KR940009206B1

KR940009206B1 - 전동기의 속도제어장치

Info

Publication number: KR940009206B1
Application number: KR1019910012717A
Authority: KR
Inventors: 데쯔아끼 나가노
Original assignee: 미쓰비시 뎅끼 가부시끼가이샤; 시기 모리야
Priority date: 1990-08-01
Filing date: 1991-07-24
Publication date: 1994-10-01
Also published as: JP2504307B2; HK1007039A1; DE69116461T2; EP0469617B1; EP0469617A1; US5404418A; KR920005445A; DE69116461D1; JPH0491689A

Abstract

내용 없음.

Description

전동기의 속도제어장치

제1도는 이 제1 및 제2의 발명의 1실시예에 의한 전동기의 속도제어장치를 표시하는 블록도.

제2도~제4도는 제1의 발명의 기타의 실시예에 의한 전동기의 속도제어장치를 표시하는 블록도.

제5도는 제3의 발명의 1실시예에 의한 전동기의 속도제어장치를 표시하는 블록도.

제6도는 적응필터의 기본구성을 표시하는 블록도.

제7a도~e도 및 제8a도~c도는 제1도~제4도에 표시한 제1 및 제2의 발명의 실시예에 있어 각부의 파워 스펙트럼(power spectrum) 및 적응필터(16)의 주파수특성을 표시하는 그래프.

제9도는 제2의 발명의 실시예에 있어 기준신호발생수단(13)의 1실시예를 표시하는 블록도.

제10도는 제5도에 표시한 제3의 발명의 실시예에 있어 각부의 응답파형을 표시하는 그래프.

제11도는 종래의 전동기의 속도제어장치를 표시하는 블록도.

제12a도, b도~제16a도, b도는 제11도에 있어 각부의 전달함수를 표시하는 보드선도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 전동기 2,2A : 속도검출기

3 : 연결기 4 : 부하

5 : 감산기 6 : 연산증폭수단

8 : 토오크제어수단 9 : 주필터

10,11 : 필터계수설정수단 12 : 하이패스필터

13,14 : 기준신호발생수단 15 : 가산수단

16 : 적응필터 19 : 필터계수조정수단

30 : 랜덤노이즈발생기 31 : 로우패스필터

(도면중, 동일부호는 동일 또는 상당부분을 표시)

이 발명은, 부하를 구동하는 경우에 발생하는 기계공진을 억제하는 전동기의 속도제어장치에 관한 것이다.

제1의 종래기술로서, 전동기의 속도제어장치에 있어, 전동기와 연결체와 부하로 구성되는 기계계의 기계공진을 억제하기 위해, 토오크제어수단의 전단에 노치필터를 직열로 삽입하는 방법이 있었다.

제11도는 특개소 61-214785호 공보에 개지된 전동기의 제어장치를 표시하는 블록도이고, 도면에 있어 (1)은 전동기, (2)는 전동기(1)의 속도 w_r를 검출하는 속도검출기, (3)은 연결체, (4)는 연결체(3)를 통하여 전동기(1)에 의해 구동되는 부하, (5)는 속도지령치 w_r과 속도검출기(2)에 의해 검출된 전동기(1)의 속도검출치 w_r과를 비교하여 그 편차치를 출력하는 감산수단, (6)은 상기 편차치 w_r-w_r ^*를 연산증폭하여 토오크지령치 τ₁ ^＊로서 출력하는 연산증폭수단, (7)은 토오크지령 τ₁ ^*에 필터링처리를 행하여 새로운 토오크지령 τ₂ ^*를 출력하는 노치필터, (8)는 새로운 토오크지령 τ₂ ^*에 의거하여 전동기(1)의 토오크를 제어하는 토오크제어수단이다.

다음은, 동작에 대해 설명한다.

제11도에 표시하는 것과 같이, 속도검출기(2)가 출력하는 전동기(1)의 회전속도를 표시하는 속도검출치 w_r이 감산수단(5)에 입력되는 것에 의해, 전동기의 속도제어장치에 부귀환되어, 연산증폭수단(6)은 감산수단(5)에서의 편차치 w_r-w_r ^*의 입력에 의해, 이 값이 영이되도록 연산증폭을 행하여 토오크지령치 τ₁ ^*에 출력하고, 이 토오크지령치 τ₁ ^*는 후술하는 노치필터(7)를 통하여 토오크제어수단(8)에 입력되어, 이 토오크제어수단(8)의 출력신호에 의해 전동기(1)는 속도지령치 w_r ^*에 추종하도록 속도제어된다.

제12a, b도는 제11도에 있어서, 토오크제어수단(8) 및 전동기(1)부분의 전달함수를 표시하는 보드선도이고, 각각 주파수에 개인 및 위상의 관계를 표시하고, 주파수 f_p에 기계공진에 의한 게인의 피크가 존재한다.

제13a, b도는 중심주파수가 f_c의 노치필터(7)의 전달함수를 표시하는 보드선도이다.

제14a, b도는 공진주파수 f_p와 노치필터(7)의 중심주파수 f_c가 일치하도록 조정된 경우의 노치필터(7)~전동기(1)간의 전달함수를 표시하는 보드선도이다.

