KR20160118665A - Apparatus for detecting and suppressing resonance in servo system and method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 서보 시스템의 자동 공진 검출 및 억제 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주파수 추정기, 공진 감지기 및 공진 억제기를 사용하여 서보 시스템에서 발생하는 공진을 자동으로 검출하고 그 공진의 주파수를 추정하고 억제하는 방법에 관한 것이다. More particularly, the present invention relates to a method and apparatus for automatically detecting a resonance occurring in a servo system using a frequency estimator, a resonance sensor, and a resonance suppressor, estimating a frequency of the resonance, .
서보 시스템의 공진 현상을 억제하기 위한 방법으로 출력 전류 명령에 노치 필터를 적용하는 방법이 널리 사용되고 있다. 노치 필터란 입력 신호에서 특정 주파수 대역의 성분을 제거한 신호를 출력시키는 필터로서 이를 사용하면 전류 명령에서 공진을 유발하는 성분을 제거하여 서보 시스템의 공진 영향을 억제할 수 있다.As a method for suppressing the resonance phenomenon of the servo system, a method of applying the notch filter to the output current command is widely used. The notch filter is a filter that removes a component of a specific frequency band from the input signal. If it is used, the resonance effect of the servo system can be suppressed by removing the component causing resonance in the current command.
하지만 이러한 공진 억제 방법은 시스템의 공진 주파수를 알고 있어야 가능한 방법이므로 공진 주파수를 모르는 경우 적용하기 어렵다. 이 경우 별도의 추정 방법을 사용하여 시스템의 공진 주파수를 알아낼 수 있다. 대표적인 공진 주파수의 추정 방법으로 특정 입력, 예를 들어 주파수 스윕이나 화이트 노이즈를 인가한 뒤 발생하는 피드백 신호를 분석하여 시스템 응답을 확인하는 방법이 있다. 하지만 이는 실시간 추정이 아닌 오프라인으로 비 실시간 추정이라는 한계가 있어, 변하는 상황에 빠르게 대처하지 못하고 시스템 파라미터를 미리 고정해야 한다는 단점이 있다. However, this resonance suppression method is a method capable of knowing the resonance frequency of the system, so it is difficult to apply the resonance frequency when the resonance frequency is unknown. In this case, the resonance frequency of the system can be determined using a separate estimation method. As a typical resonant frequency estimation method, there is a method of confirming a system response by analyzing a feedback signal generated after a specific input, for example, a frequency sweep or white noise is applied. However, there is a disadvantage in that it is not real time estimation but offline and non-real time estimation.
공진 주파수의 실시간 추정을 위한 방법으로는 주파수 추정기로 출력 전류 명령 신호를 주파수 분석하는 방법이 있다. 공진 현상이 발생하면 서보 시스템의 폐루프 구조상 전류 명령에도 공진 현상에 의한 영향이 반영된다. 즉, 공진 현상 발생 중 출력되는 전류 명령에는 공진 주파수 대역의 큰 신호가 존재한다. 신호의 주파수 특성을 분석하는 방법으로 고속 푸리에 변환 방법이 가장 널리 쓰이지만, 일정 개수 이상의 입력 샘플이 요구되므로 다수의 샘플에 소요된 시간만큼 지연이 되는, 즉 실시간 방법이 아니어서 처음에 소요된 시간 동안에 공진 억제를 하지 못한다는 단점이 있다. 또한 비교적 높은 연산량을 가진다는 단점이 있다.As a method for real-time estimation of the resonant frequency, there is a method of frequency-analyzing the output current command signal by a frequency estimator. If a resonance phenomenon occurs, the influence of the resonance phenomenon is reflected in the current command on the closed loop structure of the servo system. That is, there is a signal having a large resonance frequency band in the current command outputted during the occurrence of the resonance phenomenon. Fast Fourier transform method is most widely used as a method of analyzing the frequency characteristics of a signal. However, since more than a certain number of input samples are required, the time required for many samples is delayed, that is, The resonance suppression can not be performed. In addition, it has a disadvantage that it has a relatively high calculation amount.
