KR920010876B1

KR920010876B1 - Actuator control method

Info

Publication number: KR920010876B1
Application number: KR1019860004870A
Authority: KR
Inventors: 나오다께 모오리; 나가오 사이또오; 요시히꼬 야나이; 구니하루 미우라
Original assignee: 미쯔비시 덴끼 가부시기가이샤; 시끼 모리야; 나오다께 모오리
Priority date: 1985-10-11
Filing date: 1986-06-19
Publication date: 1992-12-19
Also published as: JPS6289496A; KR870004250A

Abstract

내용 없음.No content.

Description

Rotational Speed Control Method of Differential Actuator

제1도는 본원 발명의 일실시예에 의한 차동식 액츄에이터의 회전속도 제어방식을 설명하기 위한 블록접속도.1 is a block diagram illustrating a rotation speed control method of a differential actuator according to an embodiment of the present invention.

제2도는 차동식 액츄에이터의 단면도.2 is a cross-sectional view of a differential actuator.

제3도는 차동식 액츄에이터의 로크-회전속도 특성도.3 is a lock-speed characteristic diagram of a differential actuator.

제4도는 본원 발명의 회전속도 제어방식을 이용한 공작기계 주축의 정면도.Figure 4 is a front view of the machine tool spindle using the rotational speed control method of the present invention.

제5도는 로보트 관절부의 정면도.5 is a front view of the robot joint.

제6도는 테이블제어장치의 정면도.6 is a front view of the table control apparatus.

제7도는 종래의 유도기의 인버터 제어회로.7 is an inverter control circuit of a conventional inductor.

제8도는 인버터의 전압/주파수특성도.8 is a voltage / frequency characteristic diagram of an inverter.

제9도는 종래의 토크-회전수특성도.9 is a conventional torque-speed characteristic diagram.

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

1,2 : 유도기 3 : 차동기구1,2: induction machine 3: differential mechanism

4 : 차동식 액츄에이터 8,9 : 인버터4: Differential Actuator 8,9: Inverter

본 발명은 2개의 유도기(誘導機)와 차동기구(差動機構)로 이루어진 차동식 액츄에이터(actuator)의 회전수를 임의로 제어하는 차동식 액츄에이터의 회전속도 제어방식에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rotational speed control method of a differential actuator that arbitrarily controls the rotational speed of a differential actuator composed of two inductors and a differential mechanism.

제7도는 종래의 액츄에이터로서 사용되는 단일 유도기의 인버터 제어회로도이며, 도면에 있어서, (51)은 교류전원의 입력단자, (52)는 교류를 직류로 변환하는 교류-직류교환기, (53)은 변환된 직류를 평활화하는 평활회로, (54)는 직류를 임의의 주파수의 교류전력으로 변환하는 직류-교류변환기(이하 인버터라 함), (55)는 유도기이다.7 is an inverter control circuit diagram of a single inductor used as a conventional actuator. In the drawing, reference numeral 51 denotes an input terminal of an AC power source, 52 denotes an AC-DC exchanger that converts AC into direct current, and A smoothing circuit for smoothing the converted direct current (54) is a DC-AC converter (hereinafter referred to as an inverter) for converting direct current into an AC power of an arbitrary frequency, and 55 is an inductor.

다음에, 동작에 대하여 설명한다.Next, the operation will be described.

먼저, 교류-직류변환기(52)는 예를 들면 3상의 교류전원을 직류로 변환하고, 이것을 평활회로(53)로 평활화한 다음, 일정한 시켄스로 온·오프하는 인버터(54)에 의해 희망하는 임의의 주파수의 교류전압으로 변환하고, 이것을 유도기(55)에 입력한다. 그러므로, 유도기(55)는 인버터(54)가 출력하는 제8도에 도시한 바와 같은 전압/주파수출력을 받아 회전속도가 제어된다.First, the AC-DC converter 52 converts, for example, a three-phase AC power source into a DC, smooths it with a smoothing circuit 53, and then selects desired by the inverter 54 to turn on and off with a constant sequence. It converts into an AC voltage of the frequency of and inputs it to the inductor 55. Therefore, the induction machine 55 receives a voltage / frequency output as shown in FIG. 8 output from the inverter 54, and the rotation speed is controlled.

