DE10297711B4

DE10297711B4 - Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung für einen Motor

Info

Publication number: DE10297711B4
Application number: DE10297711T
Authority: DE
Inventors: Tomohiro Miyazaki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-11-26
Filing date: 2002-11-26
Publication date: 2009-08-06
Anticipated expiration: 2022-11-27
Also published as: TW200409449A; JP4096945B2; JPWO2004049550A1; WO2004049550A1; CN1327603C; US20050238335A1; CN1650508A; TW595082B; US7068923B2; DE10297711T5

Abstract

Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung für einen Motor (4) zum Antreiben einer Last (2) mit
– einer Strombefehlerzeugungseinheit (10, 12), die ein Ausgangsstrombefehlssignal (Ia) auf der Basis einer Differenz zwischen einem Geschwindigkeitsbefehlssignal für den Motor (4) und einem Geschwindigkeitserfassungssignal erzeugt, durch das die Geschwindigkeit des Motors (4) erfasst wird,
– einer adaptiven Sperrfiltereinheit (14), der das Ausgangsstrombefehlssignal (Ia) zugeführt wird und die ein Kompensationsstrombefehlssignal (Ic) abgibt, in dem die Sperrfrequenzkomponente des Ausgangsstrombefehlssignals (Ia) eliminiert ist,
– einer Subtraktionseinheit (103), die ein Eliminationsteil-Strombefehlssignal (Ir) aus der Differenz zwischen dem Ausgangsstrombefehlssignals (Ia) und dem Kompensationsstrombefehlssignal (Ic) erzeugt,
– eine Begrenzereinheit (105), der das Eliminationsteil-Strombefehlssignal (Ir) zugeführt wird und die ein Begrenzungsstromsignal (IL) erzeugt, indem sie das Eliminationsteil-Strombefehlssignal (Ir) auf einen maximalen Wert begrenzt,
– eine Additionseinheit (109), die das Kompensationsstrombefehlssignal (Ic) und das Begrenzungsstromsignal (IL) addiert und ein Strombefehlssignal erzeugt, und
– einem Stromregelungsteil (18) für den Motor (4), der...

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung für einen Motor mit einem adaptiven Sperrfilter.
Stand der Technik
Eine Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung für einen Motor dreht einen Motor und eine Last bei einer befohlenen Geschwindigkeit, die von einer Hoststeuerung vorgegeben wird, durch Erzeugen eines Drehmoments zum Beschleunigen oder Abbremsen der Geschwindigkeit des Motors gemäß einem Geschwindigkeitsfehler.
Da ein Wert einer Geschwindigkeitsverstärkung Kv, multipliziert mit einem Geschwindigkeitsfehler, der aus einer Differenz zwischen einem Geschwindigkeitsbefehlssignal und einem Geschwindigkeitserfassungssignal des Motors resultiert, durch eine Geschwindigkeitsregelungseinheit auf groß eingestellt ist, wird im Allgemeinen die Geschwindigkeit des Motors bei einer starken Beschleunigung in Bezug auf den Geschwindigkeitsfehler korrigiert, so dass der Geschwindigkeitsfehler in kurzer Zeit kleiner wird und eine Geschwindigkeitsregelung bzw. -steuerung mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden kann.
Wenn jedoch die Steifigkeit bzw. Festigkeit einer Motorwelle zum Übertragen eines vom Motor erzeugten Drehmoments zu der Last niedrig ist, kann der Wert der Geschwindigkeitsverstärkung Kv nicht erhöht werden, und die Regelungsgenauigkeit bzw. Steuerungsgenauigkeit wird schlechter. Das bedeutet, dass dann, wenn die Festigkeit der Welle niedrig ist, die Welle als Feder wirkt, so dass die Neigung besteht, dass eine mechanische Schwingung auftritt. Als Ergebnis davon wird dann, wenn die Geschwindigkeitsverstärkung Kv auf groß eingestellt ist, die mechanische Schwingung mit der Zeit größer, und ein Steuersystem bzw. Regelsystem kann oszillieren.
Als Lösung eines solchen Problems ist eine Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung für einen Motor, in welcher ein Sperrfilter in eine Geschwindigkeitsschleife des Motors eingefügt ist, in JP-A-60-39397 offenbart. Gemäß JP-A-60-39397 ist ein Filter zum Eliminieren von nur einer bestimmten Frequenzkomponente aus einem Eingangssignal und zum Erzeugen eines Ausgangssignals in die Geschwindigkeitsschleife eingefügt, und eine Frequenzkomponente einer mechanischen Resonanz wird eliminiert. Dadurch kann eine Oszillation des Regelsystems unterdrückt werden.
Bei einer solchen Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung für einen Motor kann während eines Unterdrückens der Oszillation des Regelsystems eine Geschwindigkeitsverstärkung Kv auf groß eingestellt werden, und als Ergebnis kann eine Regelung bzw. Steuerung mit hoher Genauigkeit erreicht werden.