한편 적응 노치 필터를 이용하면 고속 푸리에 변환보다 적은 연산량으로 공진 주파수를 추정함과 동시에 이를 억제할 수 있다. 적응 노치 필터란 노치 필터에 필터 주파수를 변화시키는 주파수 추정기가 포함되어 필터의 주파수가 실시간으로 바뀌는 노치 필터를 말한다. 언급한 주파수 추정기는 필터 주파수가 입력 신호의 기본 주파수가 되도록 필터 주파수의 1차 미분 값을 조절한다. 즉, 필터 주파수가 입력 신호의 기본 주파수에 가까워질수록 필터 주파수의 1차 미분 값을 감소시켜 필터 주파수를 입력 신호의 기본 주파수에 수렴시키는 것이다. 필터 주파수의 1차 미분 값 계산에는 노치 필터의 출력 신호가 포함되는데, 노치 필터의 출력 신호는 필터 주파수와 입력 신호의 기본 주파수가 같아지는 조건에서 최소화되므로, 같은 조건에서 계산되는 필터 주파수의 1차 미분 값 또한 최소화된다. 이러한 원리로 정상 상태에서 적응 노치 필터의 필터 주파수는 입력 신호의 기본 주파수가 되고 출력 신호에는 입력 신호에서 기본 주파수 성분이 제거된 신호가 출력된다. 시스템에 공진 현상이 발생하면 전류 명령의 기본 주파수는 공진 주파수가 되기 때문에 위 적응 노치 필터의 원리에 의하여 정상 상태에서 공진 주파수 추정과 공진 억제가 동시에 일어난다.On the other hand, when the adaptive notch filter is used, the resonance frequency can be estimated and suppressed at a smaller amount of computation than the fast Fourier transform. The adaptive notch filter is a notch filter that includes a frequency estimator that changes the filter frequency in the notch filter, and changes the frequency of the filter in real time. The mentioned frequency estimator adjusts the first derivative of the filter frequency so that the filter frequency is the fundamental frequency of the input signal. That is, as the filter frequency approaches the fundamental frequency of the input signal, the first derivative of the filter frequency is reduced to converge the filter frequency to the fundamental frequency of the input signal. The first derivative of the filter frequency includes the output signal of the notch filter. Since the output signal of the notch filter is minimized under the condition that the fundamental frequency of the input signal is the same as that of the filter frequency, The derivative value is also minimized. Under this principle, the filter frequency of the adaptive notch filter in the steady state becomes the fundamental frequency of the input signal, and the output signal is a signal from which the fundamental frequency component is removed from the input signal. When the resonance phenomenon occurs in the system, the fundamental frequency of the current command becomes the resonance frequency, so that the resonance frequency estimation and the resonance suppression occur simultaneously in the steady state by the principle of the above adaptive notch filter.
본 발명의 목적은, 공진 정보가 알려지지 않은 서보 시스템이 실시간으로 공진을 감지하고 공진 주파수를 추정한 뒤 이후 감지한 공진을 억제하는 방법을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for suppressing resonance after detecting a resonance in real time by a servo system in which resonance information is not known and estimating the resonance frequency.
본 발명의 다른 목적은, 적응 노치 필터와 고정 노치 필터를 혼합 운용하여 시스템이 가지고 있는 여러 개의 공진을 효과적으로 억제하는 방법과, It is another object of the present invention to provide a method for effectively suppressing several resonances of a system by mixing an adaptive notch filter and a fixed notch filter,
서보 시스템이 운용할 수 있는 노치 필터의 개수보다 많은 수의 공진을 감지하는 경우 발생한 공진의 크기를 고려, 고정 노치 필터를 재설정하여 한정된 개수의 노치 필터를 효율적으로 사용하는 방법을 제공하는 데 있다.The present invention provides a method of effectively using a limited number of notch filters by resetting a fixed notch filter in consideration of the magnitude of resonance generated when a resonance is detected in excess of the number of notch filters that can be operated by the servo system.