그리고, 상기와 같은 인버터(54)를 사용해서, 전압/주파수특성(V/f 특성)을 변화시킴으로써, 즉 인버터(54)의 출력주파수(f)에 출력전압(V)을 비례시키면 대략 정(定)토크특성이 얻어지고, 또한 주파수(f)가 변화해도 전압(V)을 일정하게 제어하면 대략 정출력특성이 얻어진다.By using the inverter 54 as described above, the voltage / frequency characteristic (V / f characteristic) is changed, that is, if the output voltage V is proportional to the output frequency f of the inverter 54, Constant torque characteristic is obtained, and even if the frequency f is changed, if the voltage V is constantly controlled, a substantially constant output characteristic is obtained.

종래의 유도기의 인버터(54)에 의한 제어방법은 상기와 같으므로, 이 유도기를 토크에 관계없이 소정의 회전수로 제어하기 위해서는, 부하토크의 대소에 따라 각 유도기에 대한 각 인버터(54)의 설정주파수를 적당하게 고저변화시키는 것이 필요하며, 영(零)속도 부근에서는 제9도에 도시한 바와 같이 충분한 토크를 얻지 못하는 외에, 인버터(54)의 발생주파수에 하한(下限)이 있으므로, 회전수제어가 불가능한 것 등의 문제점이 있었다.Since the control method by the inverter 54 of the conventional induction machine is as described above, in order to control the induction machine at a predetermined rotation speed irrespective of the torque, the induction of each inverter 54 for each induction machine according to the magnitude of the load torque It is necessary to change the set frequency appropriately and low and low. In the vicinity of zero speed, sufficient torque is not obtained as shown in FIG. 9, and there is a lower limit on the frequency generated of the inverter 54. There were problems such as the inability to control the water.

본원 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 이루어진 것으로, 2개의 유도기와 차동기구를 조합한 차동식 액츄에이터를 인버터 제어하고, 출력축의 영속도로부터 통상의 회전수영역에 걸쳐서, 부하토크에 관계없이 일정한 회전속도를 출력축에 얻을 수 있는 차동식 액츄에이터의 회전속도 제어방식을 얻는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and the inverter controls a differential actuator combining two inductors and a differential mechanism, and rotates regardless of the load torque from the zero speed of the output shaft to a normal speed range. It is an object of the present invention to obtain a rotational speed control method of a differential actuator that can obtain a speed on an output shaft.

본원 발명에 관한 차동식 액츄에이터의 회전속도 제어방식은, 2개의 유도기와 차동기구로 이루어지는 차동식 액츄에이터의 상기 각 유도기에 이들에 대응하여 설치된 각 하나의 인버터로부터 설정주파수의 전원을 공급하고, 이들의 설정주파수의 차에 따른 일정한 회전속도를 상기 출력축에 얻도록 한 것이다.In the rotational speed control method of the differential actuator according to the present invention, each inductor of the differential actuator consisting of two inductors and a differential mechanism supplies power of a set frequency from each of the inverters installed correspondingly thereto, The constant rotational speed according to the difference is obtained to the output shaft.

본원 발명에 있어서의 차동식 액츄에이터의 인버터제어는, 2개의 인버터의 설정주파수의 차를 선정함으로써, 부하토크의 여부에 관계없이, 이 설정주파수차를 증감함에 따라서 출력축을 영속도로부터 통상 운전속도의 넓은 영역에 걸쳐서 일정하게 제어하도록 작용한다.Inverter control of the differential actuator according to the present invention selects the difference between the set frequencies of the two inverters, thereby increasing or decreasing the output shaft from zero speed to the normal operating speed by increasing or decreasing the set frequency difference regardless of load torque. It acts as a constant control over the area.