Jedoch ist die Motorgeschwindigkeitsregelungsvorrichtung, wie sie oben beschrieben ist, so aufgebaut, dass eine Resonanz eines mechanischen Systems nicht auftritt, indem das Sperrfilter derart eingestellt wird, dass eine Sperrfrequenz mit einer bekannten Resonanzfrequenz des mechanischen Systems übereinstimmt bzw. an diese angepasst ist. Zum Ermitteln der Resonanzfrequenz eines mechanischen Systems gibt es Berechnungsverfahren und Messverfahren, wobei jedoch jeweils eine komplizierte Berechnung oder eine bestimmte Messvorrichtung erforderlich ist.
Somit wird als einfaches Verfahren zum Anpassen der Sperrfrequenz an die Resonanzfrequenz eines mechanischen Systems ein adaptives Sperrfilter vorgeschlagen. Das adaptive Sperrfilter ist in beispielsweise „Analysis of State Characteristics of Adaptive IIR Digital Notch Filter" (Paper Journal of Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, Vol. J81-A, No. 9) beschrieben. Ein Blockdiagramm einer Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung eines Motors unter Verwendung eines adaptiven Sperrfilters ist in 1 gezeigt. Die in 1 gezeigte Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung für einen Motor enthält einen Motor 4 mit einer Welle 4a, über die eine Last 2 angetrieben wird, einen Geschwindigkeitserfassungsteil 8 zum Berechnen eines Geschwindigkeitserfassungssignals des Motors 4 durch Erfassen eines Drehwinkels des Motors 4 über einen Codierer 6, um den Drehwinkel (eine Position) zu unterscheiden bzw. zu differenzieren, einen Geschwindigkeitsregelungsteil 12 zum Erhalten eines Geschwindigkeitsfehlers, der aus der Differenz zwischen einem Geschwindigkeitsbefehlssignal und dem Geschwindigkeitserfassungssignal resultiert, mit Hilfe eines Geschwindigkeitskomparators 10 und zum Multiplizieren des Geschwindigkeitsfehlers mit einer Geschwindigkeitsverstärkung Kv und zum Ausgeben eines Quellenstrombefehlssignals Ia (im Folgenden: Ausgangsstrombefehlssignal), ein Sperrfilter 14 zum Erzeugen eines Kompensationsstrombefehlssignals Ic, bei dem eine Sperrfrequenz, die in einer bestimmten Frequenzkomponente des Ausgangsstrombefehlssignals Ia resultiert, eliminiert ist, einen adaptiven Teil des Sperrfilters 16 zum Einstellen einer Sperrfrequenz derart, dass ein Strombefehlssignal, bei dem eine anhaltend auftretende Schwingungsfrequenzkomponente eliminiert ist, von dem Sperrfilter 14 erzeugt wird, und einen Stromregelungsteil bzw. Stromsteuerteil 18 zum Erzeugen eines Drehmomentenbefehlssignals des Motors 4 basierend auf dem Kompensationsstrombefehlssignal (Strombefehlssignal) Ic.
Übrigens enthält ein adaptives Sperrfilter 20 den adaptiven Teil des Sperrfilters 16 und das Sperrfilter 14.
Einzelheiten der Funktion des adaptiven Teils des Sperrfilters 16 sind in dem Paper Journal beschrieben. Grundsätzlich wird eine Sperrfrequenz so eingestellt, dass eine Ausgabe einer Welligkeit des Sperrfilters 14 kleiner wird. Wenn ein Regelsystem sich in einem Oszillationszustand befindet und der Motor 4 und die Last 2 bei einer Resonanzfrequenz schwingen, wird die Schwingung durch den Codierer 6 erfasst und über den Geschwindigkeitserfassungsteil 8, den Komparator 10 und den Geschwindigkeitsregelungsteil 12 in den Sperrfilter 14 eingegeben. Wenn die Sperrfrequenz nicht mit der Resonanzfrequenz des Regelsystems übereinstimmt, kann das Sperrfilter 14 eine Oszillation nicht unterdrücken, so dass eine mechanische Resonanz mit der Zeit größer wird. Als Ergebnis davon wird eine Signalkomponente der Resonanzfrequenz groß, die im Eingangssignal des Sperrfilters 14 enthalten ist, und wird vorherrschend. In dem adaptiven Teil des Sperrfilters 16 ist die Signalkomponente der Resonanzfrequenz in dem Quellenstrombefehlssignal Ia groß enthalten, das in einer Eingabe des Sperrfilters 14 resultiert, so dass eine Elimination der Frequenzkomponente zu einer Erniedrigung bezüglich einer Ausgabe führt. Als Ergebnis wirkt der adaptive Teil des Sperrfilters 16 derart, dass er die Sperrfrequenz an die Resonanzfrequenz annähert, und schließlich die Sperrfrequenz im Wesentlichen mit der Resonanzfrequenz übereinstimmt.
