JP4367185B2 - How to set damping parameters - Google Patents
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Description
本発明は、電動機の制御対象自体または電動機と制御対象とを連結する連結軸の機械剛性が低いことに起因して発生する振動を解析して抑制する電動機制御システムに関する。 The present invention relates to an electric motor control system that analyzes and suppresses vibration generated due to low mechanical rigidity of a control target of the electric motor itself or a connecting shaft that connects the electric motor and the control target.
従来から電動機を用いた位置決め制御において、マイクロコンピュータを用いたディジタルサーボ制御が行われ、振動抑制を目的とした電動機の制振装置が開示されている(例
えば、特許文献1)。
Conventionally, in a positioning control using an electric motor, a digital servo control using a microcomputer has been performed, and an electric motor damping device for the purpose of vibration suppression has been disclosed (for example, Patent Document 1).
図4において、前置フィルタ8を入れることにより制御対象3の振動を励起しない指令パターンに変化させ、制御対象の振動を抑制する構造となっている。前置フィルタ8は、位置指令θ*を2階微分し所定の係数1/(ωa2)を乗した振動抑制補償値を算出する
。ここでωaは制御対象の振動周波数をfaとするとωa=2π・faから算出される。
In FIG. 4, by inserting a pre-filter 8, the vibration of the controlled
位置指令θ*から制御対象位置θLまでの伝達関数の周波数特性図(図3)からも分かるように、前置フィルタ8は指令パターンから制御対象3の、振動周波数fa付近の周波数の利得を下げたものになっている。
As can be seen from the frequency characteristic diagram of the transfer function from the position command θ * to the control target position θL (FIG. 3), the pre-filter 8 lowers the gain of the frequency near the vibration frequency fa of the
制御対象の振動周波数を得るには、制御対象に振動検出センサを取り付けるか、レーザー変位計を用いる必要があり、特許文献1では振動検出センサの出力を制御装置に入力し、制御装置で振動検出センサから得られたデータを元に自動で制御対象の振動周波数を決定できるようにしている。
In order to obtain the vibration frequency of the control target, it is necessary to attach a vibration detection sensor to the control target or use a laser displacement meter. In
また近年、電動機を用いた位置決め制御装置いわゆるサーボモータでは機能の増加とパソコンの普及によりサーボゲイン等のパラメータの設定はパソコンを用いて設定し、RS232C、USBといった通信手段を用いてサーボアンプに送信するようになっている。
解決しようとする問題点は、制御対象の振動周波数を得るための振動検出センサやレーザー変位計は手に入りにくくまた高価な点である。 The problem to be solved is that a vibration detection sensor and a laser displacement meter for obtaining a vibration frequency to be controlled are difficult to obtain and expensive.
また、振動検出センサやレーザー変位計で得られたデータは振動の振幅と時間データとなっているため、振動周波数を得るためには振動周期から計算するか、振幅の時間データからFFT(Fast Fourier Transform)をかける必要がある。FFTをかけるには振動検出センサやレーザー変位計のデータをパソコンに取り込むか、高機能オシロスコープのFFT機能を使用する必要があるが、パソコンにデータを取り込むための機能を備えた振動検出センサやレーザー変位計、高機能オシロスコープは手に入りにくく高価である。さらに、振動検出センサやレーザー変位計はセッティングに手間がかかり、初心者には使用が難しいという問題があった。 In addition, since the data obtained by the vibration detection sensor and the laser displacement meter is vibration amplitude and time data, in order to obtain the vibration frequency, calculation is performed from the vibration period or FFT (Fast Fourier) is performed from the time data of the amplitude. (Transform) must be applied. To apply the FFT, it is necessary to import the vibration detection sensor and laser displacement meter data into a personal computer or use the FFT function of a high-function oscilloscope, but the vibration detection sensor and laser with the function to capture the data into the personal computer Displacement meters and high-function oscilloscopes are difficult to obtain and expensive. In addition, the vibration detection sensor and the laser displacement meter are time-consuming to set, and are difficult for beginners to use.
