KR820001664B1

KR820001664B1 - Load actuating sevomechanism with resonance equalization

Info

Publication number: KR820001664B1
Application number: KR7802034A
Authority: KR
Inventors: 죠오지프 비그리 윌리암; 죠오지프 리조 뷘센트
Original assignee: 아란 에이취 캎탄; 록키이드 에렉트로닉스 캄파니 인코포레이팃드
Priority date: 1978-06-30
Filing date: 1978-06-30
Publication date: 1982-09-15

Abstract

In the circuit having having the second postitive or regenerative feedback path II,momentary driving current dissipated by the motor(20) is detected through installing the current detecting resistor(19) in the middle of the motor driving amplifier(16) and the motor(20). The current signal between both ends of the resistor is converted into the single ended form against the earth at the differential amplifier(21) following after being buffered, and flows to the adding(+) input terminal of the addition element(12) through the path II teed-back filter(25).

Description

Automatic Control Load Drive

제1도는 본 발명 원리에 따라 부하작동용 자동제어 시스템의 구성예를 설명키위한 블록 회로도.1 is a block circuit diagram illustrating a configuration example of an automatic control system for load operation according to the present invention principle.

제2도는 본 발명의 특징적인 여러 파형을 도시한 것.2 shows various characteristic waveforms of the present invention.

본 발명은 전자적으로 제어되는 부하구동용 회로에 관한 것이다. 특히 본 발명은 부하공진 등가를 위한 동적 재생을 포함하는 부하 작동용 자동제어 기구에 관한 것이다.The present invention relates to an electronically controlled load driving circuit. In particular, the present invention relates to an automatic control mechanism for load operation including dynamic regeneration for load resonance equivalent.

본 발명의 한 목적은 기계적 부하를 구동하기 위한 개량 전자회로망을 제공하는데 있다.One object of the present invention is to provide an improved electronic network for driving a mechanical load.

특히 본 발명의 한 목적을 부하/부하연결 기계적공진에 역(逆)작용 하기 위한 재생궤환경로를 부가적으로 포함하는 부하작동용 자동제어장치를 제공하는데 있다.In particular, an object of the present invention is to provide an automatic control device for load operation including a regeneration track environment path for adversely acting on a load / load connection mechanical resonance.

본 발명의 상기 목적 및 기타 목적은 부하구동모터를 제어하는 특정의 구체적인 기계적부하구동율(rate)보조 장치의 배치로써 실현된다. 원래 통상적인 주(主)속도 루우프는 속도신호 지시원(source), 오차(error)신호 발생용 가산 노드, 루우프 주파수 용답형 필터 및 모터 구동용 증폭기, 그리고 모터 출력 속도의 측정치를 가산 노드의 부(-)입력에로 연결하기 위한 회전 속도계로 구성된다.The above and other objects of the present invention are realized with the arrangement of certain specific mechanical load rate assisting devices for controlling the load drive motor. Originally, the main speed loop is a speed signal source, an error node for generating an error signal, a loop frequency answering filter and a motor driving amplifier, and a measurement of the motor output speed. It consists of a tachometer for connecting to the negative input.

주(主)자동 제어 시스템의 응답 폭을 넓히고 간섭을 유발하는 기계적 공진을 수용할 수 있기 위해, 제2의 정(正)궤환 경로는 모터의 순시 소비전류로 말미암아 발생되는 신호에 따라 입력 비율을 증가시킨다. 그리하여 부하 구동속도를 늦추는 기계적 공진이 발생되었을 경우, 모터 전류를 증가하므로 출력 부하 구동력을 자동적으로 증가시킨다.In order to widen the response range of the main automatic control system and to accommodate mechanical resonances that cause interference, the second positive feedback path is used to adjust the input ratio according to the signal generated by the instantaneous current consumption of the motor. Increase. Thus, if a mechanical resonance occurs that slows down the load drive speed, the motor current is increased so that the output load drive force is automatically increased.

