电动机的控制装置的制造方法_2

文档序号:9602770阅读:来源:国知局
会激发振动的成分。由此,本实施方式1中 的电动机的控制装置能够降低基于由作为状态量检测部的位置检测部107进行检测的分 辨率的粗细度的振动、基于机械系统的共振的振动。
[0045] 另外,在本实施方式1中,前置补偿器102包括IIR滤波器或FIR滤波器。
[0046] 根据本结构,能够对状态量指令值实施与从操作量指令值到通过电动机产生的操 作量的传递特性等效的滤波处理。由此,能够减小输入到反馈控制器103的状态量指令校 正值与状态量检测值之间的偏差量。因此,本实施方式1中的电动机的控制装置能够实现 尚的跟踪性能。
[0047] 另外,在本实施方式1中,调整运算部109通过最小二乘法对IIR滤波器或FIR滤 波器所具有的滤波系数进行修正。
[0048] 另外,在本实施方式1中,调整运算部109逐次地根据自适应律对IIR滤波器或 FIR滤波器所具有的滤波系数进行修正。
[0049] 或者,在本实施方式1中,调整运算部109对IIR滤波器或FIR滤波器所具有的滤 波阶数以及IIR滤波器或FIR滤波器所具有的滤波系数进行变更。调整运算部109根据学 习规则导出使操作量指令值与操作量估计值之差最小的滤波阶数和滤波系数。
[0050] 根据本结构,能够将前置补偿器102调整为最优的传递特性。因此,本实施方式1 中的电动机的控制装置能够实现尚的跟踪性能。
[0051]另外,本实施方式1中的电动机的控制装置还具有进行反馈操作量的判定的阈 值。
[0052] 调整运算部109在反馈操作量超过阈值的情况下,变更前置补偿器102的滤波系 数。调整运算部109在反馈操作量没有超过阈值的情况下,不变更前置补偿器102的滤波 系数。
[0053] 根据本结构,在前置补偿器102的传递特性与从操作量指令值到操作量的传递特 性大幅不同的情况下,调整前置补偿器102。由此,能够稳定地调整前置补偿器102。
[0054] 进一步地使用附图来详细进行说明。
[0055] 如图1所示,在本实施方式1中,控制对象106是机械系统的装置。作为具体例子, 控制对象106是电动机和安装于电动机的负载。电动机产生转矩,由此驱动作为控制对象 106的机械系统的装置。位置检测器107检测位置信息来作为电动机的动作量。位置检测 器107将检测出的结果作为位置检测值来输出。
[0056] 前馈控制器101被输入从上级控制器提供的位置指令值。前馈控制器101输出前 馈转矩指令值。前馈转矩指令值的目的在于进行驱动使得控制对象106的位置与位置指令 值相等。前置补偿器102对位置指令值进行修正使得基于前馈转矩指令值的控制对象的位 置与位置检测值相等。前置补偿器102被输入位置指令值,输出位置指令校正值。
[0057] 反馈控制器103被输入位置指令校正值与位置检测值之间的偏差量。反馈控制器 103输出用于减小被输入的偏差量的反馈转矩指令值。振动抑制控制器104从由电动机产 生的转矩去除会激发机械系统的振动的成分。振动抑制控制器104被输入作为前馈转矩指 令值与反馈转矩指令值的相加值的转矩指令值。振动抑制控制器104去除会激发机械系统 的振动的成分,将去除后的结果作为实际转矩指令值来输出。
[0058] 转矩控制器105控制向电动机施加的转矩,使得通过电动机产生的转矩与实际转 矩指令值一致。转矩估计部108估计通过电动机产生的转矩。转矩估计部108被输入位置 检测值。转矩估计部108输出作为通过电动机产生的转矩的估计值的转矩估计值。
[0059]调整运算部109被输入转矩指令值和转矩估计值。调整运算部109对前置补偿器 102的传递特性进行调整,使得前置补偿器102的传递特性与从转矩指令值到通过电动机 产生的转矩的传递特性相等。
[0060] 下面,说明如以上那样构成的电动机的控制装置的动作、作用。
[0061] 在本实施方式中,将控制对象106的传递函数设为G(s)。s是拉普拉斯算子。例 如将控制对象106假定为刚体负载。将刚体负载的惯量设为J。此时,作为一个例子,用以 下的式(1)表示传递函数Gp(s)。
[0062] [式1]
[0064] 接着,说明前馈控制器101。前馈控制器101运算前馈转矩指令值并输出,使得输 入到前馈控制器101的位置指令值与控制对象106的位置一致。前馈转矩指令值是指需要 通过电动机产生的转矩。
[0065] 将控制对象106的模型的传递函数设为Gm(z)。将前馈控制器101的传递函数设 为Gm(z)-1。2是2变换的算子。Ts是电动机的控制装置的采样周期。此时,作为一个例 子,如以下的式(2)那样安装传递函数Gm(z)-1。