본 발명의 실시 예들에 따른, 서보 시스템의 자동 공진 검출 및 억제 방법은, 전류 명령의 분산을 계산하여 그 크기로 공진을 감지하는 단계, 적응 노치 필터 기반 주파수 추정기를 이용하여 전류 명령의 주파수를 추정하는 단계, 공진이 감지되면 추정 주파수를 필터 주파수로 갖는 적응 노치 필터를 전류 명령에 적용하는 단계, 적응 노치 필터 적용으로 공진 억제가 확인되면 적용중인 적응 노치 필터를 필터 주파수가 고정된 고정 노치 필터로 바꾸는 단계, 서보 시스템의 운용 가능 고정 노치 필터 수 보다 많은 수의 공진을 감지하는 경우 운용 중인 고정 노치 필터 중 가장 작은 공진을 억제하는 고정 노치 필터를 이후에 감지된 더 큰 공진을 억제하는 고정 노치 필터로 바꾸는 단계를 포함한다.According to embodiments of the present invention, a method of detecting and suppressing automatic resonance of a servo system includes: calculating a dispersion of a current command and sensing a resonance of the amplitude of the command; estimating a frequency of a current command using an adaptive notch filter- A step of applying an adaptive notch filter having an estimated frequency as a filter frequency to a current command when resonance is detected, a step of applying an adaptive notch filter to a fixed notch filter having a fixed filter frequency A fixed notch filter for suppressing the smallest resonance among the fixed notch filters in operation when the number of resonances greater than the number of operable fixed notch filters in the servo system is detected, . ≪ / RTI >
실시 예로서, 상기 서보 시스템의 자동 공진 검출 및 억제기는 서보 제어기에서 출력되는 전류 명령의 분산을 계산하여 그 크기로 공진을 감지하는 공진 감지기, 적응 노치 필터 기반 주파수 추정기로 공진 주파수를 추정하는 주파수 추정기, 적응 노치 필터와 고정 노치 필터를 이용하여 전류 명령 내 공진 유발 성분을 제거하는 공진 억제기를 포함할 수 있다.As an embodiment, the automatic resonance detection and suppressor of the servo system may include a resonance detector for calculating the dispersion of the current command output from the servo controller and sensing the resonance at the magnitude, a frequency estimator for estimating the resonance frequency using an adaptive notch filter- And a resonance suppressor that removes the resonance induced component in the current command using the adaptive notch filter and the fixed notch filter.
실시 예로서, 상기 공진 감지기는 전류 명령의 분산을 계산하고 그 크기에 기준하여 공진을 감지하되, 분산의 크기가 단순히 설정된 값을 일정 시간 동안 초과하는 경우와, 일정 크기 이상의 최대값을 도달한 이후 분산의 크기가 최대값보다는 작고 최대값의 절반보다는 큰 상태를 일정 시간 동안 유지하는 경우 두 가지를 공진 감지의 조건으로 한다.In one embodiment, the resonance sensor calculates the dispersion of the current command and senses resonance based on the magnitude of the magnitude of the current command, wherein the magnitude of the dispersion exceeds a simply set value for a period of time, When the magnitude of dispersion is smaller than the maximum value and the state where the magnitude of dispersion is larger than half of the maximum value is maintained for a predetermined time, two conditions are set as the resonance detection condition.
실시 예로서, 상기 공진 주파수 추정기는 적응 노치 필터의 주파수 추정기로 주파수를 추정하되, 주파수 추정기에 사용되는 주파수 추정 이득은 공진 감지기로 계산한 분산의 크기가 일정 이상인 경우 분산의 크기에 반비례하는 제 1 값을 갖도록 주파수 추정 이득을 조정하고, 분산의 크기가 일정 이하인 경우 주파수 추정 이득이 제 1 값과는 상이한 제 2 값을 갖도록 주파수 추정 이득을 조정할 수 있다.In one embodiment, the resonant frequency estimator estimates a frequency with a frequency estimator of an adaptive notch filter, wherein a frequency estimation gain used in the frequency estimator is a first frequency that is inversely proportional to the magnitude of dispersion, , And adjust the frequency estimation gain so that the frequency estimation gain has a second value different from the first value when the magnitude of variance is less than or equal to a certain value.
실시 예로서, 상기 제 2 값은 0일 수 있다.In an embodiment, the second value may be zero.
실시 예로서, 상기 공진 주파수 추정기의 주파수 추정 값은 이전 제어 주기의 주파수 추정 값과 동일한 값을 가질 수 있다.As an example, the frequency estimate of the resonant frequency estimator may have the same value as the frequency estimate of the previous control period.