Die Tatsache, dass eine Oszillation des Regelsystems durch das adaptive Sperrfilter 20 unterdrückt wird, wird durch eine in den 2 bis 4 gezeigte Simulation beschrieben. 2 ist ein Zeitdiagramm der Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung für einen Motor, die in 1 gezeigt ist, und (a) zeigt die Motorgeschwindigkeit, die durch den Geschwindigkeitserfassungsteil 4 erfasst wird, (b) zeigt das Eingangssignal des Sperrfilters 14, (c) zeigt Änderungen bezüglich der Sperrfrequenz, die durch den adaptiven Teil des Sperrfilters eingestellt wird, und (d) zeigt Strombefehle, die Ausgangssignale des Sperrfilters 14 sind. 3 zeigt vergrößerte Diagramme der 2(a) und 2(b). 4 ist ein Verstärkungsdiagramm eines Geschwindigkeitsregelsystems der in 1 gezeigten Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung.
Eine Verstärkungscharakteristik einer offenen Schleife eines Geschwindigkeitsregelsystems ohne Sperrfilter, ist in 4(a) gezeigt. Eine Resonanzfrequenz ist 1500 Hz und die Resonanzspitze ist größer als 0 Dezibel, so dass dieser Zustand anzeigt, dass das Regelsystem oszilliert.
Daher ist eine Sperrfrequenz in einem Anfangszustand auf 3000 Hz eingestellt. Unter Verwendung von 3000 Hz als Anfangswert stellt der adaptive Teil des Sperrfilters 16 die Sperrfrequenz ein. Eine Regelung bzw. Steuerung wird aber zu der Zeit 0 begonnen und zuerst stimmt eine Resonanzfrequenz nicht mit einer Sperrfrequenz überein, so dass das Regelsystem einen Oszillationszustand einnimmt und eine Motorgeschwindigkeit (ein Geschwindigkeitserfassungssignal) schwingt und die Amplitude mit der Zeit größer wird. In 2(a) ist die Motorgeschwindigkeit geschwärzt. Dies ist deshalb so, weil eine Frequenz der Schwingung hoch ist.
Wenn die Zeitachse vergrößert wird, tritt eine Schwingung bei einer Resonanzfrequenz von 1500 Hz auf, wie es in 3(a) gezeigt ist. Ein Geschwindigkeitserfassungssignal von dem Geschwindigkeitserfassungsteil 8 wird über den Geschwindigkeitskomparator 10 und den Geschwindigkeitsregelungsteil 12 den Sperrfilter 14 zugeführt. Ein Ausgangsstrombefehlssignal Ia, das dem Sperrfilter 14 zugeführt ist, wird ausgedrückt, wie es in
2(b) gezeigt ist, und zwar in dem Fall eines Vergrößerns von diesem in einer Zeitachsenrichtung, und das Ausgangsstrombefehlssignal ist eine Schwingungskomponente von 1500 Hz, wie es in 3(b) gezeigt ist. Eine Schwingung von 1500 Hz wird größer, der adaptive Teil des Sperrfilters 16 stellt die Sperrfrequenz ein, um die Frequenzkomponente zu eliminieren, und, wie es in 2(c) gezeigt ist, die Sperrfrequenz nähert sich mit der Zeit 1500 Hz der Resonanzfrequenz an. Wenn sich die Sperrfrequenz zu der Zeit (0,1 Sekunden) der Resonanzfrequenz annähert, fährt eine Oszillation des Regelsystems damit fort, zu konvergieren, und der Oszillationszustand wird zu der Zeit (0,17 Sekunden) eliminiert. Somit ändert sich bei dem adaptiven Sperrfilter 20 die Sperrfrequenz automatisch, und eine Oszillation wird unterdrückt, wenn das Regelsystem zu oszillieren beginnt.
Bei genauerem Betrachten von 2(c) wird herausgefunden, dass die Sperrfrequenz nach einer Einstellung 1770 Hz ist und nicht mit der Resonanzfrequenz von 1500 Hz übereinstimmt. Dies ist deshalb so, weil die Oszillation konvergiert, wenn eine Einstellung der Sperrfrequenz fortgeführt wird und die Sperrfrequenz sich der Resonanzfrequenz bis zu einem gewissen Ausmaß annähert.
Wie es oben beschrieben ist, muss in dem Fall, in welchem eine Einstellung der Sperrfrequenz effektiv funktioniert, eine Signalkomponente der Resonanzfrequenz fortgesetzt zum Sperrfilter 14 eingegeben werden. Jedoch dann, wenn eine Oszillation des Regelsystems konvergiert, hört auch eine Schwingung des Motors 4 auf und ist die Signalkomponente der Resonanzfrequenz nicht in einem Geschwindigkeitserfassungssignal von dem Geschwindigkeitserfassungsteil 8 enthalten. Als Ergebnis davon ist die Signalkomponente der Resonanzfrequenz nicht in einem Ausgangsstrombefehlssignal Ia enthalten, das ein Eingangssignal des Sperrfilters 14 darstellt, und eine Einstellung der Sperrfrequenz durch den adaptiven Teil des Sperrfilters 16, d. h. eine adaptive Operation, wird nicht weiter fortgeführt. Schließlich wird eine Sperrfrequenz von 1770 Hz erhalten, und eine Verstärkungscharakteristik bzw. Verstärkungskennlinie des Sperrfilters 14 bei 1770 Hz ist in 4(b) gezeigt, und eine Verstärkungskennlinie eines Geschwindigkeitsregelsystems, das das Sperrfilter 14 enthält, ist in 4(c) gezeigt.