제14a도에 표시하는 것과 같이 제12a도의 기계공진에 의한 게인의 피크와 제13a도의 노치필터(7)의 게인의 노치가 상쇄하여 기계공진이 억제되어, 게인특성은 피크가 없는 것이 된다.

그 결과, 연산증폭수단(6)의 게인을 올려서 속도제어계의 고응답화를 기도할 수가 있다.

그러나, 조정된 필터계수는 고정이기 때문에, 부하의 변화, 기계의 분산, 사용 환경의 변화 및 경년변화등에 의해 기계공진주파수 f_p가 변화하여 노치필터(7)의 중심주파수 f_c에 일치되지 않는 경우, 충분하 공진억제효과가 얻게되지 않을 뿐아니라, 속도제어계가 불안정하게 되는 경우도 있다.

이하, 노치필터(7)의 중심주파수 f_c가 기계공진주파수 f_p에 일치하고 있지 않은 경우에 생기는 현상에 대해 설명한다.

제15a, b도는 노치필터(7)의 중심주파수 f_c가, 기계공진주파수 f_p보다 낮은 경우의 노치필터(7)~전동기(1)간의 전달특성을 표시하는 보드선도이다.

동도면에 알수 있는 것과 같이 공진의 게인의 피크가 충분히 억제되어 있지 않고, 또 저주파수영역에서의 위상지연량이 노치필터(7)의 위상지연에 의해 증가함으로, 오버슈트가 증가하는 등 속도응답특성이 열화된다.

제16a, b도는 노치필터(7)의 중심주파수 f_c가, 기계공진주파수 f_p보다 높을 경우의 노치필터(7)~전동기(1)간의 전달함수를 표시하는 보드선도이다.

동도면에서 알수 있는 것과 같이 기계공진의 게인의 피크가 충분히 억제되어 있지 않고 게다가 게인의 피크부근에서의 위상지연량이 노치필터(7)의 위상지연에 의해 매우 커지게 되기 때문에, 속도제어계는 불안정하게 되고 연산증폭수단(6)의 게인에 의해서는 발진을 일으켜 제어불능이 되는 경우도 있다.

따라서, 제1의 종래기술에 의한 전동기의 제어장치로서는, 제16a도에 표시한 것과 같은 노치필터(7)의 중심주파수 f_c가, 기계공진주파수 f_p보다 높은 경우에 일어나는 불안정현상을 피하기 위해, 기계공진주파수 f_p의 변동을 고려하여 노치필터(7)의 중심주파수 f_c를 기계공진주파수 f_p보다도 낮게 설정하지 않을 수 없고, 속도응답특성이 열화한다.

제2의 종래기술로서는 특개소 61-46184호에 개지된 전동기 제어회로가 있고, 자기테이프기억장치의 테이프감기장치에 적용한 경우가 표시되어 있다.

테이프감기동작시에는, 테이프감는 위치(량)에 의해 기계계의 공진주파수가 변화한다.

그래서 노치필터를 구성하는 저항소자를 기계공진주파수의 변화에 대응하는 신호를 외부에서 받고 단락스위치로 전환하는 것에 의해 차단주파수대역을 3단계로 변화하게하여 상기의 기계공진주파수와 노치필터의 차단주파수대역의 불일치에 의해 생기는 결함을 해결하려고 하는 것이다.

제3의종래 기술로서는 특개소 64-64599호에 개지된 위치결정 제어장치가 있고, 스텝모터를 사용한 디스크드라이브장치의 자기헤드의 위치결정 제어장치가 표시되어 있다.

그 동작은 우선, 통상의 디스크액세스에 앞서 디스크의 내주와 외주의 특정위치에 각각 설치된 진동검출용트렉에 자기헤드를 스텝적으로 이동하게했을 때의 자기헤드의 진동을 검출하여 미리 준비하고 있는 주파수특성이 다른 복수개의 노치필터중에서 그 진동의 진폭을 소정치보다도 작게 억제하는 노치필터를 시행착오적으로 각각 선택하여 둔다.

다음은 통상의 디스크액세스시에는 트렉을 내주측, 중간, 외주측의 3개부분을 나누어, 내주측에서는 내주의 진동검출용 트랙으로 선택된 노치필터, 외주측에서는 외주의 진동검출용 트렉으로 선택된 노치필터, 중간의 트랙에서는 내주측의 노치필터와 외주측의 노치필터와의 중간의 특성을 표시하는 노치필터를 선택하는 것에 의해, 트렉위치에 의해 변화하는 스텝모터의 진동특성을 억제할려고 한 것이다.

제1의 종래기술에 의한 전동기의 제어장치에 있어서는, 기계공진을 억제하는 노치필터(7)의 특성을 결정하는 필터계수는, 속도지령테 w_r ^*를 발진기등으로 외부에서 제공했을때의 전동기(1)의 속도검출치 w_r를 오시로스코프나 FFT 에너라이저등으로 관측하면서, 노치필터(7)의 중심주파수 f_c가 기계공진주파수 f_p에 일치하도록 조정원이 기계마다에 수동으로 조정되어 있었다.