실시 예로서, 상기 공진 억제기는 공진 감지기가 공진을 감지하면 주파수 추정기의 추정 주파수를 필터 주파수로 가지는 적응 노치 필터를 전류 명령에 적용하여 공진 억제를 시도하되, 적응 노치 필터 적용 이후의 전류 분산 값이 공진 감지 당시 전류 분산의 최대값의 일정 비율 이하가 되는 경우를 공진 억제의 조건으로 한다. 공진 억제 조건이 충족되면, 충족 시점의 적응 노치 필터를 고정 노치 필터로 변환하고 공진 감지 당시 전류 분산의 최대값을 발생한 공진의 크기로 간주하여 저장한다.In an embodiment, the resonance suppressor may be configured to perform resonance suppression by applying an adaptive notch filter having a frequency of the frequency estimator as a filter frequency to a current command when the resonance sensor senses resonance, wherein the current dispersion value after the application of the adaptive notch filter is The case where the resonance is suppressed at a certain rate or less of the maximum value of the current dispersion at the time of resonance detection is taken as a condition for resonance suppression. When the resonance suppression condition is satisfied, the adaptive notch filter at the time of satisfaction is converted into the fixed notch filter, and the maximum value of the current dispersion at the time of resonance detection is regarded as the size of the generated resonance and is stored.
실시 예로서, 상기 공진 억제기는 서보 시스템이 운용 가능한 고정 노치 필터를 모두 사용하는 상황에서 추가 공진이 발생하는 경우 해당 공진을 고정 노치 필터로 억제하되, 운용되는 고정 노치 필터 중 가장 작은 공진을 억제하는 노치 필터 설정 당시 저장된 전류 분산의 최대값보다 추가 공진 감지 시 계산된 전류 분산의 최대값이 더 클 경우에만 운용 중인 가장 작은 공진을 억제하는 노치 필터를 추가 공진을 억제하는 고정 노치 필터로 변경한다.In an embodiment, when the resonance suppressor generates additional resonance in a state where all of the fixed notch filters that can be operated by the servo system are used, the resonance is suppressed by the fixed notch filter, and the smallest resonance among the fixed notch filters operated is suppressed The notch filter that suppresses the smallest resonance in operation is changed to a fixed notch filter that suppresses resonance only when the maximum value of the current dispersion calculated at the time of additional resonance is larger than the maximum value of the current dispersion stored at the time of the notch filter setting.
본 발명의 실시 예들에 따르면, 공진 정보가 알려지지 않은 서보 시스템에서 공진 현상 발생 시 발생한 공진을 실시간으로 추정하고 억제할 수 있다.According to embodiments of the present invention, it is possible to estimate and suppress, in real time, resonance occurring when a resonance phenomenon occurs in a servo system in which resonance information is not known.
또한, 고정 노치 필터를 이용하여 공진 억제 작용을 수행하므로 서보 시스템이 운용 가능한 노치 필터 개수만큼 여러 개의 공진 성분을 억제할 수 있다.In addition, since the resonance suppression function is performed using the fixed notch filter, it is possible to suppress a plurality of resonance components as many as the number of notch filters that can be operated by the servo system.
또한, 서보 시스템이 운용 가능한 고정 노치 필터의 개수보다 많은 수의 공진을 감지하는 경우 발생한 공진의 크기를 고려, 고정 노치 필터를 재설정하므로 공진 억제에 필요한 한정된 개수의 고정 노치 필터를 효율적으로 사용할 수 있다.In addition, since the fixed notch filter is reset in consideration of the magnitude of the resonance generated when the servo system detects a larger number of resonances than the number of fixed notch filters that can be operated, a limited number of fixed notch filters necessary for resonance suppression can be efficiently used .
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 서보 시스템을 개략적으로 도시하는 블록도이다.
도 2는 도 1 의 서보 시스템의 일 예로서, 고정 노치 필터를 포함하는 서보 시스템을 개략적으로 도시하는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 공진 감지기, 공진 주파수 추정기, 공진 억제기를 갖는 서보 시스템을 개략적으로 도시하는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 공진 억제기의 고정 노치 필터 운용 과정을 개략적으로 도시하는 블록 흐름도이다.1 is a block diagram that schematically illustrates a servo system, in accordance with an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram schematically showing a servo system including a fixed notch filter as an example of the servo system of Fig.
3 is a block diagram that schematically illustrates a servo system having a resonance sensor, a resonance frequency estimator, and a resonance suppressor, in accordance with one embodiment of the present invention.