[0066][式 2]
[0068] 但是,即使电动机的控制装置使用以式(2)表示的前馈控制器101,输入到前馈控 制器101的位置指令值与控制对象106的位置也不一致。下面说明其主要原因。
[0069] 将振动抑制控制器104的传递函数设为Gtf(s)和Gtf(z)。由于由位置检测器107 进行检测的分辨率的粗细度,在机械系统中激发振动。振动抑制控制器104的目的在于降 低在该机械系统中激发的振动。能够用去除高频成分的低通滤波器来实现振动抑制控制器 104。此时,关于振动抑制控制器104,作为一个例子,用以下的式(3)表示传递函数Gtf(s)。 另外,作为一个例子,如以下的式(4)那样安装传递函数Gtf(z)。
[0074] 另外,转矩控制器105被输入实际转矩指令值。转矩控制器105对施加转矩进行 控制使得通过电动机产生的转矩与实际转矩指令值一致。但是,一般在实际转矩指令值 与通过电动机产生的转矩之间产生误差、延迟。于是,将转矩控制器105的传递函数设为 Gtc(s)〇
[0075] 根据振动抑制控制器104的传递特性和转矩控制器105的传递特性,导出针对转 矩指令值通过电动机产生的转矩的传递函数。将通过电动机产生的转矩的传递函数设为 Gd(s)。用以下的式(5)表示传递函数Gd(s)。
[0076] [式δ]
[0077]Gd(s) =Gtf(s) *Gtc(S)... (5)
[0078] 从前馈控制器101输出前馈转矩指令值。从前馈转矩指令值到通过电动机产生的 转矩的传递特性与式(5)相等。由此,在使用以式(2)表示的前馈控制器101的情况下,位 置指令值与作为控制对象106的刚体负载的位置检测值的传递特性成为式(5)。位置指令 值与作为控制对象106的刚体负载的位置检测值不会完全一致。
[0079] 将无法通过传递函数Gd(s)实现的部分设为前馈误差。当考虑该前馈误差时,如 以下的式(6)那样表示前馈控制器101。
[0080][式6]
[0082] 在本实施方式中,将前置补偿器102的传递函数设为Gdm(s)。调整运算部109对 传递函数Gdm(s)进行调整使得传递函数Gdm(s)接近传递函数Gd(s)。
[0083] 接着,说明转矩估计部108的动作。转矩估计部108被输入位置检测值xm。基于 被输入的位置检测值xm,转矩估计部108运算作为通过电动机产生的转矩的估计值的转矩 估计值tc。设转矩估计部108的传递函数与前馈控制器的传递函数Gm(z)-1相同。此时, 作为一个例子,如以下的式(7)那样安装转矩估计部108。
[0084][式7]
[0086] 接着,说明调整运算部109的动作。在本实施方式中,将前置补偿器102设为IIR 滤波器。此时,用以下的式(8)安装前置补偿器102的传递函数Gs(z)。
[0087] [式 8]
[0089] 根据自适应律求出在调整运算部109中使用的滤波系数ai、bj。i是从1到N的 整数。j是从1到Μ的整数。N和Μ是滤波阶数。N和Μ设为任何值都可以,值越大则越能 够实现高精度的滤波器。此外,关于Ν和Μ,值越大则运算量越增加,越难以收敛。因此,例 如将Ν和Μ分别设为3以下的固定值。
[0090] 调整运算部109被输入转矩指令值τin以及作为转矩估计部108的输出的转矩 估计值tc。调整运算部109将转矩指令值Tin作为传递函数Gs(z)的输入、将转矩估计 值tc作为传递函数Gs(z)的输出,来运算式(8)的滤波系数。调整运算部109运算Gs(z) 的系数使得前置补偿器102的传递特性与从转矩指令值到通过电动机产生的转矩的传递 特性相等。关于滤波系数的运算,例如使用最小二乘法、迭代最小二乘法来进行计算。
[0091] 在以上的说明中,关于电动机例示了旋转型的产生转矩的电动机来进行了说明。 电动机也可以是如线性电动机那样得到推力的电动机。在该情况下,针对上述实施方式中 的各要素进行以下的置换即可。即,将作为控制对象的物理特性的惯量置换为质量。另外, 将作为操作量的转矩置换为推力。如果进行这样的置换,则能够得到同样的效果。
[0092]另外,在本实施方式中,例示了状态量是位置的情况来进行了说明。状态量也可以 是速度。在该情况下,如果前馈控制器的传递特性为与控制对象的操作量对应的状态量的 传递特性的逆特性,则能够得到同样的效果。
[0093]另外,在本实施方式中,将操作量设为转矩,根据状态量
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