이때문에 조정에는, 발진기나 오시로스코프등의 측정기가 필요하고, 또 약간의 시간이나 숙련을 요한다고 하는 문제점이 있었다.

또, 조정된 필터계수는 고정이기 때문에, 부하의변화, 기계의 분산, 사용환경의 변화 및 경년변화등에 의해 기계공진주파수 f_p가 변화하여, 노치필터(7)의 중심주파수 f_c에 일치하지 않게된 경우, 충분한 공진억제효과를 얻을 수 없을 뿐아니라, 속도제어계가 불안정하게 되는 경우도 있다는 중대한 문제점이 있었다.

제2의 종래기술에 있어서는, 기계공진주파수는 테이프감기량에 따라 연속적으로 변화하기 때문에, 실시예에 표시되는 것과 같이 노치필터의 차단주파수를 3단계로 변화하게 한 것만으로서는 기계공진주파수와 노치필터의 차단주파수가 일치하지 않는 경우가 있어 결함이 생기는 것은 명확하다.

제3의 종래기술에 있어서는, 자기헤드의 위치나, 장착되는 자기디스크에 의해 변화하는 스텝모터의 진동특성에 대응한 노치필터를 선택할 필요가 있기 때문에, 다수의 노치필터를 준비해 두어야하고 회로구성이 대규모 복잡화하다는 문제점이 있었다.

또, 피동부재인 자기헤드의 진동을 검출하기 위한 스텝 응답검출수단이 새로이 필요하게 되는 것도 회로구성을 복잡화하는 문제점이 있었다.

본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루워진 것이고, 부하를 구동하는 경우에 생기는 기계공진을 억제하기 위한 필터의 조정을 자동화하는 것으로 까다로운 조정작업이 필요없게 되어, 또 운전중에 기계공진주파수가 변화하는 경우에도 충분한 공진억제효과가 얻어지게 되는 전동기의 속도제어장치를 얻는것을 목적으로 한다.

제1의 발명에 관한 전동기의 속도제어장치는, 전동기 및 상기 전동기에 의해 구동되는 부하로 되는 기계계의 속도를 검출하는 속도검출수단이 출력하는 속도검출치와 속도지령치와의 편차치를 출력하는 감산수단과, 상기편차치를 연산증폭하여 토오크지령치로서 출력하는 연산증폭수단과, 상기 토오크지령치에 따라 상기 전동기의 토오크를 제어하는 토오크제어수단과, 상기 속도검출수단의 출력단에서 상기 토오크의 제어수단의 입력단에 이르는 페루프계의 어느것의 위치에 삽입되어, 필터계수의 입력에 의해 상기 필터계수에 따른 주파수성분의 통과를 제한가능한 주필터와, 상기 속도검출치의 입력에 의해 상기 속도검출치에 겹치는 주파수성분에 의거하여 상기 주파수성분의 통과를 제한하는 상기 필터계수를 연산하여 상기 주필터에 출력하는 필력계수설정수단을 구비한 것이다.

또, 제2발명에 관한 전동기의 속도제어장치는, 제1의 발명에 관한 전동기의 속도제한장치에 있어서, 필터계수설정수단이 소정의 주파수이하의 주파수성분을 포함하는 기준신호를 출력하는 기준신호발생수단과, 속도검출수단이 출력하는 속도검출치를 입력하여 상기 속도검출치에 겹치는 소정의 주파수이상의 주파수성분을 통과하게 하는 하이패스필터와, 상기 기준신호발생수단이 출력하는 기준신호와 상기 하이패스필터를 통과한 상기 주파수성분을 가산하는 가산수단과, 상기 가산수단의 출력신호와 상기 기준신호를 입력하고, 상기 주파수성분의 통과를 제한하는 필터계수를 연산하여 주필터에 출력하는 적응필터를 구비한 것이다.

또, 제3의 발명에 관한 전동기의 속도제한장치는, 제1의 발명에 관한 전동기의 속도제한장치에 있어서, 필터계수설정수단이 속도지령치를 입력하여 소정의 대역폭을 가지는 기준신호를 출력하는 기준신호발생수단과, 상기 기준신호발생수단이 출력하는 기준신호 및 속도검출수단이 출력하는 속도검출치를 입력하고, 상기 속도검출치에 겹치는 소정의 주파수이상의 주파수성분의 통과를 제한하는 필터계수를 연산하여 주필터에 출력하는 적응필터를 구비한 것이다.

제1의 발명에 있어 필터계수설정수단은 전동기 및 상기 전동기에 의해 구동되는 부하로 되는 기계계의 속도를 검출하는 속도검출수단이 출력하는 속도검출치의 입력에 의해, 상기 속도검출치에 겹치는 주파수성분에 의거하여 상기 주파수성분의 통과를 제한하는 필터계수를 연산하여 상기 속도검출수단의 출력단에서 토오크제어수단의 입력단에 달하는 폐루프의 어느것의 위치에 삽입된 주필터에 출력하고, 상기 주필터는 상기 필터계수의 입력에 의해 상기 필터계수에 따른 주파수성분의 통과를 제한한다.