4 is a block flow diagram schematically illustrating the operation of a fixed notch filter of a resonance suppressor according to an embodiment of the present invention.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시 예를 예시로서 도시하는 첨부 도면들을 참조한다. 상세한 설명의 실시 예들은 당업자가 본 발명을 실시하기 위한 상세 설명을 개시하는 목적으로 제공된다. The following detailed description of the invention refers to the accompanying drawings, which illustrate, by way of example, specific embodiments in which the invention may be practiced. Embodiments of the detailed description are provided to those skilled in the art for the purpose of disclosing the detailed description for carrying out the invention.
본 발명의 각 실시 예들은 서로 상이한 경우를 설명할 수 있으나, 그것이 각 실시 예들이 상호 배타적임을 의미하는 것은 아니다. 예를 들어, 상세한 설명의 일 실시 예와 관련하여 설명된 특정 형상, 구조 및 특성은 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 예에서도 동일하게 구현될 수 있다. 또한, 여기서 개시되는 실시 예들의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양하게 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. Each of the embodiments of the present invention can describe different cases, but it does not mean that the embodiments are mutually exclusive. For example, the specific shapes, structures, and characteristics described in connection with one embodiment of the detailed description may be implemented in other embodiments without departing from the spirit and scope of the present invention. It is also to be understood that the location or arrangement of the individual components of the embodiments disclosed herein may be varied without departing from the spirit and scope of the invention.
한편, 여러 실시 예들에서 동일하거나 유사한 참조번호는 동일하거나 유사한 구성요소를 지칭한다. 첨부된 도면들에서 각 구성 요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제 적용되는 크기와 같거나 유사할 필요는 없다.
On the other hand, in various embodiments, the same or similar reference numerals refer to the same or similar components. In the accompanying drawings, the sizes of the respective components may be exaggerated for explanatory purposes and need not be equal to or similar to the actual applied size.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 서보 시스템을 개략적으로 도시하는 블록도이다. 도 1을 참조하면, 서보 시스템(100)은 제어부(110) 및 부하부(120)를 포함한다.1 is a block diagram that schematically illustrates a servo system, in accordance with an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a
제어부(110)는 서보 제어기(111) 및 전류 제어기(112)를 포함한다. 부하부(120)는 플랜트(121) 및 인코더(122)를 포함한다. 먼저, 서보 제어기(111)는 부하부(120)의 플랜트(121) 제어를 위한 전류 명령을 발생한다. 서보 제어기(111)로부터 전류 제어기(112)로 전류 명령이 전달되면, 전류 제어기(112)는 전류 명령에 상응하는 구동 전류를 플랜트(121)에 제공한다. 인코더(122)는 플랜트(121) 내에서 구동되는 모터의 파라미터를 인코딩하여 그것의 각변위를 제어기(111)에 피드백으로 제공한다. 제어기(111)는 이후의 플랜트(121) 제어 시 수신된 피드백을 참조한다.The
한편, 여기서는 피드백되는 신호가 각변위인 것으로 예를 들었지만, 본 발명의 범위는 이에 한정하지 않는다. 예를 들어, 피드백되는 신호에는 각변위를 대체하여 또는 그것에 더하여 모터의 속도가 더 포함될 수 있다.Although the example in which the feedback signal is an angular displacement is described here, the scope of the present invention is not limited thereto. For example, the feedback signal may further include the speed of the motor in addition to or in addition to the angular displacement.