また、特許文献1のように振動検出センサの出力を制御装置に入力したものでは、振動検出センサの出力を取り込むための回路が制御装置に必要となり、また取り込んだデータを解析するための回路あるいはプログラムが必要となりROMとRAMの容量の増加、高速なマイクロコンピュータが必要となり制御装置が高価になるという問題があった。
Further, in the case where the output of the vibration detection sensor is input to the control device as in
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、電動機および制御対象に係わる振動を解析して抑制する安価な電動機制御システムを提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide an inexpensive motor control system that analyzes and suppresses vibrations related to the motor and the controlled object.
上記課題を解決するために本発明は、電動機および連結された制御対象に対する指令を位置指令作成部から電動機制御装置の位置指令入力部に入力し、所定の周波数およびその近傍の周波数の利得を下げる特性を持つ前置フィルタに前記指令を作用させて追従指令値を出力し、前記追従指令値に前記電動機または前記制御対象の状態量が追従するよう制御する電動機制御システムにおいて、前記電動機制御装置の前記前置フィルタを機能させずに、前記位置指令作成部からの位置指令を位置指令入力部で内部演算に適した位置指令に変換し、検出した電動機位置が内部変換された位置指令に追従するように制御するステッ
プ1と、前記制御対象に取付けた鈴から発生する音データをマイク機能によってパソコンに収集し、収集した音データにFFTをかけて振動周波数を解析するステップ2と、ステップ2の振動周波数解析で得られた最も音圧レベルの高い周波数を1/2倍した制御対象の振動周波数を、前記パソコンから通信手段を介して前記前置フィルタに制振パラメータを設定するステップ3を備え、ステップ3の後、前記前置フィルタを機能させて前記電動機を駆動し、連結された制御対象の振動を抑制する制振パラメータの設定方法であり、簡単に電動機および制御対象に係わる振動周波数が得られ制振対策が可能となる。
In order to solve the above-described problem, the present invention inputs a command for the motor and the connected control target from the position command generation unit to the position command input unit of the motor control device, and lowers the gain of a predetermined frequency and a frequency in the vicinity thereof. In the motor control system for controlling the motor or the state quantity of the control target to follow the command value by causing the command to act on a pre-filter having characteristics and outputting a follow command value, Without causing the pre-filter to function, the position command from the position command generation unit is converted into a position command suitable for internal calculation by the position command input unit, and the detected motor position follows the position command that has been converted internally. Steps to control
In
本発明の電動機制御システムによれば、マイク機能を用いて制御対象から発生した音をパソコンに取り込みFFTをかけることにより、簡単に制御対象の振動周波数を得ることができるとともに、パソコンから最適な制振パラメータを電動機制御装置に設定できるので電動機および制御対象に係わる振動を抑制できる。 According to the motor control system of the present invention, the sound generated from the controlled object is taken into the personal computer using the microphone function and subjected to FFT, so that the vibration frequency of the controlled object can be easily obtained and the optimal control from the personal computer is achieved. Since vibration parameters can be set in the motor control device, vibrations related to the motor and the controlled object can be suppressed.
電動機および連結された制御対象に対する指令を位置指令作成部から電動機制御装置の位置指令入力部に入力し、所定の周波数およびその近傍の周波数の利得を下げる特性を持つ前置フィルタに前記指令を作用させて追従指令値を出力し、前記追従指令値に前記電動機または前記制御対象の状態量が追従するよう制御する電動機制御システムにおいて、前記電動機制御装置の前記前置フィルタを機能させずに、前記位置指令作成部からの位置指令を位置指令入力部で内部演算に適した位置指令に変換し、検出した電動機位置が内部変換された位置指令に追従するように制御するステップ1と、前記制御対象に取付けた鈴から発生する音データをマイク機能によってパソコンに収集し、収集した音データにFFTをかけて振動周波数を解析するステップ2と、ステップ2の振動周波数解析で得られた最も音圧レベルの高い周波数を1/2倍した制御対象の振動周波数を、前記パソコンから通信手段を介して前記前置フィルタに制振パラメータを設定するステップ3を備え、ステップ3の後、前記前置フィルタを機能させて前記電動機を駆動し、連結された制御対象の振動を抑制する。
A command for the motor and the connected control target is input from the position command creation unit to the position command input unit of the motor control device, and the command is applied to a prefilter having a characteristic of reducing the gain of a predetermined frequency and a frequency in the vicinity thereof. It is allowed to output the tracking command value, the electric motive control system that controls so that the motor or state quantity of the controlled object to the follow-up command value to follow, without function the prefilter of the motor control device Converting the position command from the position command generating unit into a position command suitable for internal calculation at a position command input unit, and controlling the detected motor position so as to follow the internally converted position command; and Sound data generated from the bell attached to the controlled object is collected on a personal computer by the microphone function, and the collected sound data is subjected to FFT to analyze the vibration frequency.
