불휘발 메모리 내에 그 설정값을 기억하는 설정 기억부를 구비한 것을 특징으로 하는 전동기 제어장치.
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   위치지령의 펄스열 지령의 지령으로서 부호신호 및 펄스열, 또는 정전 펄스열 및 역전 펄스열 지령을 선택하고, 상기 펄스신호의 논리의 선택과, 지령 분해능의 선택을 하는 지령 펄스 선택부와,

   상기 지령 펄스 선택부의 각 설정값이 할당된 제2 전환부를 구비한 것을 특징으로 하는 전동기 제어장치.
5. 청구항 2에 있어서,

   상기 노치 필터의 재설정은, 전동기 제어장치의 전원이 차단되어 있는 경우에 상기 제1 전환부가 변경된 경우에, 전원 투입시의 초기화 처리중에 상기 설정 기억부에 저장되어 있는 전회 전원 투입시의 상기 제1 전환부의 설정값과 금회 전원 투입시의 상기 제1 전환부의 설정값을 비교하고, 그 값이 다른 경우만 다시 노치 필터를 재설정하는 것을 특징으로 하는 전동기 제어장치.
6. 청구항 4에 있어서,

   상기 제2 전환부가 전원 투입중에 변경된 것을 검출하는 변경 검출부를 구비한 것인, 전동기 제어장치.
7. 청구항 6에 있어서,

   상기 변경 검출부에서 전원 투입중에 상기 제2 전환부가 변경된 경우, 경고 표시부에 경고 표시하는 것인, 전동기 제어장치.
8. 청구항 6에 있어서,

   전원 투입중에 상기 제2 전환부를 변경하고 경고 표시부가 경고를 발생한 후, 다시 변경전의 위치로 되돌린 경우는 경고 표시부의 경고표시를 중지하는, 전동기 제어장치.
9. 청구항 7에 있어서,

   상기 경고 표시부 LED나 액정 등의 발광부를 점등 또는 단속적으로 점멸하는 것인, 전동기 제어장치.
10. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

    모터통전 신호를 입력하고, 모터가 통전 상태인지의 여부, 지령 펄스열이 전 동기 제어장치에 바르게 입력되어 있는지, 또는 위치편차를 0 클리어하는 신호가 입력되었는지의 적어도 하나를 표시하는 외부 표시부를 구비한, 전동기 제어장치.
11. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

    상기 전동기 제어장치에 이상이 발생한 경우에 조작자에게 그 내용을 알릴 수 있는 외부 표시부를 구비한 것인, 전동기 제어장치
12. 청구항 2에 있어서,

    상기 노치 필터 설정부는 상기 제1 전환부의 값의 변화에 연동하여, 한번 노치 필터 주파수(Nf)가 설정된 후에 상기 제1 전환부가 변경되고, 그 설정값이 변한 경우에 다시 주파수 해석부로부터 그 시점에서의 진동 주파수를 다시 수취하고, 이 값을 노치 필터에 다시 설정하는 것을 특징으로 하는 전동기 제어장치.
13. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

    상기 제1 전환부가 로터리 스위치 또는 딥 스위치 또는 피아노 스위치인, 전동기 제어장치.

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