상기 및 기타 본 발명의 특징 및 장점을 보다 명확히 설명키 위해 도면을 참조하여 구체적으로 실예를 들어 설명코져 한다.In order to more clearly describe the above and other features and advantages of the present invention, examples will be described in detail with reference to the drawings.

제1도를 보면 신호원(10)에서 공급된 입력 속도지시에 따라 구동되는 부하 (36)의 속도제어를 위해 다(多)루우프 속도 자동 제어장치가 있다. 부하(36)의 작동(예를 들어 회전)은, 축 및/혹은 구동 윤열(train)(32)등 어떤 형태 및 구조 이건 관계없이 부하(36)에 연결된 출력 구동축을 가진 모터(20)에 의해 이루어진다. 그 배치에는 통상의 모터(20)의 주(主) 속도 제어 궤환루우프 Ⅰ이 포함되어 있는데 이는 압력원 (10)으로부터 선형 가산소자(노드) (12)(예를 들어 연산증폭기(OP Amp)와 필터-구동형의 전방 이득 주파수 응답G(W)을 거쳐 모터(20)의 작동 경로를 제공한다. 함수 (13)형의 전방 이득은 단순히 능동 혹은 수동 저주파 통과 필터('lag'회로망)로서 통상의 전달함수 A/(s＋b)이며, 그 다음은 이득 B인 구동증폭기(16)이 있다. 이 목적을 위해서는 모터 전류 감지 모니터 저항(19)는 생략된다. 즉 루우프 Ⅰ의 궤환회로에는 모터출력 축의 순시 회전 속도(θ)에 감응하는 입력을 가지고, 모터(20)의 축 속도에 비례하는 전기 신호를 가산소자(12)의 부(負)입력에 공급하는 회전속도계(30)이 있다.Referring to FIG. 1, there is a multi-loop speed automatic control device for controlling the speed of the load 36 driven according to the input speed instruction supplied from the signal source 10. The operation (eg rotation) of the load 36 is by means of a motor 20 having an output drive shaft connected to the load 36, regardless of any form and structure, such as an axis and / or a drive train 32. Is done. The arrangement includes a main speed control feedback loop I of a conventional motor 20, which is coupled from a pressure source 10 to a linear adder (node) 12 (e. G. OP Amp). The filter-driven forward gain frequency response G (W) provides the operating path of the motor 20. The forward gain of function (13) is simply an active or passive low pass filter ('lag' network). Is the transfer function A / (s + b), followed by the drive amplifier 16 with gain B. For this purpose, the motor current sense monitor resistor 19 is omitted, i.e. the feedback circuit of the loop I is connected to the motor output shaft. There is a tachometer 30 having an input sensitive to the instantaneous rotational speed θ and supplying an electrical signal proportional to the axial speed of the motor 20 to the negative input of the adder 12.

상술한 주 속도 제어 자동회로 Ⅰ은 원래 공지이므로 여기서는 간단히 기술하였다. 일반적으로 속도 지시원(10)은 부하의 원하는 회전속도를 결정하는 시변(time-varying)출력 신호 Ein(t)를 공급한다. 이 신호 Ein(t)는 순시 축속도(θ)신호와 회전 속도계(30)에 의해 비교되며, 차(궤환용어에서 "오차")가 있을 경우 전방 이득소자 (13,16)의 입력에 인가된다. 구동증폭기(16)의 출력단에 존재하는 전방 이득소자의 출력은 모터(20)의 구동 신호로써 작용하게 된다. 모터(20)의 주파수 응답 능력이 충분할 경우, 정상 상태시 주 루우프 Ⅰ은 자동적으로 가산소자(12)의 출력 오차를 없애거나 극소화하므로써 모터(20)의 출력 축속도를 전술한 값 Ein(t)에 따르도록 한다. 주파수를 개방 루우프 시스템 응답 폭 내에 있게 하기 위해 시스템은 상술한 바와 같은 방법으로 작동되어 그러한 부하구동을 제어한다.Since the above-mentioned main speed control automatic circuit I is originally known, it is briefly described here. In general, the speed indicator 10 supplies a time-varying output signal Ein (t) which determines the desired rotational speed of the load. This signal Ein (t) is compared by the instantaneous axial speed θ signal with the tachometer 30, and is applied to the inputs of the front gain elements 13 and 16 when there is a difference (“error” in the feedback terminology). . The output of the front gain element present at the output of the drive amplifier 16 acts as a drive signal for the motor 20. If the frequency response capability of the motor 20 is sufficient, the main loop I in the steady state automatically adjusts the output shaft speed of the motor 20 by eliminating or minimizing the output error of the adder element 12, above-mentioned value Ein (t). To follow. In order to keep the frequency within the open loop system response, the system is operated in the manner described above to control such load driving.