Wie es in 4(c) gezeigt ist, wird, obwohl ein Oszillationszustand nicht erreicht wird, da die Resonanzspitze 0 Dezibel nicht übersteigt, herausgefunden, dass sie nahe der Grenze ist, bei welcher eine Oszillation auftritt, da die Resonanzspitze nahe 0 Dezibel ist. Als Ergebnis davon gab es ein Problem, dass das Regelsystem wieder in einen Oszillationszustand laufen kann, selbst wenn sich eine Charakteristik bzw. Kennlinie eines mechanischen Systems, wie beispielsweise der Last 2, aufgrund einer Änderung mit der Zeit nur etwas ändert, etc.
Aus EP 0 469 617 A1 ist eine Geschwindigkeitsregelvorrichtung für einen Motor bekannt, die eine Einheit zur Erzeugung eines Strombefehls umfasst, der eine Differenz aus einem Vorgabewert und einem Rückkopplungswert der Motorgeschwindigkeit zugeführt wird. Das Ausgangssignal der Strombefehlserzeugungseinheit wird einem Sperrfilter zur Unterdrückung von Signalanteilen bei einer Sperrfrequenz zugeführt, die von einer Sperrfrequenzeinstelleinheit adaptiv in Abhängigkeit von dem rückgekoppelten Motorgeschwindigkeitswert eingestellt wird.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung für einen Motor bereitzustellen, die eine Sperrfrequenz in einem Sperrfilter genau einstellen kann.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockdiagramm einer Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung eines Motors unter Verwendung eines adaptiven Teils des Sperrfilters.
2 ist ein Zeitdiagramm durch eine Simulation der Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung des Motors, die in 1 gezeigt ist.
3 ist ein Zeitdiagramm durch eine Simulation der Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung des Motors, die ein 1 gezeigt ist.
4 ist ein Verstärkungsdiagramm eines Geschwindigkeitsregelsystems in dem Fall eines Einstellens einer Sperrfrequenz der Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung des Motors, die in 1 gezeigt ist.
5 ist ein Blockdiagramm einer Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung eines Motors, das ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
6 ist ein Blockdiagramm, das einen in 5 gezeigten Schwingungserfassungsteil zeigt.
7 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Betrieb eines in 5 gezeigten Ein/Aus-Teils zeigt.
8 ist ein Zeitdiagramm durch eine Simulation von einem jeweiligen Teil in der Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung des Motors, die in 5 gezeigt ist.
9 ist ein Zeitdiagramm durch eine Simulation, das eine Handlung eines in 5 gezeigten Begrenzers beschreibt.
10 ist ein Verstärkungsdiagramm eines Geschwindigkeitsregelsystems in dem Fall eines Einstellens einer Sperrfrequenz der in 5 gezeigten Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung.
Eine Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung für einen Motor gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der 5 und 6 beschrieben werden. 5 ist ein Blockdiagramm einer Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung für einen Motor gemäß einem Ausführungsbeispiel, und 6 ist ein Blockdiagramm eines in 5 gezeigten Schwingungserfassungsteils.
In den 5 und 6 enthält eine Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung 101 für einen Motor einen Motor 4, der eine Last 2 antreibt, und dessen Welle 4a mit der Last 2 verbunden ist, einen Codierer 6 zum Erfassen einer Erfassungsposition (eines Erfassungs-Drehwinkels) des Motors 4, einen Geschwindigkeitserfassungsteil 8 zum Berechnen eines Erfassungsgeschwindigkeitssignals des Motors 4 durch Differenzieren der Erfassungsposition, einen Geschwindigkeitskomparator 10 zum Erhalten einer Differenz zwischen dem Erfassungsgeschwindigkeitssignal und einem von einer Hoststeuerung (nicht gezeigt) vorgegebenen Geschwindigkeitsbefehlssignal und zum Ausgeben eines Geschwindigkeitsfehlers, einen Geschwindigkeitsregelungsteil 12, der als Strombefehlserzeugungseinheit wirkt, die eine Geschwindigkeitsverstärkung Kv mit dem Geschwindigkeitsfehler multipliziert und die ein Ausgangsstrombefehlssignal Ia ausgibt, ein Sperrfilter 14, das als Sperrfiltereinheit wirkt, der das Ausgangsstrombefehlssignal Ia zugeführt wird und ein kontinuierliches Frequenzband hat und eine Sperrfrequenz fn auswählt, die in einer beliebigen bestimmten vorbestimmten Frequenz in dem Frequenzband resultiert, und ein Kompensationsstrombefehlssignal Ic erzeugt, in welchem eine Frequenzkomponente einer andauernden Schwingung aus dem Ausgangsstrombefehlssignal Ia eliminiert ist, und beispielsweise eine Sperrfrequenz fn auswählt, die in einer bestimmten Frequenzkomponente (beispielsweise 3000 Hz, 1500 Hz, ...) des Frequenzbands von 5000 Hz bis 100 Hz resultiert, einen adaptiven Teil des Sperrfilters 16, der als Sperrfilter-Einstelleinheit wirkt, die beispielsweise die Sperrfrequenz fn automatisch so auswählt (einstellt), dass das Kompensationsstrombefehlssignal Ic, in welchem die Frequenzkomponente mit andauernder Schwingung des Ausgangsstrombefehlssignals Ia eliminiert ist, von dem Sperrfilter 14 erzeugt wird, d. h. eine Welligkeit des Kompensationsstrombefehlssignals Ic durch ein Durchführen von Auswahlen (Einstellungen) zu jedem Zeitpunkt kleiner wird, wie beispielsweise 3000 Hz, 1500 Hz, ..., etc., und einen Stromregelungsteil 18 zum Erzeugen eines Drehmomentenbefehlssignals des Motors 4 basierend auf dem Kompensationsstrombefehlssignal Ic.