또, 제2의 발명에 있어 기준신호발생수단은 소정의 주파수이하의 주파수성분을 포함하는 기준신호를 출력하고, 하이패스필터는 속도검출수단이 출력하는 속도검출치를 입력하여 상기 속도검출치에 겹치는 소정의 주파수이상의 주파수성분을 통과하게 하여, 가산수단은 상기 기준신호발생수단이 출력하는 기준신호와 상기 하이패스필터를 통과한 주파수성분을 가산하고, 적응필터는 상기 가산수단의 출력신호와 상기 기준신호를 입력하고, 상기 속도검출치에 겹치는 소정의 주파수이상의 성분의 통과를 제한하는 필터계수를 연산하여 주필터에 출력한다.

또, 제3의 발명에 있어 기준신호발생수단은 속도지령치를 입력하여 소정의 대역폭을 가지는 기준신호를 출력하고, 적응필터는 상기 기준신호발생수단이 출력하는 기준신호 및 속도검출수단이 출력하는 속도검출치를 입력하고, 상기 속도검출치에 겹치는 주파수성분에 의거하여, 상기 주파수성분의 통과를 제한하는 필터계수를 연산하여 주필터에 출력한다.

[실시예 1]

제1~제3의 발명의 1실시예를 제1도~제10도에 의해 설명한다.

도면중, 종래예와 같은 부호로 표시된 것은 종래예의 그것과 동일 또는 동등한 것을 표시한다.

제1도는, 제1 및 제2의 발명의 1실시예에 의한 전동기의 속도제어장치를 표시하는 블록도이고, 동도면에 있어, (9)는 후술하는 필터계수 f의 입력에 의해 이 필터계수 f에 따른 주파수성분의 통과를 제한가능한 주필터, (10)은 필터계수 f를 설정하여 주필터(9)에 출력하는 필터계수설정수단이다. 필터계수설정수단(10)의 블록구성은 제2의 발명의 1실시예를 표시하는 것이고, (12)는 속도검출수단으로서의 속도검출기(2)가 출력하는 속도검출치 w_r를 입력하여 이 속도검출치 w_r에 겹쳐있는 소정의 주파수이상의 주파수성분, 즉 전동기(1), 연결기(3), 부하(3)로 되는 기계계의 공진주파수성분 d를 통과하게 하는 하이패스필터, (13)은 소정의 주파수이하의 주파수성분을 포함하는 기준신호 Y를 출력하는 기준신호발생수단, (15)는 기준신호발생수단(13)이 출력하는 기준신호 r과 하이패스필터(12)를 통과한 기계계의 공진주파수성분 d를 가산하는 가산수단, (16)은 가산수단(15)의 출력신호 x와 기준신호 r를 입력하여 상기 주파수성분 d의 통과를 제한하는 필터계수 f를 연산하여 주필터(9)에 출력하는 적응필터이다.

제6도는 적응필터(16)의 기본구성(문헌 1 : 武部幹저 “디지탈 필터의 설계”, 동해대학출판, 1986년의 7.2.1참조)를 표시하는 블록도이다.

(17)은 필터부분이고, (19)는 필터부분(17)의 필터계수를 조정하는 필터조정수단이다.

제7a, b, c, d, e도는 각각 기준신호 r와 필터계수 f의 조정전의 신호 d, 입력 x, 출력 y와 편차 e의 파워 스펙트럼을 표시한 것이다.

제8a, b, c도는 각각 필터계수 f 조정종료후의 출력 y와 편차 e의 파워 스펙트럼 및 필터부분(17)의 주파수특성을 표시한 것이다

제9도는 기준신호발생수단(13)의 1실시예를 표시하는 블록도이고, (30)은 랜덤노이즈발생회로, (31)은 로우패스필터이고, 로우패스필터(31)의 출력이 기준신호 r이다.

이하, 제1도 및 제6도~제9도를 이용하여 동작에 대해 설명한다.

제1도에 있어서, 필터계수설정수단(10)에 있어 하이패스필터(12)는 차단주파수가 속도제어의 대역폭 f_b에 설정된 것이고, 전동기의 속도(즉, 속도검출기(2)가 출력하는 속도검출치) w_r을 입력하여 이 w_r에 겹치는 기계공진주파수성분 d을 출력한다. 여기서 속도제어의 대역폭 f_b란, 연산증폭수단(6)-토오크제어수단(8)등으로 되는 폐루프전달함수에 있어서, 그의 게인이 직류에 있어 게인의 1/√2배가 되는 주파수를 말한다.

또 속도제어의 대역폭 f_b는 통상, 기계공진주파수 f_p가 1/2-1/3 이하로 설정된다.

기준신호발생수단(13)은 속도제어의 대역폭 f_b와 동일의 주파수성분을 포함하는 기준신호 r를 발생하고, 가산기(15)는 하이패스필터(12)의 출력 d와 기준신호 r을 가산하고 신호 x를 출력한다.