그러나 모터(20)의 출력축은 스프링 요소(34)와 분자 마찰 요소(33)을 병렬 연결하여 표현 가능한 축/구동 윤열(train)연결(32)을 통해 부하(36)에 연결되어 있다. 스프링(34)는 축 및 구동 윤열의 탄성, 백래쉬(backlash)같은 것을 표현한 반면 데쉬 포트(dash pot)(33)은 내부 분자의 마찰을 상징화 시킨 것이다. (33), (34)와 같은 등가 분석은 운동 역학에서 많이 사용되어지는 것이다. 주(主)루우프 Ⅰ만의 공지된 속도 자동 제어 형의 단점은 연결자(32)에 의해 나타나는 자체 공진이다. 특히 요소(33, 34, 36)의 공진 주파수 지점에서는 모터(20)으로 부터의 출력 운동 또는 에너지가 부하 (36)으로 흘러가지 않고 유효 공진 요소들 내에 쉽게 흡수되어 버리므로 부하(36)을 구동하기가 아주 힘들어 진다. 제2도로서 전술한 것을 그래프로 나타내면, 곡선(60)은 루우프 Ⅰ시스템의 개방루우프 응답을 나타내는 지역(62)는 모터 출력 구동이 입력 지시 신호를 효과적으로 따르지 못하는 공진 영역을 나타내고 있다. 이것은 정규의 시스템페루우프 응답(63)에서도 역시 나타난다. 제2도에는 점선으로된 곡선(67)이 역시 나타나 있는데 이는 상기 공진 영역에서 모터(20)에서 더 큰 부하가 연결된 상태이므로 크게 증가한 모터 전류를 나타낸다. 이의 결과는 주 속도 궤환 루우프가 공진 주파수 영역아래의 신호 주파수, 특히 개방루우프 응답이 단위 이득(gain=1)과 만나는 점(70)보다 낮은 주파수로 한정해야 한다. 그렇지만 그러한 제한된 반응이 항상 만족스러운 것은 되지 못한다. (예로서 급속히 이동하는 목표물을 맞춰야 하는 터릿(turret)같은 것을 출력 부하로 가지는 곳일때.) 또한 입력 신호 준위에 따라 구동 축연결자(32)의 변수가 바뀌어 지므로 공진 영역(62)는 주파수 값 내에서 고정된 것이 아니다. 또한 연결 스프링 요소(34)도 신호 Ein(t)에서 나타난 인가 입력 속도 신호 변화의 크기에 종속 변수인 백래쉬로 이뤄져 있다.However, the output shaft of the motor 20 is connected to the load 36 via an axial / drive train connection 32 which can be expressed by connecting the spring element 34 and the molecular friction element 33 in parallel. The spring 34 represents the elasticity, backlash, etc. of the shaft and drive wheel heat, while the dash pot 33 symbolizes the friction of internal molecules. Equivalent analyzes such as (33) and (34) are commonly used in kinematics. A disadvantage of the known speed automatic control type only for the main loop I is the self resonance exhibited by the connector 32. In particular, at the resonant frequency points of the elements 33, 34, 36, the output movement or energy from the motor 20 is easily absorbed into the effective resonant elements without flowing into the load 36 to drive the load 36. It's very hard to do. Graphing the above as FIG. 2, the curve 60 shows the region 62 representing the open loop response of the loop I system, where the motor output drive does not effectively follow the input indication signal. This is also shown in the regular system peroop response 63. Also shown in FIG. 2 is a dashed curve 67, which represents a greatly increased motor current since a larger load is connected to the motor 20 in the resonance region. The result should be limited to the frequency below which the main velocity feedback loop is below the frequency of the signal below the resonant frequency range, especially where the open loop response meets the unity gain (gain = 1). However, such limited reactions are not always satisfactory. (For example, when the output load has a turret such as a fast moving target.) Also, since the variable of the drive shaft connector 32 changes according to the input signal level, the resonance region 62 is within the frequency value. It is not fixed at. The coupling spring element 34 also consists of a backlash, which is a variable dependent on the magnitude of the applied input speed signal change represented by the signal Ein (t).