전류 제어기(112), 플랜트(121) 및 인코더(122)의 구체적인 구성 및 동작 방법은 당해 기술 분야에 널리 알려져 있으므로, 여기서는 그에 대한 설명은 생략한다.The specific configuration and operation method of the
도 2는 앞서 설명된 서보 시스템의 일 예로서 고정 노치 필터를 포함하는 서보 시스템을 개략적으로 도시하는 블록도이다. 도 2를 참조하면, 서보 시스템은 제어부(210) 및 부하부(220)를 포함한다. 제어부(210)는 서보 제어기(211), 고정 노치 필터(212) 및 전류 제어기(213)를 포함한다. 부하부(220)는 플랜트(221)와 인코더(222)를 포함한다.2 is a block diagram schematically showing a servo system including a fixed notch filter as an example of the servo system described above. Referring to FIG. 2, the servo system includes a
도 2의 실시 예에서, 고정 노치 필터(212)는 서보 제어기(211)에서 출력되는 전류 명령의 필터 주파수에 해당하는 성분을 제거하는 역할을 수행한다. 부하의 공진 주파수를 알고 있는 경우, 고정 노치 필터(212)의 필터 주파수를 공진 주파수로 설정하면 서보 제어기(211)의 출력 전류 명령 중 공진 주파수 성분이 억제되어 전류 제어기(213)로부터 출력되는 구동 전류가 플랜트(221)의 공진 현상을 유발하지 않는다.In the embodiment of FIG. 2, the
도 2의 실시 예에서, 도 2의 서보 제어기(211), 전류 제어기(213), 플랜트(221) 및 인코더(222)는 도 1의 서보 제어기(111), 전류 제어기(112), 플랜트(121) 및 인코더(122)와 그 구성 및 동작이 실질적으로 동일하다.In the embodiment of FIG. 2, the
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 자동 공진 검출 및 억제부를 갖는 서보 시스템을 개략적으로 도시하는 블록도이다. 도 3을 참조하면, 서보 시스템(300)은 제어부(310), 자동 공진 검출 및 억제부(320), 부하부(330)를 포함한다. 제어부(310)는 서보 제어기(311) 및 전류 제어기(312)를 포함한다. 자동 공진 검출 및 억제부(320)는 공진 감지기(321), 주파수 추정기(322), 적응 노치 필터(323) 및 고정 노치 필터(324)를 포함한다. 부하부(330)는 플랜트(331) 및 인코더(332)를 포함한다.3 is a block diagram schematically showing a servo system having an automatic resonance detection and suppression section, according to an embodiment of the present invention. 3, the
본 발명에서, 도 3의 자동 공진 검출 및 억제부(320)는 다음의 과정으로 작동한다. 우선, 공진 감지기(321)는 시스템의 공진 발생 여부를 판단하기 위해 서보 제어기(311)에서 출력되는 전류 명령의 분산을 계산한다. 계산된 분산 값으로부터 조건 1, 조건 2의 두 조건 중 한 조건을 만족하면 공진이 발생했다고 판단한다.In the present invention, the automatic resonance detection and
[조건 1][Condition 1]
계산된 분산 값이 설정된 제 1값을 일정 시간 이상 초과하는 경우.The calculated dispersion value exceeds the set first value for more than a certain period of time.
[조건 2][Condition 2]
계산된 분산 값이 설정된 제 2값을 초과한 상태에서 최대값에 도달한 뒤 일정 시간 이상 최대값이 갱신되지 않는 경우.When the calculated dispersion value exceeds the set second value and the maximum value is not updated for a certain period of time after reaching the maximum value.
두 조건 중 한 조건이 만족하여 공진 발생이 판단되면, 판단 시점의 전류 분산 최대값을 저장한 뒤 주파수 추정기(322)의 추정 주파수를 필터 주파수로 갖는 적응 노치 필터(323)를 작동하여 공진 억제를 시도한다. 적응 노치 필터(323)는 수학식 1로 표현되는 2차 노치 필터로 설계된다.If one of the two conditions is satisfied and the occurrence of resonance is judged, the adaptive notch filter 323 having the estimated frequency of the
여기서 s는 라플라스 연산자 (Laplace operator), 는 필터 주파수, 는 필터의 감쇄비 (damping factor)를 나타낸다. 적응 노치 필터(323)의 필터 주파수인 는 주파수 추정기(322)의 추정 주파수로서 시간에 따라 변할 수 있다. 공진 억제의 판단 여부는 조건 3의 만족 여부로 결정된다.Where s is the Laplace operator, The filter frequency, Represents the damping factor of the filter. The filter frequency of the adaptive notch filter 323 May vary over time as an estimated frequency of the
[조건 3][Condition 3]
적응 노치 필터(323) 작동 이후의 전류 분산 값이 공진 발생 판단 시점의 전류 분산 최대값의 일정 비율 이하로 감소하는 경우.When the current dispersion value after the operation of the adaptive notch filter 323 is reduced to a certain ratio or less of the maximum value of the current dispersion at the resonance occurrence determination time.