다음에, 본원 발명의 일실시예에 대하여 도면에 따라서 설명한다. 제1도에 있어서, (1),(2)는 동일 출력특성 및 동일 구조의 유도기(誘導機)이며, 이들은 후술하는 차동기구(差動機構)(3)와 함께 차동식 액츄에이터(4)를 구성한다. 유도기(1),(2)는 동일한 3상 교류전원(5)으로부터 독자의 배전선로(6),(7)를 통해 전력의 공급을 받는 것으로, 여기서는 제8도에 도시한 전압/주파수특성을 가진 각 하나의 인버터(8),(9)로부터 전력을 받아서 구동된다. (10)은 차동식 액츄에이터(4)의 출력축이며 이들은 디지탈토크검출기(11)가 장착되고, 검출된 토크값을 토크미러(12)로 표시할 수 있도록 되어 있다. 그리고, 이 디지탈토크검출기(11)나 기타의 회로전류, 전압, 전력의 측정기 등에 의한 각 검출, 측정데이타는 제어반(制御盤)등의 표시장치로 수시로 감시하도록 할 수 있다. 그리고, (13),(14)는 배전선로(6),(7)에 넣은 다상(多相)전력계이다.Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In Fig. 1, (1) and (2) are inductors having the same output characteristics and the same structure, and these constitute a differential actuator 4 together with a differential mechanism 3 described later. do. The inductors 1 and 2 receive power from the same three-phase AC power source 5 through their own distribution lines 6 and 7. Here, the voltage / frequency characteristics shown in FIG. It is driven by receiving power from each one of the inverters 8 and 9. Numeral 10 denotes an output shaft of the differential actuator 4, which is equipped with a digital torque detector 11, and is capable of displaying the detected torque value with the torque mirror 12. As shown in FIG. The detection and measurement data by the digital torque detector 11 and other circuit current, voltage, and power measuring instruments can be monitored at any time by a display device such as a control panel. (13) and (14) are polyphase power meters placed in the distribution lines 6 and 7. As shown in FIG.

제2도는 상기 차동식 액츄에이터(4)의 상세를 도시한 구조도이다. 이 도면에 있어서, (1),(2)는 유도기이며, 이들 차동기구(3)로 연결되어서 동일 케이스(21)내에 수용되어 있다. (22),(23)은 유도기(1),(2)의 중공(中空)의 회전축이며, 이들의 베어링(24),(25)에 의해 각각 회전할 수 있도록 지지되어 있다. (26),(27)은 각 중공회전축(22),(23)끝에 장착된 제1,제2의 차동기어, (28),(29)는 이들 양 차동기어(28),(29)에 함께 맞물려진 제3의 차동기어, (30)은 이 제3의 차동기어(28),(29)에 걸쳐 설치된 차동축, (31)은 이 차동축(30)을 회전할 수 있도록 지지하는 차동베어링, (32),(33)은 차동축(30)에 직교하도록 돌출 설치된 출력축이며, 이들이 중공회전축(22),(23)내를 관통하고, 케이스(21)의 개구끝에 설치한 베어링(34),(35)에 의해 회전할 수 있도록 지지되어 있다.2 is a structural diagram showing details of the differential actuator 4. In this figure, (1) and (2) are inductors, which are connected to these differential mechanisms 3 and are housed in the same case 21. Reference numerals 22 and 23 are hollow shafts of the inductors 1 and 2, and are supported by the bearings 24 and 25 so as to be rotated, respectively. (26) and (27) are the first and second differential gears mounted at the ends of the hollow rotating shafts (22) and (23), and (28) and (29) are the two differential gears (28) and (29). The third differential gear meshed together, (30), is a differential shaft installed over the third differential gears (28) and (29), and (31) is a differential that supports the rotation of this differential shaft (30). The bearings (32) and (33) are output shafts protruding orthogonally to the differential shaft (30), and they pass through the hollow rotating shafts (22) and (23) and are provided at the opening end of the case (21). It is supported so that it can rotate by (35).