Ein Beibehaltungsteil für eine andauernde Schwingung enthält einen Subtrahierer 103, der als Subtraktionseinheit wirkt, die das Kompensationsstrombefehlssignal Ic von dem Ausgangsstrombefehlssignal Ia subtrahiert, und die ein Eliminationsteil-Strombefehlssignal Ir ausgibt, einen Begrenzer 105, der als Begrenzereinheit wirkt, die das Eliminationsteil-Strombefehlssignal Ir eingibt und ein Begrenzungsstrombefehlssignal IL ausgibt, das auf einen vorbestimmten Wert oder darunter begrenzt ist, einen Schwingungserfassungsteil 120, der als Oszillations-Entscheidungseinheit wirkt, in welcher entschieden wird, ob das Kompensationsstrombefehlssignal Ic geschwungen (oszilliert) hat oder nicht, und dann, wenn entschieden wird, dass es geschwungen hat, ein Ein-Signal erzeugt wird, und dann, wenn entschieden wird, dass es nicht geschwungen hat, ein Aus-Signal erzeugt wird, einen Ein/Aus-Teil 107, der als Schalteinheit wirkt, die durch das Ein-Signal des Schwingungserfassungsteils 120 einschaltet (schließt) und durch das Aus-Signal ausschaltet (öffnet), und einen Addierer 109, der als Additionseinheit wirkt, die das Kompensationsstrombefehlssignal Ic und das Begrenzungsstrombefehlssignal IL addiert.
Hier ist der vorbestimmte Wert des Begrenzers 105 vorzugsweise der kleinstmögliche Wert, bei welchem ein Geschwindigkeitsregelsystem des Motors 4 eine andauernde Schwingung basierend auf dem Eliminationsteil-Strombefehlssignal Ir unterhält. Dies ist so, weil er so aufgebaut ist, dass keine exzessive Schwingung für den Motor 4 verursacht wird, etc., während die Sperrfrequenz fn des Sperrfilters 14 durch die andauernde Schwingung eingestellt wird. Beispielsweise wird der Wert auf etwa einige Prozent eines Nennstroms des Motors 4 eingestellt.
Der Schwingungserfassungsteil 120, der entscheidet, ob das Kompensationsstrombefehlssignal Ic geschwungen hat oder nicht, enthält eine Gleichrichterschaltung 122 zum Gleichrichten des Kompensationsstrombefehlssignals Ic, eine Glättungsschaltung 124 zum Glätten eines Eingangssignals nach einer Gleichrichtung durch die Gleichrichtungsschaltung 122 und einen Komparator 126, in welchem ein Glättungswert von der Glättungsschaltung 124 mit einem durch eine Referenzwert-Einstellvorrichtung 128 eingestellten Referenzwert verglichen wird, und dadurch dann, wenn der Glättungswert größer als der Referenzwert ist, entschieden wird, dass das Kompensationsstrombefehlssignal Ic geschwungen hat, und ein Ein-Signal erzeugt wird, und dann, wenn ein Glättungswert kleiner als der Referenzwert ist, entschieden wird, dass das Kompensationsstrombefehlssignal Ic nicht geschwungen hat, und ein Aus-Signal erzeugt wird. Übrigens werden sowohl das Ein-Signal als auch das Aus-Signal Schaltsignal genannt.
Der Betrieb der Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung 101, die so aufgebaut ist, wie es oben beschrieben ist, wird anhand der 5 bis 7 beschrieben werden. 7 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Betrieb des in 5 gezeigten Ein/Aus-Teils zeigt. Wenn angenommen wird, dass eine Geschwindigkeitsregelung durchgeführt wird, während der Motor 4 die Last 2 basierend auf einem Geschwindigkeitsbefehlssignal von einer Hoststeuerung (nicht gezeigt) antreibt, wird ein Positionserfassungssignal (ein Drehwinkel) des Motors 4 durch den Codierer 6 erfasst und wird ein Geschwindigkeitserfassungssignal über den Geschwindigkeitserfassungsteil 8 zum Geschwindigkeitskomparator 10 eingegeben. Der Komparator 10 erhält eine Differenz (einen Geschwindigkeitsfehler) zwischen einem Geschwindigkeitsbefehlssignal und dem Geschwindigkeitserfassungssignal und gibt die Differenz in den Geschwindigkeitsregelungsteil 12 ein.