조건이 만족하여 공진 억제가 판단되면, 판단 시점의 추정 주파수를 필터 주파수로 갖는 고정 노치 필터(324)를 작동하고, 동시에 작동 중인 적응 노치 필터(323)의 작동을 중지한다. 고정 노치 필터(324)는 적응 노치 필터(323)와 비슷한 형태의 수학식 2로 표현되는 2차 노치 필터로 설계된다.When the condition is satisfied and the resonance suppression is judged, the fixed
여기서 s는 라플라스 연산자 (Laplace operator), 는 필터 주파수, 는 필터의 감쇄비 (damping factor)를 나타낸다. 고정 노치 필터(324)의 필터 주파수인 는 고정된 주파수로서 시간에 따라 변하지 않는다.Where s is the Laplace operator, The filter frequency, Represents the damping factor of the filter. The filter frequency of the fixed
주파수 추정기(322)는 수학식 3으로 표현되는 적응 노치 필터(323) 기반의 주파수 추정기로 설계된다.The
여기서 x는 필터의 상태 (state), 는 필터의 감쇄비, 는 추정 주파수, 는 주파수 추정 이득,u(t)는 입력 신호로 본 발명에서는 전류 명령을 나타낸다.Where x is the state of the filter, The attenuation ratio of the filter, Is the estimated frequency, Is a frequency estimation gain, and u (t) is an input signal.
입력 신호가 매우 작은 경우 주파수 추정을 하지 않도록, 그렇지 않은 경우 입력 신호 크기에 따른 주파수 추정 속도 변화를 방지하도록 주파수 추정 이득 를 조절한다. 수학식 3의 주파수 추정 이득 는 수학식 4로 조절된다.If the input signal is very small, the frequency estimation gain is set so as not to perform the frequency estimation, . The frequency estimation gain < RTI ID = 0.0 > Is adjusted to Equation (4).
여기서 var(u(t))는 입력 신호의 분산으로 본 발명에서는 전류 명령의 분산, var(u(t))lim는 주파수 추정을 하지 않는 허용 분산, 는 0 과 1 사이 상수를 나타낸다.In the present invention, var (u (t)) lim is the variance of the current command, var (u (t)) lim is the permissible dispersion, Represents a constant between 0 and 1.
도 3의 실시 예에서, 도 3의 서보 제어기(311), 전류 제어기(312), 플랜트(331), 인코더(332)는 도 1의 서보 제어기(111), 전류 제어기(112), 플랜트(121), 인코더(122)와 그 구성 및 동작이 실질적으로 동일하다.3, the
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 서보 시스템이 운용 가능한 고정 노치 필터를 모두 사용하는 상황에서 추가 공진이 발생하는 경우 해당 공진을 고정 노치 필터로 억제하는 방법의 흐름을 도시하는 공정도이다.FIG. 4 is a process diagram showing a flow of a method of suppressing a resonance by a fixed notch filter when additional resonance occurs in a situation where all the fixed notch filters that can be operated by the servo system are used, according to an embodiment of the present invention.
도 4의 공정도는 다음의 과정으로 작동한다. 발생한 공진을 고정 노치 필터로 억제할 때, 먼저 서보 시스템이 운용 가능한 고정 노치 필터를 모두 사용하는 지 확인한다. 운용 가능한 고정 노치 필터가 모두 사용되고 있는 경우, 운용되는 고정 노치 필터 중 가장 작은 공진을 억제하는 고정 노치 필터를 선택한다. 운용 중인 고정 노치 필터가 억제하는 공진의 크기는 해당 공진 감지 당시 공진 감지기에서 저장한 전류 분산의 최대값의 크기에 근거한다. 선택된 고정 노치 필터가 억제하는 공진 발생 당시 공진 감지기에서 저장한 전류 분산의 최대값과 현재 발생한 공진 감지 시 저장된 전류 분산의 최대값의 크기 비교를 수행한다. 전자가 후자보다 작으면, 선택된 고정 노치 필터를 현재 발생한 공진을 억제하려는 고정 노치 필터로 대체한다. 전자가 후자보다 크면, 현재 발생한 공진을 억제하려는 고정 노치 필터를 설정하지 않는다.The process of FIG. 4 operates in the following process. When suppressing the generated resonance with the fixed notch filter, first confirm that the servo system is using all the fixed notch filters that can be operated. If all of the fixed notch filters that can be operated are being used, a fixed notch filter that suppresses the smallest resonance among the fixed notch filters to be operated is selected. The size of the resonance suppressed by the operating fixed notch filter is based on the magnitude of the maximum value of the current dispersion stored by the resonance detector at the time of the resonance detection. A comparison is made between the maximum value of the current dispersion stored in the resonance detector and the maximum value of the stored current dispersion at the time of resonance detection at the time of resonance suppression suppressed by the selected fixed notch filter. If the former is smaller than the latter, the selected fixed notch filter is replaced by a fixed notch filter to suppress the currently occurring resonance. If the former is larger than the latter, do not set a fixed notch filter to suppress the resonance that is currently occurring.