다음에, 이 차동식 액츄에이터(4)의 동작을 설명하고, 이어서 제1도에 도시한 회로에 따라서 본원 발명의 방법에 대하여 설명한다.Next, the operation of the differential actuator 4 will be described, and then the method of the present invention will be described according to the circuit shown in FIG.

먼저, 회전축(22),(23)이 차동기구(3)에 대해 화살표 P,Q 방향으로 회전하고 있을 경우에는, 회전축(22)의 회전속도 θ₁가 회전축(23)의 회전속도 θ₂보다 크면(θ₁〉θ₂), 이들의 회전속도차에 따라서 제3의 차동기어(28),(29)가 차동축(30)을 중심으로 자전(自傳)하면서 제1의 차동기어(26)와 제2의 차동기어(27)상을 공전(公轉)한다. 그러므로, 차동축(30)을 통해 출력축(32),(33)은 R방향으로 회전하고 그 회전속도는First, when the rotary shafts 22 and 23 are rotating in the directions of arrows P and Q with respect to the differential mechanism 3, the rotation speed θ ₁ of the rotation shaft 22 is greater than the rotation speed θ ₂ of the rotation shaft 23. If the larger surface (θ ₁ > θ ₂ ), the third differential gears 28 and 29 rotate around the differential shaft 30 in accordance with the rotation speed difference thereof, the first differential gear 26. And the second differential gear 27 are idled. Therefore, the output shafts 32 and 33 rotate in the R direction through the differential shaft 30 and the rotation speed thereof is

로 된다. 그리고, 회전축(22)이 회전축(23)의 회전속도보다 낮으면, 즉 θ₁〈θ₂로 하면, 이번에는 제3의 차동기어(28),(29)가 제2의 차동기어(27)의 회전을 받도록 해서 제1의 차동기어(26),(27)상을 상기와는 역방향으로 공전하고, 출력(32),(33)은 상기와는 역방향으로 회전한다. 다음에, 회전축(22),(23)의 회전속도가 모두 같다고 하면 (θ₁=θ₂), θ₀=0으로 되고, 출력축(32),(33)의 회전속도차가 영, 즉 정지한다.It becomes When the rotation shaft 22 is lower than the rotation speed of the rotation shaft 23, that is, θ ₁ <θ ₂ , the third differential gears 28 and 29 are the second differential gear 27 at this time. The first differential gears 26 and 27 revolve in the opposite direction to the above, and the outputs 32 and 33 rotate in the opposite direction to the above. Next, if the rotational speeds of the rotary shafts 22 and 23 are the same (θ ₁ = θ ₂ ) and θ ₀ = 0, the rotation speed difference between the output shafts 32 and 33 is zero, that is, stops. .

이와 같이, 2개의 회전축(22),(23)을 통상의 회전속도범위에서 사용해도, 출력축(32),(33)에는 영속도로부터 소정의 저속회전이 원활하고 용이하게 얻어진다. 즉, 저속회전영역에서의 변속이 용이해진다.In this way, even when the two rotation shafts 22 and 23 are used in the normal rotation speed range, the predetermined rotation speed is smoothly and easily obtained from the zero speed on the output shafts 32 and 33. In other words, shifting in the low speed rotation region is facilitated.

다음에, 2개의 회전축(22),(23)의 한쪽의, 예를 들면 회전축(23)의 회전방향을 역(화살표 S방향)으로 하면, 이때의 출력축(32),(33)의 회전속도는 제1,제2의 차동기어(26),(27)의 회전속도가 서로 가해져서,Next, if the rotation direction of one of the two rotation shafts 22, 23, for example, the rotation shaft 23 is reversed (arrow S direction), the rotation speed of the output shafts 32, 33 at this time The rotational speeds of the first and second differential gears 26 and 27 are applied to each other,