따라서 공지된 루우프에서 루우프 Ⅰ내의 저주파 통과 필터(13)를 형성하는 감쇠율인 요소 'b'는 실제적으로 중간 값(70)아래 즉 공진 영역(62)의 시작 점 보다 아래 있을 때 적절한 궤환 작동이 일어나게 된다. 또한 이러한 루우프 반응 제한은 몇몇 적용 영역에서는 원하지 않는 것이며 또한 성가신 것이다.Thus, in a known loop, the element 'b', which is the attenuation rate that forms the low pass filter 13 in the loop I, is practically suitable for the feedback operation to occur when below the intermediate value 70, i. do. This loop response limitation is also undesirable and cumbersome for some applications.

이러한 것을 제거하기 위해, 본 출원은 제2의 정 혹은 재생 궤환경로 Ⅱ를 채용하고 있다. 특히 모터 구동증폭기(16)과 모터(20)의 에너지 흡수부 중간에 전류 감지 저항(19)를 설치하므로써 모터(20)에 의해 소비되는 순시 구동 전류를 감지한다. 저항 (19)양단의 전류 신호는 완충된 후 차분 증폭기(21)에서 접지에 대한 싱글 엔디드형 (single ended from)으로 전환되며, 경로 Ⅱ궤환 필터(25)를 통하여 가산소자(12)의 가(＋)입력 단자로 흐른다. 복합 궤환회로 망 Ⅱ의 전달함수는

인바, 여기서 γ(0과 1사이의 양수)을 전방 이득 필터 기능G(W)으로 나눈 값이다. 이것은 안정하게 신속한 응답을 가능케한다. 그래서 저주파 통과 랙(lag) 네트워크(13)에 대해 필터 (25)는 단순히 고주파 통과 혹은 리드(lead)네트워크를 가지게 된다.In order to eliminate this, the present application adopts the second positive or regenerative bin environment II. In particular, the instantaneous driving current consumed by the motor 20 is sensed by installing the current sensing resistor 19 between the motor driving amplifier 16 and the energy absorbing portion of the motor 20. After the current signal across the resistor 19 is buffered, it is converted from the differential amplifier 21 to a single ended from the ground, and through the path II feedback filter 25, +) To the input terminal. The transfer function of the complex feedback network Ⅱ is

Inba, where γ (positive value between 0 and 1) is divided by the front gain filter function G (W). This allows a stable and quick response. So for a low pass lag network 13 the filter 25 will simply have a high pass or lead network.