Claims (3)
적응 노치 필터 기반 주파수 추정기를 이용하여 전류 명령의 주파수를 추정하는 단계;
공진이 감지되면 추정 주파수를 필터 주파수로 갖는 적응 노치 필터를 전류 명령에 적용하는 단계;
적응 노치 필터 적용으로 공진 억제가 확인되면 적용중인 적응 노치 필터를 필터 주파수가 고정된 고정 노치 필터로 바꾸는 단계; 및
서보 시스템의 운용 가능 고정 노치 필터 수 보다 많은 수의 공진을 감지하는 경우 운용 중인 고정 노치 필터 중 가장 작은 공진을 억제하는 고정 노치 필터를 이후에 감지된 더 큰 공진을 억제하는 고정 노치 필터로 바꾸는 단계를 포함하는 서보 시스템의 자동 공진 검출 및 억제 방법.Calculating a variance of the current command to sense resonance;
Estimating a frequency of a current command using an adaptive notch filter-based frequency estimator;
Applying an adaptive notch filter having an estimated frequency as a filter frequency to a current command when resonance is sensed;
Changing the applied adaptive notch filter to a fixed notch filter having a fixed filter frequency if resonance suppression is confirmed by application of the adaptive notch filter; And
A step of converting a fixed notch filter for suppressing the smallest resonance among the fixed notch filters in operation into a fixed notch filter for suppressing a larger resonance that is detected when the number of resonances larger than the operable fixed notch filter number of the servo system is detected; Wherein the automatic resonance detection and suppression method comprises the steps of:
상기 공진을 감지하는 단계는,
전류 명령의 분산을 계산하고 그 크기에 기준하여 공진을 감지하되, 분산의 크기가 단순히 설정된 값을 일정 시간 동안 초과하는 경우와, 일정 크기 이상의 최대값을 도달한 이후 분산의 크기가 최대값보다는 작고 최대값의 절반보다는 큰 상태를 일정 시간 동안 유지하는 경우를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 서보 시스템의 자동 공진 검출 및 억제 방법.The method according to claim 1,
Wherein the step of sensing resonance comprises:
The dispersion of the current command is detected and the resonance is detected based on the magnitude of the current command. When the magnitude of the dispersion exceeds the set value for a predetermined time, and when the magnitude of the dispersion becomes smaller than the maximum value And determining whether to hold the state larger than half of the maximum value for a predetermined period of time.
상기 주파수를 추정하는 단계는,
적응 노치 필터의 주파수 추정기로 주파수를 추정하되, 주파수 추정기에 사용되는 주파수 추정 이득은 공진 감지기로 계산한 분산의 크기가 일정 이상인 경우 분산의 크기에 반비례하는 제 1 값을 갖도록 주파수 추정 이득을 조정하고, 분산의 크기가 일정 이하인 경우 주파수 추정 이득이 제 1 값과는 상이한 제 2 값을 갖도록 주파수 추정 이득을 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 서보 시스템의 자동 공진 검출 및 억제 방법.The method according to claim 1,
The step of estimating the frequency comprises:
The frequency estimation gain used in the frequency estimator is adjusted by the frequency estimator of the adaptive notch filter so that the frequency estimation gain is adjusted to have a first value that is inversely proportional to the magnitude of dispersion when the magnitude of dispersion calculated by the resonance detector is more than a predetermined value And adjusting the frequency estimation gain so that the frequency estimation gain has a second value different from the first value when the magnitude of dispersion is less than a predetermined value.
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