図1において、1は位置指令作成部、2は電動機、3は制御対象(負荷)、4は位置検出部、5は音発生器、6は電動機制御装置としてのサーボコントローラである。サーボコントローラ6は、位置指令入力部7、前置フィルタ8、指令追従制御部9、通信手段10を有する。指令追従制御部9は、位置偏差演算部(減算器)11、位置制御部12、速度演算部13、速度偏差演算部(減算器)14、速度制御部15、電流制御部16を有する。17はマイク機能としてのマイクロフォン、18はパソコンである。サーボコントローラ6、前置フィルタ8はマイクロコンピュータを用いてプログラムによって構成される。
In FIG. 1, 1 is a position command generating unit, 2 is an electric motor, 3 is a controlled object (load), 4 is a position detecting unit, 5 is a sound generator, and 6 is a servo controller as an electric motor control device. The
前置フィルタ8は、位置指令θ*のパターンを入力し、制御対象位置θLの振動を励起しないパターンθM*(電動機位置指令)に変化させる。前置フィルタ8は、位置指令θ*を2階微分し所定の係数1/(ωa2)を乗した振動抑制補償値を算出する。ここでω
aは制御対象の振動周波数をfaとするとωa=2π・faから算出される。図3に位置指令θ*から制御対象位置θLまでの伝達関数の周波数特性図を示す。
The pre-filter 8 receives the pattern of the position command θ * and changes the pattern to a pattern θM * (motor position command) that does not excite the vibration of the control target position θL. The pre-filter 8 performs second-order differentiation on the position command θ * and calculates a vibration suppression compensation value obtained by multiplying by a
a is calculated from ωa = 2π · fa, where fa is the vibration frequency of the controlled object. FIG. 3 shows a frequency characteristic diagram of a transfer function from the position command θ * to the control target position θL.
位置指令作成部1は、例えばPLC(Programable LogiC Contoller)で構成される。通信手段10は例えば、RS232Cであり、パソコン18とサーボコントローラ6とでパラメータのやりとりを行うことができる。
The position
電動機制御システムは、電動機2に連結された制御対象(負荷)3の位置(以後、「制御対象位置θL」と呼ぶ。)が位置指令θ*に一致するように電動機2を制御する。
The motor control system controls the
図1において、制御対象位置θLは検出できない。位置検出部4が電動機2の位置(以後、「電動機位置θM」と呼ぶ。)を検出する。サーボコントローラ6は位置指令θ*に電動機位置θMが追従するように制御する。制御対象3は電動機2に連結されているため、制御対象位置θLも位置指令に追従することになる。
In FIG. 1, the control target position θL cannot be detected. The
位置指令作成部1は、位置指令パターンを作成し、パターンに従い位置指令を出力する。位置指令作成部1の出力は位置指令入力部7に入力される。位置指令入力部7は位置指令を入力して、内部演算に適した単位に変換して位置指令θ*として出力する。前置フィルタは最初、制御対象3の振動周波数が分からないためフィルタとしての機能は行われず、位置指令入力部の出力θ*をそのままスルーしてθM*を出力する。
The position
よって制御対象3、もしくは電動機2と制御対象3とを連結する連結軸の剛性が低い場合は、制御対象位置θLが振動することになる。
Therefore, when the rigidity of the connecting shaft connecting the
位置偏差演算部(減算器)11は、電動機位置指令θM*と電動機位置θMとを入力し、電動機位置偏差ΔθM(=θM*−θM)を算出する。位置制御部12は、位置比例ゲインKppを用いて、速度指令ωM*(=Kpp・ΔθM )を出力する。速度演算部1
3は、電動機位置θMを微分し、電動機速度ωM(=θM ・s)を算出する。速度偏差
演算部(減算器)14は、速度指令ωM*と電動機速度ωMとを入力し、速度偏差ΔωM(=ωM *−ωM)を算出する。速度制御部15は、速度偏差ΔωM に基づいて比例積分演算を行い、トルク指令T*を出力する。電流制御部16は、電動機2が出力するトルクTMがT*となるように、電動機2に流れる電流値Iを制御する。
The position deviation calculation unit (subtractor) 11 receives the motor position command θM * and the motor position θM, and calculates the motor position deviation ΔθM (= θM * −θM). The position control unit 12 outputs a speed command ωM * (= Kpp · ΔθM) using the position proportional gain Kpp.