이제 부가적인 재생 궤환 경로 Ⅱ의 동작을 살펴보면, 빨리 변하는 입력 신호Ein(t)가 공진 영역(62)(제2도)내에 들어갔을 때 증가하는 모터 전류(67)이 저항 (19)양단에 감지되어 차분 증폭기(21)와 필터(25)를 거쳐 가산 소자(12)의 상단에 있는 가(＋)단자에 중가된 전위를 공급한다. 이것은 속도 지시 신호 Ein(t)를 중가시켜 모터(20)의 공진시 중가된 구동에 자동적으로 적용하며 연결자(32)와 부하(36)에서 사용될 모터 출력 토오크를 공급한다. γ의 비율이 '1'에 가까워질수록 시스템의 합성 개방 루우프 Ⅰ 응답이 공진 영역(62)을 넘는 연결자 공진에 대해서도 거의 완전한 일치를 가져다주게 된다. 사실 궤환 회로 Ⅰ 및 Ⅱ를 가진 복합 자동제어 장치에서의 폐루우프 응답은 제2도의 점선 곡선(65)에 나타나 있으며 저주파통과 필터 값 'b'는 필터 통과 영역을 결정 및 개방 루우프 이득에 의해 결정되는 주파수 중단점(break point) (72)에 까지 이르게 된다.Referring now to the operation of the additional regenerative feedback path II, the increasing motor current 67 is sensed across the resistor 19 when the fast changing input signal Ein (t) enters the resonance region 62 (FIG. 2). Then, the weighted potential is supplied to the terminal (+) at the upper end of the adder 12 through the differential amplifier 21 and the filter 25. This speeds up the speed indicating signal Ein (t) and automatically applies to the weighted drive when the motor 20 resonates and supplies the motor output torque to be used in the connector 32 and the load 36. As the ratio of γ approaches '1', the synthesized open loop I response of the system provides a near perfect match for the connector resonance beyond the resonance region 62. In fact, the closed loop response in a hybrid automatic control system with feedback circuits I and II is shown in the dashed line curve 65 in FIG. 2, where the low pass filter value 'b' determines the filter pass region and is determined by the open loop gain. This leads to a frequency break point 72.

따라서 본 발명의 합성 부하(36)작동용 다(多 : multi)궤환 루우프 시스템은 광(廣(대역 부하 작동기가 되며, 개량된 주파수 반응 및 부하 제어를 갖춘 시스템을 제공한다. 8Hz정도에서 기계적 연결자 공진 주파수를 가지는 중무기 설치대의 경우 공지된 루우프 Ⅰ만의 시스템은 5Hz 또는 그 이하의 동작 대역 내로 제한 된다.Therefore, the multi-feedback loop system for operating the synthetic load 36 of the present invention becomes a wide band actuator and provides a system with improved frequency response and load control. For heavy weapon mounts with resonant frequencies, the known loop I system is limited to within 5 Hz or less operating band.

이에 대해 본 발명의 루우프Ⅰ-루우프 Ⅱ 시스템에서는 10Hz의 저주파 등과 필터가 채용될 수 있다.On the other hand, in the loop I-loop II system of the present invention, a low frequency wave and a filter of 10 Hz may be employed.

상기 배열은 단순히 본 발명의 원리를 설명한 것이다.The arrangement merely illustrates the principles of the invention.

본 발명의 관점 및 사고 범위 내에서 그의 무수한 적용 및 응용이 가능하다. 그러므로 예컨대 본 발명은 수압, 공기압 및 기타 구동장치에서; 선형 및 회전 운동용으로, 그리고 그와 유사한 용도로 사용될 수 있다. 그러한 모든 배열은 보조 정(positive)궤한 루우프를 사용하며 입력으로서 적용되는 작동장치의 측정을 유용하게 한다.Countless applications and applications are possible within the scope and spirit of the present invention. Thus, for example, the invention relates to hydraulic, pneumatic and other drive systems; It can be used for linear and rotational movements and similar applications. All such arrangements use auxiliary positive loops and make the measurement of the actuator applied as an input useful.

Claims

An automatic control load driving apparatus for driving a load at a speed exceeding the resonance via a connecting means having mechanical resonance and a negative feedback circuit means having an input responsive to a motor, wherein the first and second Adder means having an input terminal, a subtractive input terminal and one output terminal, a first circuit means for connecting the output of the adder to a motor, a sensing device for measuring the current consumed by the motor, and It has an input connected to the current sensing device and an output connected to the (+) input terminal of the adding means, and when the increase in the amount of current consumed by the motor is detected by the sensing device, the power to the motor is increased to increase the mechanical force of the connecting means. It consists of positive feedback circuit means for overcoming resonance, and the output of said negative feedback circuit means is connected to the negative input terminal of said adding means, and said connecting means Mechanical resonance is automatically controlled load driving apparatus that is adapted to connect the motor and the load.