적응필터와는 입력신호가 가해지면 그것에 따라, 가장 목적에 따른 형의 신호를 발생하도록 자기의특성을 바꾸어, 또 입력신호의 성질이 변경되면, 그것에 추수하여 특성을 바꾸는 필터임으로(상기 문헌 1의 7.1.1참조), 적응필터(16)는 입력 x에 대해 출력 y가 목표신호인 기준신호 r에 가장 가깝게 하도록 자기의 필터계수를 순차조정한다.

입력 x는 기준신호 r과 기계공진에 의한 진동성분 d를 포함한 것이므로, 적응필터(16)는 자기필터특성을 기준신호 r이 가지는 주파수대역의 성분은 통과하게 하고, 기계공진에 의한 진동성분 d가 가지는 주파수성분은 억제하는 필터, 즉 중심주파수 f_c가 기계공진주파수 f_p에 일치한 노치필터로 되게 필터계수를 조정하게 된다.

그리고, 더욱, 주필터(9)는, 그 필터계수가 적응필터(16)에서의 입력에 의해 이 적응필터(16)와 동일치로 설정되므로 노치필터의 특성을 가지는 것이 된다.

이상과 같이, 주필터(9)는 연산증폭수단(60의 출력 τ₁ ^*에 포함되는 기계공진에 의한 진동의 가진원으로되는 기계공진주파수성분을 억제하는 특성이 되도록 자동조정한다.

그러나, 적응필터(16)의 입력을 진동성분 d, 목표신호를 영으로 하여도 적응필터의 동작원리에서 기계공진에 의한 진동성분을 억제하는 필터가 생성되어야 하나, 이 경우 필터의 주파수특성은 모든 주파수성분을 차단하는 특성이라도 좋고, 속도제어의 대역폭까지의 주파수성분을 통과하게 하고 기계공진주파수성분은 억제한다고 하는 바람직한 특성을 얻게된다고 하는 보장이 없다.

따라서, 제1도의경우, 적응필터(16)의 입력은 기준신호 r과 진동성분 d를 가한 신호 x를 사용하는 것이 최적이다.

제6도에 표시한 적응필터(16)의 블록도에 있어, 필터부분(17)은 신호 x를 입력하여 필터링처리를 하고, 필터계수조정수단(19)은 필터부분(17)의 출력 y를 목표신호인 기준신호 r에 가장가깝게 하기 위해, 감산수단(18)이 출력하는 기준신호 r과 출력 y의 편차 e가 감소하도록 필터부분(17)의 필터계수를 조정한다.

필터부분(17)으로서는 일반적으로는 FIR 필터(별명, 트렌스퍼설필터 또는 톱부지연선필터)를 사용하나, IIR 필터등을 사용할 수도 있다(상기 문헌 1의 7.2, 7.3, 또는 문헌 2 : S. 헤어킨저 : “적응필터입문”, 현대공학사, 1978년의 1.3참조).

이것들은 어느것이고 디지탈필터이므로 마이크로프로세서에 의한 소프트웨어처리로 실현할 수 있다.

또, 필터계수조정수단(19)으로서는, LMS 알고리즘이나 RMS 알고리즘등을 사용한다(상기 문헌 1의 7.3, 7.4 또는 상기 문헌 2의 4.6, 5.4참조).

이들도 디지탈처리를 전제로한 것이므로 마이크로프로세서에 의한 소프트웨어처리로 실현될 수 있다.

예를들면 LMS 알고리즘의 동작을 간단히 설명하면 다음과 같다. 필터부분의 차수가 n차(필터계수는 n＋1개이다)의 경우, 편차 e의 2승은 필터계수 f에 대해 (n＋1)차원공간에서 볼면상의 곡면을 가지고, 단일의 최소점을 가진다.

LMS 알고리즘은 이 최소점에 필터계수 f를 수속되게 하기 위해, 다음의 샘프링시점의 필터계수를 현샘프링시점에서의 필터계수에서 볼상의 곡면의 구배에 비례하는 변화량을 감하는 것에 의해 조정해 나가는 것이다.

제9도에 표시한 기준신호발생수단(13)의 구성요소의 하나인 로우패스필터(31)의 차단주파수는 속도제어의 대역폭 f_b에 설정한다.

따라서 기준신호 r의 파워 스펙트럼은 제7a도와 같이 속도제어의 대역폭 f_b이상으로 감쇄하는 특성이되고, 속도제어의 대역폭 f_b까지의 주파수성분은 포함하나 기계공진주파수성분은 포함하지 않는 것이 된다.

또 기계공진이 존재하는 경우의 하이패스필터(12)의 출력 d의 파워 스펙트럼은, 제7b도와 같이 기계공진주파수 f_p로 피크를 가진 것이 되므로, 하이패스필터(12)의 출력 d와 기준신호 r의 합계인 신호 x의 파워 스펙트럼은 제7c도와 같이 된다.