Der Geschwindigkeitsregelungsteil 12 erzeugt ein Ausgangsstrombefehlssignal Ia und gibt das Ausgangsstrombefehlssignal Ia zum Sperrfilter 14 und zum adaptiven Teil des Sperrfilters 16 aus und ein Kompensationsstrombefehlssignal Ic wird vom Sperrfilter 14 zum adaptiven Teil des Sperrfilters 16 zugeführt. Der adaptive Teil des Sperrfilters 16 erzeugt ein Kompensationsstrombefehlssignal Ic, in welchem eine Sperrfrequenz fn automatisch aus einem kontinuierlichen Frequenzband im Sperrfilter 14 ausgewählt (eingestellt) wird, um eine Komponente mit andauernder Schwingung des Kompensationsstrombefehlssignals Ic zu verringern.
Der Subtrahierer 103 erzeugt ein Eliminationsteil-Strombefehlssignal Ir und eine Differenz zwischen dem Ausgangsstrombefehlssignal Ia und dem Kompensationsstrombefehlssignal Ic. Das Eliminationsteil-Strombefehlssignal Ir wird in dem Begrenzer 105 eingegeben und der Begrenzer 105 gibt ein Grenzstrombefehlssignal IL aus.
Der Schwingungserfassungsteil 120 entscheidet, ob das Kompensationsstrombefehlssignal Ic oszilliert (geschwungen) hat oder nicht, wie es oben beschrieben ist (Schritt S101). Wenn es geschwungen hat, wird ein Ein-Signal erzeugt und wird der Ein/Aus-Teil 107 eingeschaltet (Schritt S103), und der Addierer 109 gibt ein Strombefehlssignal, in welchem das Grenzstrombefehlssignal IL und das Kompensationsstrombefehlssignal Ic addiert sind, an den Stromregelungsteil 18 ab. Der Stromregelungsteil 18 gibt ein Drehmomentenbefehlssignal zum Motor 4 und treibt den Motor 4 zusammen mit der Last 2 an.
Als Nächstes entscheidet der Schwingungserfassungsteil 120, ob das Kompensationsstrombefehlssignal Ic geschwungen hat oder nicht (Schritt S105). Wenn die Schwingung konvergiert, wartet er, bis eine vorbestimmte Zeit verstrichen ist (Schritt S107), und ein Aus-Signal wird erzeugt und der Ein/Aus-Teil 107 wird ausgeschaltet (Schritt S109). Als Ergebnis davon wird eine Addition des Grenzstrombefehlssignals IL zum Addierer 109 gestoppt, und nur das Kompensationsstrombefehlssignal Ic wird vom Addierer 109 als Strombefehlssignal zum Stromregelungsteil 18 zugeführt, und der Motor 4 wird angetrieben.
Das bedeutet, dass bei der Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung 101 gemäß der vorliegenden Erfindung der Eliminationsteil-Strombefehl Ir durch den Begrenzer 105 zum Grenzstrombefehl IL geändert wird und zum Kompensationsstrombefehlssignal Ic addiert wird und ein Strombefehlssignal erhalten wird und dadurch eine Schwingung aufrechterhalten wird. Daher schwingt selbst dann, wenn das Kompensationsstrombefehlssignal Ic nicht schwingend ist, das Ausgangsstrombefehlssignal Ia basierend auf einer Differenz zwischen dem Geschwindigkeitsbefehlssignal und dem Geschwindigkeitserfassungssignal auch. Da das Ausgangsstrombefehlssignal Ia schwingt, steigt der Raum zum Einstellen der Sperrfrequenz fn des Sperrfilters 14 an, so dass eine Einstellgenauigkeit der Sperrfrequenz fn verbessert werden kann.
Als Nächstes wird der Betrieb der Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung 101 des Motors auf der Basis eines in 8 gezeigten Simulationsergebnisses beschrieben werden. 8 ist ein Diagramm, das bei demselben Zustand bzw. derselben Bedingung wie demjenigen bzw. derjenigen der 2 simulierte, und die 8(a) bis 8(d) entsprechend den 2(a) bis 2(d), und (a) zeigt Geschwindigkeiten des Motors 4 und (b) zeigt Eingangssignale (Ausgangsstrombefehlssignale Ia) des Sperrfilters 14 und (c) zeigt eine Sperrfrequenz fn und (d) zeigt Strombefehle und (e) zeigt einen Zustand des Ein/Aus-Teils 107 und Ausgaben (Schaltsignale) des Schwingungserfassungsteils 120.
Wenn eine Regelung der Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung 101 ab der Zeit 0 gestartet wird, beginnt ein Regelsystem zu oszillieren. Damit stellt der adaptive Teil des Sperrfilters 16 eine Sperrfrequenz fn des Sperrfilters 14 ein (8(c)), und die Sperrfrequenz fn nähert sich einer Resonanzfrequenz an. Als Ergebnis davon beginnt bei Erfassungsgeschwindigkeiten und Strombefehlen des Motors 4 eine Schwingung ab der Zeit (0,04 Sekunden) zu konvergieren (8(a) und 8(d)).