3 differentiates the motor position θM to calculate the motor speed ωM (= θM · s). The speed deviation calculation unit (subtractor) 14 receives the speed command ωM * and the motor speed ωM, and calculates a speed deviation ΔωM (= ωM * −ωM). The
このように最初は前置フィルタ8が動作しないので制御対象3に取り付けた音発生器5から、制御対象3の振動周波数に応じて音が発生する。音発生器5は例えば鈴でよく、音発生器5は制御対象に比べて十分軽いものが望ましい。
Thus, since the pre-filter 8 does not operate at first, sound is generated from the
パソコン18のマイク端子に接続されたマイクロフォン17は音発生器5の近くに設置し、音データをパソコン18に取り込む。マイク機能はパソコン本体に備えていてもよい。
The
パソコン18では音発生器5の音をFFTにより周波数スペクトラムに変換する。音圧レベルの最も高い周波数は、音発生器5から発生した周波数であり、制御対象に係わる振動周波数である。
The personal computer 18 converts the sound of the
実験により得られた周波数スペクトラムを図2に示す。矢印Aで示した周波数が最もレベルが高い周波数であり26Hzである。 The frequency spectrum obtained by the experiment is shown in FIG. The frequency indicated by the arrow A is the highest level and is 26 Hz.
しかしながら、実験に用いた制御対象3の振動周波数は13Hzである。これは音発生器5として鈴を用いた場合、制御対象3が振動する度に鈴の玉が制御対象の2倍の周期で鈴本体にあたるためで鈴の玉の周波数は制御対象3の2倍周波数となる。
However, the vibration frequency of the controlled
したがって、制御対象3の振動周波数は最も音圧レベルの高い周波数を1/2倍することによって算出される。ここで得られた制御対象3の振動周波数faはパソコン18から通信手段10を介してサーボコントローラ6に送信され、前置フィルタ8にセットされる。
Therefore, the vibration frequency of the controlled
前置フィルタ8は、位置指令θ*のパターンを入力し、制御対象位置θLの振動を励起しないパターンθM*(電動機位置指令)に変化させ、制御対象3の振動は抑制される。
The
本発明の電動機制御システムは、電動機および制御対象に係わる機械剛性が低いことに起因して発生する振動の抑制に適している。 The electric motor control system of the present invention is suitable for suppressing vibrations generated due to low mechanical rigidity related to the electric motor and the controlled object.
1 位置指令作成部
2 電動機
3 制御対象
4 位置検出部
5 音発生器(鈴)
6 電動機制御装置(サーボコントローラ)
7 位置指令入力部
8 前置フィルタ
9 指令追従制御部
10 通信手段
11 位置偏差演算部
12 位置制御部
13 速度演算部
14 速度偏差演算部
15 速度制御部
16 電流制御部
17 マイク機能(マイクロフォン)
18 パソコン
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DESCRIPTION OF
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