로 되고, 증속된 것으로 된다. 그리고, 회전속도 θ₁,θ₂를 모두 같게 한 경우에는 (θ₁=θ₀), 제3의 차동기어(28),(29)는 제1,제2의 차동기어(26),(27)상에 있어서 자전하지 않고, 제1,제2의 차동기어(26),(27)와 일체로 회전하고, 이때 얻어지는 출력축(32),(33)의 회전속도는 회전축(22),(23)와 등속이며, 또한 출력은 유도기(11),(12)의 출력을 가한 것으로 된다.It becomes and becomes accelerated. When the rotational speeds θ ₁ and θ ₂ are the same (θ ₁ = θ ₀ ), the third differential gears 28 and 29 are the first and second differential gears 26 and 27. ) Rotates integrally with the first and second differential gears 26 and 27 without rotating, and the rotation speeds of the output shafts 32 and 33 obtained at this time are the rotating shafts 22 and 23. ) And the output is the output of the inductors 11 and 12.

이로써, 이 차동식 액츄에이터(4)의 출력축의 변속영역은 영속도를 포함한 넓은 영역, 즉,Thus, the shift region of the output shaft of the differential actuator 4 is a large region including zero velocity, that is,

로 된다.It becomes

한편, 유도기(11),(12)의 각 출력토크를 T₁,T₂로 하고, 출력축(32),(33)의 출력토크를 T₀로 하면, 이들사이에는 항상On the other hand, when the output torques of the inductors 11 and 12 are T ₁ and T ₂ and the output torques of the output shafts 32 and 33 are T ₀ ,

의 관계가 성립되고, 출력토크 T₁,T₂가 평형되어 있을 경우에는, T₀=2T로 되어 충분한 토크가 출력축(32),(33)에 얻어진다.When the relationship is established and the output torques T ₁ and T ₂ are balanced, T ₀ = 2T, and sufficient torque is obtained on the output shafts 32 and 33.

다음에, 출력축(32),(33)의 회전속도를 희망하는 값의 일정치로 제어하는 경우에 대하여 설명한다. 먼저, 주파수 설정손잡이 등을 조작해서, 각 인버터(8),(9)가 출력하는 주파수를 변화시키고, 이것에 의해 각 인버터(8),(9)의 설정주파수를 제8도의 주파수-전압특성에 있어서의 5Hz부터 50Hz의 주파수영역내의 주파수로 설정하고, 다시 그 설정주파수의 차를 증감한다. 이렇게 함으로써, 제3도에 도시한 바와 같이 부하토크의 대소에 관계없이 출력축(32),(33)의 회전속도를 일정하게 할 수 있다. 예를 들면, 출력축(32),(33)의 회전속도를 26rpm으로 하고 싶은 경우에는 부하토크의 값에 따라서 2개의 인버터(8),(9)의 설정주파수를 각각 35Hz와, 33Hz, 36Hz와 32Hz, 37Hz와 31Hz…와 같이 한쪽을 높게, 다른쪽을 낮게 해가면, 그 각 주파수차 2Hz, 4Hz, 5Hz…에 따른 회전속도가 출력축(32),(33)에 얻어진다. 이것은 출력축(32),(33)을 어느 회전수로 유지할 경우에, 유도기의 주기속도 부근에서 각 인버터(8),(9)의 설정주파수를 변화시키면 된다는 것을 의미하며, 예를 들면 영속도에의 회전속도제어도 용이하게 된다. 또한, 제3도는 프로니브레이크(prony-brake)의 죄임에 의해서 출력회전속도가 일정해지도록 2개의 인버터(8),(9)의 설정주파수를 동시에 변환시킨 경우를 도시한다.Next, the case where the rotational speeds of the output shafts 32 and 33 are controlled to a desired value at a desired value will be described. First, by operating the frequency setting knob or the like, the frequency output by each of the inverters 8 and 9 is changed, whereby the setting frequency of each inverter 8 and 9 is changed to the frequency-voltage characteristic of FIG. The frequency is set within the frequency range of 5 Hz to 50 Hz in step S, and the difference between the set frequencies is increased or decreased again. By doing so, as shown in FIG. 3, the rotation speeds of the output shafts 32 and 33 can be made constant regardless of the magnitude of the load torque. For example, if the rotational speed of the output shafts 32 and 33 is to be set to 26 rpm, the set frequencies of the two inverters 8 and 9 are set to 35 Hz, 33 Hz, 36 Hz and 32 Hz, 37 Hz and 31 Hz. If you make one side higher and the other lower, the frequency difference is 2Hz, 4Hz, 5Hz. The rotational speed in accordance with the output shaft 32, 33 is obtained. This means that when the output shafts 32 and 33 are maintained at a certain speed, the set frequencies of the inverters 8 and 9 can be changed near the periodic speed of the inductor, for example, at zero speed. It is also easy to control the rotation speed. 3 shows a case where the set frequencies of the two inverters 8 and 9 are simultaneously converted so that the output rotational speed becomes constant due to the clamping of the prony-brake.