이와 같이 제6도에 표시하는 적응필터(16)의 필터부분(17)의 입력 x에는 속도제어의 대역폭 f_b까지의 주파수성분을 포함하는 기준신호 r과 기계공진에 의한 진동성분인 하이패스필터(12)의 출력 d가 포함되므로, 필터계수조정전의 파워 스펙트럼은 제7d도에 표시하는 것과 같은 입력 x의 파워 스펙트럼에 유사한 파형이 된다.

따라서 기준신호 r과 출력 y의 편차 e의 파워 스펙트럼은 제7e도와 같이 기계공진에 의한 진동성분인 제7b도의 신호 d의 파워 스펙트럼에 대응함으로, 제8b도에 표시하는 것과 같이 편차 e를 감소되도록 필터계수를 조정하면, 출력 y의 파워 스펙트럼은 제8a도에 표시하는 것과 같이 기준신호 r의 파워 스펙트럼에 가까워진다.

결과적으로 필터부분(11)은 기계공진에 의한 진동성분인 하이패스필터(12)의 출력(d)을 억제하는 주파수 특성, 즉 제8c도에 표시하는 것과 같이 기계공진주파수 f_p에 일치한 중심주파수 f_c를 가지는 노치필터특성으로 자동적으로 조정된다. 그러나, 상기와 같이 주필터(9)는, 그 필터계수 f가 적응필터(16)의 필터부분(17)의 필터계수와 같은 값에 설정되므로, 주필터(9)는 기계공진주파수 f_p에 중심주파수 f_c가 일치한 노치필터로 되게 자동조정된다.

따라서, 기계공진을 억제하기 위한 주필터(9)의 조정작업이 필요없게 된다.

또 더욱, 기계공진주파수 f_p가 변화하여 기계공진에 의한 전동기속도 w_r의 진동이 생긴 경우에도 상기와 같이 필터계수 f의 조정이 행하여지므로, 기계공진주파수 f_p의 변화에 자동적으로 추종할 수 있어 속도제어가 불안정이 되는 위험은 없다.

제2도는, 이 제1의 발명의 다른 실시예에 의한 전동기의 속도제어장치를 표시하는 블록도이고, 동도면에 있어 제1도와 동일부호는 동일부분을 표시한다.

제1도와의 상이점은 주필터(9)가 속도검출기(2)로 검출된 전동기(1)의 속도검출치 w_r을 입력하여 필터링처리를 하여, 속도검출치 w_r1을 출력하고, 연산증폭수단(6)은 감산기(5)의 출력인 속도지령치 w_r ^*과 주필터(9)의 출력 w_r1과의 편차를 입력하고 그 편차 w_r ^*-w_r1를 감소하게 하는 것과 같은 토오크지령치 τ₁ ^*를 토오크제어수단(8)에 출력한다.

그리고, 제1도의 실시예와 동일하게 주필터(9)와 필터계수설정수단(10)이 출력하는 필터계수 f를 입력하여 기계공진주파수성분을 억제하는 노치필터로 되도록 자동적으로 조정된다.

따라서, w_r1에서는 기계공진주파수성분이 제거되기 때문에, w_r1이 감산기(8)로 속도지령 w_r ^*과 비교된후, 연산증폭수단(6)으로 증폭되어 진동의 원인이 되는 위험은 없다.

제3도는, 이 제1의 발명의 더욱더, 다른 실시예에 의한 전동기의 속도제어장치를 표시하는 블록도이고, (2A)는 부하(4)의 속도 w_r를 검출하는 속도검출기이다.

동도면에 있어 속도검출기(2A)가 부하(4)에 배설되어, 부하(4)의 속도를 검출 t제어하고 있는 이외는 제1도에 표시하는 실시예와 같은 동작을 하여 같은 효과를 얻는다.

제4도는, 이 제1의 발명의 또다른 실시예에 의한 전동기의 속도제어장치를 표시하는 블록도이고, 동도면에 있어, 속도검출기(2A)가 부하(4)로 배설되어, 부하(4)의 속도를 검출하고 제어하고 있는 이외는 제2도에 표시하는 실시예와 같은 동작이고 같은 효과를 발휘한다.

제5도는, 제3의 발명의 1실시예에 의한 전동기의 속도제어장치를 표시하는 블록도이고, 동도면에 있어, (11)은 필터계수설정수단, (14)는 기준신호발생수단이다.

기준신호발생수단(14)이 속도지령치 w_r ^*를 입력하여 속도지령치 w_r ^*에 대해 속도제어계와 대략 같은 대역폭 f_b를 가지는 기준신호 r를 발생하여, 적응필터(16)가 상기 기준신호 r과 속도검출치 w_r의 입력에 의해 필터계수 f를 출력하는 점에 있어, 필터계수설정수단(11)은 제1도에 표시한 필터계수설정수단(10)과 다르나, 전동기의 속도제어장치로서의 구성은 제1도와 같고, 대략 같은 효과를 얻게 된다.

이하, 제5도에 표시한 필터계수설정수단(11)의 동작에 대해 설명한다.

제10도는, 속도지령치 w_r ^*를 주기적으로 변화하게 한 때의 기준신호 r, 전동기속도 w_r, 제6도에 표시하는 적응필터(16)의 출력 y및 기준신호 r과 출력 y의 편차 e의 응답파형이다.