Wenn der Schwingungserfassungsteil 120 eine Schwingung zu der Zeit (0,02 Sekunden) erfasst, wird der Ein/Aus-Teil 107 eingeschaltet (8(e)) und beginnt der Addierer 109 ein Grenzstromsignal IL und ein Kompensationsstrombefehlssignal Ic zu addieren. Als Ergebnis davon konvergiert eine Oszillation eines Strombefehlssignals nicht vollständig und wird, wie es in 8(a) gezeigt ist, eine Schwingung bis zu der Zeit (0,2 Sekunden) auf einem konstanten Pegel gehalten. Ein Einstellen wird durchgeführt, um den Ein/Aus-Teil 107 nach 0,15 Sekunden seit einem Verstreichen von 0,05 Sekunden auszuschalten, wo eine Schwingung auf dem konstanten Pegel konvergiert, so dass, wie es in 8(e) gezeigt ist, der Ein/Aus-Teil 107 zu der Zeit (0,2 Sekunden) ausgeschaltet wird, und eine Addition des Grenzstrombefehlssignals IL zu dem Addierer 109 wird gestoppt, und darauf folgend konvergiert eine Schwingung.
Gemäß der vorliegenden Erfindung läuft das Eliminationsteil-Strombefehlssignal Ir durch den Begrenzer 105 und wird das Begrenzungsstrombefehlssignal IL zu dem Kompensationsstrombefehlssignal Ic addiert. Dadurch kann veranlasst werden, dass das Strombefehlssignal eine Schwingung auf einem konstanten Pegel beibehält. Während die Schwingung beibehalten wird, wird eine Schwingungskomponente einer Resonanzfrequenz fortgesetzt dem Sperrfilter 14 zugeführt, wie es in 8(b) gezeigt ist. Daher wird, während die Sperrfrequenz fn genau eingestellt wird, ein Wert des Eliminationsteil-Strombefehlssignal Ir durch den Begrenzer 105 begrenzt, so dass eine vom Motor 4 verursachte Schwingung unterdrückt werden kann.
Weiterhin wird eine Handlung des Begrenzers 105 der Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung 101 anhand der 9 detailliert beschrieben werden. 9 zeigt ein Eingangssignal und ein Ausgangssignal des Sperrfilters 14, ein Eingangssignal und ein Ausgangssignal des Begrenzers 105 und Strombefehle im Bereich von der Zeit (0,1 Sekunden) bis zu der Zeit (0,105 Sekunden) bei dem Simulationsergebnis der 8. Eine Schwingung des Motors 4, die durch den Geschwindigkeitserfassungsteil 8 erfasst ist, wird zu dem Komparator 10 rückgekoppelt und wird über den Geschwindigkeitsregelungsteil 12 in den Sperrfilter 14 eingegeben. Ein in den Sperrfilter 14 eingegebenes Ausgangsstrombefehlssignal Ia ist in 9(a) gezeigt und ist eine Schwingungskomponente von 1500 Hz, was eine Resonanzfrequenz fc ist. Wie es in 8(c) gezeigt ist, stimmt zur Zeit (0,1 Sekunden) eine Sperrfrequenz fn im Wesentlichen mit der Resonanzfrequenz fc überein, so dass das Meiste der Schwingungskomponenten des Schwellwertstrombefehlssignals 1a durch das Sperrfilter 14 eliminiert wird und das Ausgangssignal ausgedrückt wird, wie es in 4(b) gezeigt ist. Im Subtrahierer 103 wird eine durch das Sperrfilter 14 eliminierte Signalkomponente berechnet und durch Subtrahieren eines Kompensationsstrombefehlssignals Ic vom Ausgangsstrombefehlssignal Ia ausgegeben. Dies resultiert in der Schwingungskomponente von 1500 Hz, wie es in 9(c) gezeigt ist, und wird in den Begrenzer 105 eingegeben. Im Begrenzer 105 wird eine eingegebene Amplitude der Schwingungskomponente von 1500 Hz auf einen vorbestimmten Wert begrenzt, und die Schwingungskomponente wird ausgegeben. Grenzwerte sind hierin ±1 und das Ausgangssignal wird ausgedrückt, wie es in 9(d) gezeigt ist. Diese wird zu einem Ausgangssignal (9(b)) des Sperrfilters 14 durch den Addierer 109 addiert, und ein Strombefehl, wie er in 9(e) gezeigt ist, wird erhalten.
Da das Ausgangssignal (9(d)) des Begrenzers 105 zum Strombefehl addiert wird, ist eine Signalkomponente zum Schwingenlassen des Motors 4 bei einer Frequenz von 1500 Hz im Strombefehl enthalten, wie er in 9(e) gezeigt ist. Da der Motor 4 dadurch angetrieben wird, konvergiert eine Schwingung des Motors 4 nicht vollständig, und die Schwingung wird fortgesetzt. Die Schwingung wird durch den Geschwindigkeitserfassungsteil 8 erfasst und wird wieder zum Sperrfilter 14 eingegeben. Auf diese Weise wird die Schwingungskomponente der Resonanzfrequenz fc von 1500 Hz kontinuierlich zum Sperrfilter 14 eingegeben, und als Ergebnis davon kann die Sperrfrequenz fn genau eingestellt werden.