제4도는 본원 발명의 회전속도 제어방식을 공작기계의 주축(41)에 응용한 예를 도시한다. 이것에 의하면, 차동식 액츄에이터(4)의 출력축(42)에 주축(41)을 나사결합함으로써, 이 주축(41)을 워크(43)에 대해 토크의 크기에 관계없이 정속(定速)으로 근접시켜 소기의 공작을 실행할 수 있다.4 shows an example in which the rotation speed control method of the present invention is applied to the main shaft 41 of a machine tool. According to this, by screwing the main shaft 41 to the output shaft 42 of the differential actuator 4, the main shaft 41 is brought close to the work 43 at constant speed regardless of the magnitude of the torque. The desired work can be performed.

제5a,b도는 마찬가지로 이 회전속도 제어방식을 로보트(44) 본체의 관절부(45)로서 사용한 예를 도시한 것이다. 이것에 의하면, 차동식 액츄에이터(4)의 출력축(42)에 연계된 암(46)을 영속도를 포함한 임의의 속도로 운전할 수 있다.5A and 5B also show an example in which the rotation speed control method is used as the joint portion 45 of the robot 44 main body. According to this, the arm 46 connected to the output shaft 42 of the differential actuator 4 can be operated at arbitrary speeds including zero speed.

제6도는 테이블(47)상을 이동하는 워크(43)를 재치한 재치대(48)를 출력축(42)의 회전에 의해 수평이동시키는 것을 도시한다. 이것에 의하면, 재치대(48)를 영속도로부터 통상의 속도까지의 범위에서 임의로 설정할 수 있고, 공작기계의 연계작동을 용이하게 한다.6 shows the horizontal movement of the mounting table 48 on which the work 43 moving on the table 47 is moved by the rotation of the output shaft 42. According to this, the mounting base 48 can be arbitrarily set in the range from zero speed to normal speed, and facilitates the linked operation of a machine tool.

이상과 같이 본원 발명에 따르면, 차동기구와 함께 차동식 액츄에이터를 구성하는 2개의 유도기를 인버터에 의해 독자적인 주파수로 회전속도를 제어하고, 이로써 출력축을 이들의 회전속도의 차에 따른 일정속도에서 영속도로부터 통상의 회전수 영역으로 구동할 수 있도록 하였으므로, 부하토크에 관계없이 자유로 설정한 회전속도를 공작기계 등의 워크에 미치게 할 수 있는 것이 얻어지는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, the two inductors constituting the differential actuator together with the differential mechanism control the rotational speed at an independent frequency by an inverter, thereby outputting the output shaft from zero speed at a constant speed according to the difference of their rotational speeds. Since it is possible to drive in the normal rotational speed range, there is an effect that it is possible to extend the rotational speed set freely to work such as machine tools regardless of the load torque.

Claims

Two inductors and a differential mechanism for taking the sum or difference of the rotational speeds of these inductors and transmitting them to the output shaft, and rotating the differential actuator to control the rotational speed of the output shaft in accordance with the rotational speed of the respective inductors In the speed control method, each inductor is supplied with a power of an arbitrarily set frequency from an inverter installed correspondingly to each inductor, and the output speed is obtained so as to obtain a rotational speed in accordance with the difference of the set frequency. Actuator speed control method.