제10도에 있어, 전동기의 속도검출치 w_r ^*에는 속도지령치 w_r ^*에 대한 응답성분과 그것과는 관계가 없는 기계공진에 의한 진동성분으로 된다.

상기와 같이, 기준신호 r은 속도제어계와 대략 동일 대역폭이 되도록 미리조정되어 있으므로, 제10도의 w_r ^*, r의 파형에서 알수 있는 것과 같이 기준신호 r과 진동성분을 제한 전동기속도 w_r의 응답성분과 대략 동일 파형이 된다.

제10도의 파형 y에서 적응필터(16)의 출력 y는 필터계수 f의 조정전에는 w_r과 같은 파형이 되어 있으므로, 기준신호 r과 출력신호 y의 편차 e의 파형에는, 제10도의 파형 e에 표시하는 것과 같이 전동기속도 w_r에 포함되는 진동성분에 상당하는 파형이 나타나게 된다.

제6도에 표시하는 필터계수조정부분(19)은 편차 e가 감소하도록 필터계수 f를 순차 조정하여 출력 y가 기준신호 r에 가까워지게 한다.

따라서, 필터계수 f의 조정이 종료하고 편차 e가 충분히 감소한 단계에서는, 필터부분(17)은 기계공진에 의한 진동성분만을 억제하는 노치필터의 특성을 가지는 것이 되므로, 제10도의 파형 w_r, y에 표시하는 것같이 전동기속도 w_r및 출력 y에서는 진동성분이 없어진다.

또, 상기와 같이, 주필터(9)는, 그 필터계수 f가 적응필터(16)의 필터부분(17)의 필터계수와 같은 값에 설정됨으로, 주필터(11)는 기계공진주파수 f_p에 중심주파수 f_c가 일치한 노치필터로 되도록 자동적으로 조정되는 것이 된다. 따라서, 기계공진을 억제하기 위해서는 주필터(9)의 조정작업이 필요없게 된다.

더욱, 기계공진주파수 f_p가 변화한 경우에도, 상기의 조정과정이 반복되어, 주필터(9)는 기계공진주파수 f_p에 대응한 노치필터 특성을 가지도록 자동적으로 조정된다.

기준신호발생수단(14)으로서는, (1)식의 전달함수로 표시되는 시정수 T₁의 1차지연요소가 있어, 속도지령치 w_r ^*에 대해 기준신호 r이 속도제어계의 대역폭과 거의 같은 응답을 가지도록 시정수 T₁을 설정하면 좋다.

예를 들면, 제5도에 표시한 전동기의 속도제어계로 f㎐의 대역폭이 얻게되면 연산증폭수단(6)을 설정하고 있는 것이면, 1차지연요소의 시정수 T₁은

T₁=1/(2ㆍπ/f)………………………………………(2)

로 설정하면 된다.

또 동도면에 있어서, 1차지연요소 대신에 속도제어와 대략 같은 응답을 가지도록 조정된 2차지연요소등을 사용하여도 좋다.

제5도에 표시한 필터계수설정수단(11)은 제2도~제4도에 있어 필터계수설정수단(10)과 바꾸어놓으므로서, 각각의 회로구성에 있어 제2도~제4도와 동일하게 동작하고, 같은 효과를 얻게 된다.

제1~4도에 표시하는 실시예에서는, 제9도에 표시하는 기준신호발생수단(13)의 블록에 있어 로우패스필터(30)의 차단주파수는 속도제어의 대역폭 f_b로 했으나, 기준신호 r에는 기계공진주파수 f_p이하의 주파수성분이 포함되어 있으면 좋으니까, 차단주파수는 f_b와 f_p의 중간에 설정하여도 좋다.

제1~4도에 표시하는 실시예에서는, 하이패스필터(12)는 차단주파수가 속도제어의 대역폭에 설정된 것으로 하였으나, 하이패스필터(12)는 전동기(1) 또는 부하(4)의 속도 w_r에 포함되는 기계공진주파수성분을 주로서 검출될 수 있으면 좋으니까, 그 특성은, 저역측의 차단주파수가 속도제어의 대역폭부근에 설정되어 있고 고역측의 차단주파수가 기계공진주파수보다도 높게 설정되어 있는 밴드패스필터등이라도 좋다.

제9도에 표시하는 기준신호발생수단(13)의 1실시예를 표시하는 블록도에 있어, 랜덤노이즈발생회로(30)대신에 구형파발생회로나 3각파발생회로를 사용하여도 좋고, 그 경우, 구형파나 3각파에 포함되는 고주파성분이 로우패스필터(31)의 차단주파수이하에 다수 포함되도록 설정하면 좋다.

토오크제어수단(8)은 결과로서, 전동기(1)의 토오크를 제어하는 것이면, 직접 제어하는 것이, 예를 들면 전동기(1)의 전류, 전압, 자속 또는 그들을 복수조합한 것이라도 좋다.

연산증폭수단(6)의 출력은 직접토오크를 지시하는 것이 아니더라도, 예를 들면 전동기(1)의 전류, 전압, 자속등과 같이 결과로서 전동기(1)의 토오크를 제어하는 것이면 좋다.