Ebenso wird eine Amplitude eines Ausgangssignals des Begrenzers 105 durch einen Grenzwert begrenzt, so dass sich eine Amplitude einer Schwingung des Motors 4 nicht exzessiv erhöht und sie auf einen konstanten Pegel begrenzt wird. Wenn der Grenzwert auf einen kleinen Wert eingestellt wird, wird auch die Amplitude einer Schwingung des Motors 4 kleiner und wird eine Anwendung einer exzessiven Last auf dem Motor 4 oder einer Maschine eliminiert.
Die abschließende Sperrfrequenz fn ist 1500 Hz, wie es in 8(c) gezeigt ist, und stimmt genau mit der Resonanzfrequenz überein. Eine Verstärkungskennlinie des Sperrfilters 14 in diesem Fall wird ausgedrückt, wie es in 10(b) gezeigt ist. Eine Verstärkungskennlinie einer offenen Schleife des ursprünglichen Geschwindigkeitsregelsystems ist 10(a), und eine Verstärkungskennlinie einer offenen Schleife, in welcher beide Kennlinien kombiniert sind, wird ausgedrückt, wie es in 10(c) gezeigt ist. Da die Sperrfrequenz fn mit der Resonanzfrequenz fc übereinstimmt, ist die Resonanzspitze abgeschnitten.
Hier ist der Aufbau derart, dass der Ein/Aus-Teil 107 nach einem Verstreichen einer vorbestimmten Zeit ausgeschaltet wird, seit eine Schwingung des Kompensationsstrombefehlssignals Ic konvergierte, aber ein gleicher Effekt kann auch in dem Fall erhalten werden, in welchem der Aufbau so ist, dass der Ein/Aus-Teil 107 bei der Beendigung eines Einstellens der Sperrfrequenz fn ausschaltet. Für diesen Zweck könnte der Aufbau so sein, dass eine Änderung bezüglich der Sperrfrequenz fn, die durch den adaptiven Teil des Sperrfilters 16 eingestellt ist, überwacht wird, und dann, wenn sich die Sperrfrequenz fn für eine vorbestimmte Zeit nicht ändert, es derart angesehen wird, dass eine Einstellung der Sperrfrequenz fn beendet ist, und der Ein/Aus-Teil 107 ausgeschaltet wird.
Übrigens ist bei der Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Begrenzer 105 vorgesehen worden, aber der Begrenzer 105 wird nicht notwendigerweise vorgesehen, solange es eine Funktion zum Begrenzen eines Strombefehls in dem Stromregelungsteil 18 gibt, etc.

Claims

Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung für einen Motor (4) zum Antreiben einer Last (2) mit – einer Strombefehlerzeugungseinheit (10, 12), die ein Ausgangsstrombefehlssignal (Ia) auf der Basis einer Differenz zwischen einem Geschwindigkeitsbefehlssignal für den Motor (4) und einem Geschwindigkeitserfassungssignal erzeugt, durch das die Geschwindigkeit des Motors (4) erfasst wird, – einer adaptiven Sperrfiltereinheit (14), der das Ausgangsstrombefehlssignal (Ia) zugeführt wird und die ein Kompensationsstrombefehlssignal (Ic) abgibt, in dem die Sperrfrequenzkomponente des Ausgangsstrombefehlssignals (Ia) eliminiert ist, – einer Subtraktionseinheit (103), die ein Eliminationsteil-Strombefehlssignal (Ir) aus der Differenz zwischen dem Ausgangsstrombefehlssignals (Ia) und dem Kompensationsstrombefehlssignal (Ic) erzeugt, – eine Begrenzereinheit (105), der das Eliminationsteil-Strombefehlssignal (Ir) zugeführt wird und die ein Begrenzungsstromsignal (IL) erzeugt, indem sie das Eliminationsteil-Strombefehlssignal (Ir) auf einen maximalen Wert begrenzt, – eine Additionseinheit (109), die das Kompensationsstrombefehlssignal (Ic) und das Begrenzungsstromsignal (IL) addiert und ein Strombefehlssignal erzeugt, und – einem Stromregelungsteil (18) für den Motor (4), der das von der Additionseinheit (109) erzeugte Strombefehlssignal zugeführt wird.
Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung eines Motors nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Oszillations-Entscheidungseinheit (120), der das Kompensationsstrombefehlssignal (Ic) zugeführt wird, und die ein Entscheidungssignal abgibt, wenn in dem Kompensationsstrombefehlssignal (Ic) eine Schwingung aufgetreten ist, und eine Schalteinheit (170), die das Begrenzungsstromsignal (IL) basierend auf dem Entscheidungssignal ein- und ausschaltet und das Begrenzungsstromsignal (IL) dem Schaltzustand entsprechend der Additionseinheit (109) zuführt.