연결체(3)로서는, 전동기(1)와 부하(4)를 직결하는 축외, 기어, 벨트와 풀리, 볼나사와 낫트, 또는 이들을 조합한 것이라도 좋다.

또, 전동기(1)와 부하(4)를 직결하는 다이렉트·드라이브의 경우에는 전동기(1)의 회전축을 연결체로 볼수도 있고, 부하(4)의 강성이 작은 경우에는, 부하(4)의 연결체와 새로운 부하로 구성되어 있는 것으로 볼수도 있다.

이상과 같이, 제1의 발명에 의하면, 전동기 및 상기 전동기에 의해 구동되는 부하로 되는 기계계의 속도를 검출하는 속도검출수단이 출력하는 속도검출치에 겹치는 주파수성분에 의거하여 필터계수를 연산하는 필터계수설정수단과 상기 필터계수에 따른 주파수성분의 통과를 제한하는 주필터를 구비한 것임으로, 상기 속도검출치에 겹치는 상기 기계계의 공진주파수성분에 의거하여, 상기 전동기의 토오크를 제어하는 토오크제어수단이 출력하는 상기 기계계의 공진주파수성분을 감소하게 하여, 상기 기계계의공진을 제어하는 것이 얻게되는 효과가 있다.

또, 제2의 발명에 의하면, 필터계수설정수단이 소정의 주파수이하의 주파수성분을 포함하는 기준신호를 출력하는 기준신호발생수단과, 속도검출수단이 출력하는 속도검출치에 겹치는 소정의 주파수이상의 주파수성분을 통과하게 하는 하이패스필터와, 상기 기준신호발생수단이 출력하는 기준신호와 상기 하이패스필터를 통과한 상기 주파수성분을 가산하는 가산수단과, 상기 가산수단의 출력신호와 상기 기준신호를 입력하고, 상기 주파수성분의 통과를 제한하는 필터계수를 연산하여 주필터에 출력하는 적응필터를 구비하였으므로, 또 제3의 발명에 의하면, 필터계수설정수단이 속도지령치를 입력하여 소정의 대역폭을 가지는 기준신호를 출력하는 기준신호발생수단과, 상기 기준신호발생수단이 출력하는 기준신호 및 속도검출수단이 출력하는 속도검출치를 입력하고, 상기 속도검출치에 겹치는 소정의 주파수이상의 주파수성분의 통과를 제한하는 필터계수를 연산하여 주필터에 출력하는 적응필터를 구비하였으므로, 상기 기계계의 공진을 억제할 수 있게, 상기 주필터에 필터계수를 비교적 고정도로 연산하여 출력하는 필터계수설정수단을 가지는 것이 얻게 되는 효과가 있다.

Claims

전동기 및 상기 전동기에 의해 구동되는 부하로되는 기계계의 속도를 검출하는 속도검출수단이 출력하는 속도검출치와 속도지령치의 편차치를 출력하는 감산수단과, 상기 편차치를 연산증폭하여 토오크지령치로서 출력하는 연산증폭수단과, 상기 토오크지령치에 따라 상기 전동기의 토오크를 제어하는 토오크수단과, 상기 속도검출수단의 출력단에서 상기 토오크제어수단의 입력단에 달하는 페루프계의 어느위치에 삽입되어, 필터계수의 입력에 의해 상기 필터계수에 따른 주파수성분의 통과를 제한가능한 주필터와, 상기 속도검출치의 입력에 의해 상기 속도검출치에 겹치는 주파수성분에 의거하여 상기 주파수성분의 통과를 제한하는 상기 필터계수를 연산하여 상기 주필터에 출력하는 펄터계수설정수단을 구비한 것을 특징으로 하는 전동기의 속도제한장치.
제1항에 있어서, 필터계수설정수단은 소정의 주파수이하의 주파수를 포함하는 기준신호를 출력하는 기준신호발생수단과, 속도검출수단이 출력하는 속도검출치를 입력하여 상기 속도검출치에 겹치는 소정의 주파수이상의 주파수성분을 통과하게 하는 하이패스필터와, 상기 기준신호발생수단이 출력하는 기준신호와 상기 하이패스필터를 통과한 상기 주파수성분을 가산하는 가산수단과, 상기 가산수단의 출력신호와 상기 기준신호를 입력하고, 상기 주파수성분의 통과를 제한하는 필터계수를 연산하여 주필터에 출력하는 적응필터를 구비한 것을 특징으로 하는 전동기의 속도제한장치.
제1항에 있어서, 필터계수설정수단은 속도지령치를 입력하여 소정의 대역폭을 가지는 기준신호를 출력하는 기준신호발생수단과, 상기 기준신호발생수단이 출력하는 기준신호 및 속도검출수단이 출력하는 속도검출치를 입력하고, 상기 속도검출치에 겹치는 소정의 주파수이상의 주파수성분의 통과를 제한하는 필터계수를 연산하여 주필터에 출력하는 적응필터를 구비한 것을 특징으로 하는 전동기의 속도제어장치.