專利名稱：電動(dòng)機(jī)速度控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電動(dòng)機(jī)的速度控制裝置。在電動(dòng)機(jī)的速度反饋控制中，現(xiàn)有技術(shù)大多使用測(cè)速發(fā)電機(jī)等速度檢測(cè)器，但是，近年來，從由編碼器等檢出的位置信息計(jì)算出反饋速度信號(hào)的方式成為主流。作為此時(shí)的速度反饋信號(hào)的計(jì)算方法最一般的是從位置信號(hào)的抽樣周期Ts期間的增量Δy作為v＝Δy/Ts求出。
但是，在該方法中，計(jì)算出的速度信號(hào)的相位滯后于實(shí)際的速度，而存在低速范圍下精度大為惡化的問題。通過取出過去多點(diǎn)下的移動(dòng)平均，來改善低速范圍下的精度惡化的問題，但是，相位的滯后變得更大了。在抽樣周期較長(zhǎng)的情況下或存在位置檢測(cè)滯后的情況下，其相位更加滯后。當(dāng)通過這種相位滯后的信號(hào)來進(jìn)行反饋控制時(shí)，就不能把反饋增益設(shè)定得較高，則響應(yīng)速度滯后。
另一方面，日本專利公開平4-9767號(hào)公報(bào)公開了預(yù)測(cè)運(yùn)算時(shí)刻下的速度的方案，但是其未考慮電動(dòng)機(jī)的特性和轉(zhuǎn)矩指令，僅依靠用編碼器等檢測(cè)出的位置信息來進(jìn)行預(yù)測(cè)，就存在預(yù)測(cè)不能與實(shí)際值相符合的問題。因此，本發(fā)明的目的是提供一種電動(dòng)機(jī)速度控制裝置，該裝置根據(jù)由編碼器等檢測(cè)出的位置信息、電動(dòng)機(jī)的特性和轉(zhuǎn)矩指令來預(yù)測(cè)速度，通過取得其加權(quán)移動(dòng)平均值來減小低速范圍下的精度惡化，進(jìn)而使用無相位滯后的速度反饋信號(hào)。
為了解決上述問題，在本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)速度控制裝置中，在現(xiàn)在時(shí)刻i下檢測(cè)出K·Ts(K≥0，Ts抽樣周期)前的電動(dòng)機(jī)位置y(i-k)，用根據(jù)該檢出信號(hào)而算出的電動(dòng)機(jī)速度反饋信號(hào)Vfb來進(jìn)行反饋控制，其特征在于，包括從速度指令和上述電動(dòng)機(jī)速度反饋信號(hào)Vfb算出轉(zhuǎn)矩指令u(i)的裝置；從上述位置y(i-k)算出速度v(i-k)的裝置；
存儲(chǔ)從M’抽樣前到時(shí)刻i-k的上述速度v(i-m)(其中，m＝K，…，M，)的裝置；預(yù)測(cè)器，從電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)特性模型、上述轉(zhuǎn)矩指令u(i)、上述位置y(i-k)求出M抽樣前的速度預(yù)測(cè)值v*(i+m)(其中，m＝-K+1，…，M)；通過進(jìn)行vfb(i)=Σm=-K+1MWmv*(i+m)+Σm=KM′W′mv(i-m)]]>的計(jì)算來求出上述速度反饋信號(hào)的裝置。
通過上述裝置，由于可得到精度惡化小、無相位滯后的速度反饋信號(hào)，就能把反饋環(huán)增益設(shè)定得較高，而提高速度控制系統(tǒng)的響應(yīng)頻率。

圖1是表示本發(fā)明的具體實(shí)施例的方框圖；圖2是表示本發(fā)明的預(yù)測(cè)器的一例的內(nèi)部方框圖；圖3是表示本發(fā)明的預(yù)測(cè)器的另一例的內(nèi)部方框圖；圖4是表示本發(fā)明的控制運(yùn)算器的一例的內(nèi)部方框圖；圖5是表示本發(fā)明的另一實(shí)施例的圖。下面說明本發(fā)明的第一發(fā)明的電動(dòng)機(jī)速度控制裝置的實(shí)施例。
圖中，5是輸入速度指令和速度反饋信號(hào)Vfb并輸出轉(zhuǎn)矩指令u的控制運(yùn)算器。6代表包括轉(zhuǎn)矩控制器、電動(dòng)機(jī)和位置檢出器的部分，在現(xiàn)在時(shí)刻i下，輸入轉(zhuǎn)矩指令u(i)，輸出K·Ts(K≥0，Ts抽樣周期)前的電動(dòng)機(jī)位置檢出值y(i-k)。1是預(yù)測(cè)器，從電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)特性模型、轉(zhuǎn)矩指令u和位置y求出M抽樣前的速度預(yù)測(cè)值v*(i+m)(其中，m＝-K+1，…，M)。4是運(yùn)算器，通過v(i-k)＝Δy(i-k)/Ts(Δ代表抽樣周期Ts中的增量)等的運(yùn)算從位置y(i-k)算出速度v(i-K)。3是存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)從M’抽樣前到時(shí)刻i-K的速度v(i-m)(其中，m＝K，…，M’)。2是運(yùn)算器，通過進(jìn)行vfb(i)=Σm=-K+1MWmv*(i+m)+Σm=KM′W′Kv(i-m)...........(1)]]>
的計(jì)算來求出速度反饋信號(hào)Vfb，輸出給控制運(yùn)算器5。加權(quán)Wm和W’m最好取各速度的平均值作為Wm＝W’m＝1/(M+M’+1)，既可取各速度的平均，又可對(duì)各速度進(jìn)行不同的加權(quán)，而設(shè)定整體為1。M和M’可以通過其差M-M’調(diào)整速度反饋信號(hào)的相位，可以通過其和M+M’調(diào)整速度分辨率，通過使M≥M’可得到無相位滯后的反饋信號(hào)。
以下在圖2和圖3中表示出預(yù)測(cè)器1的具體實(shí)施例。首先，在圖2中，11是預(yù)測(cè)器，13是存儲(chǔ)預(yù)測(cè)系數(shù)Amn、Bmn的存儲(chǔ)器，14、15是存儲(chǔ)到目前為止的過去的轉(zhuǎn)矩指令u和位置增量Δy的存儲(chǔ)器，16是從位置y求出位置增量Δy的差分器。
12是運(yùn)算器，通過進(jìn)行v*(i+m)＝Δy*(i+m)/Ts(2a)Δy*(i+m)=Σn=KNa+K-1AmnΔy(i-n)+Σn=0Nb+K-1Bmnu(i-n).....(2b)]]>m＝-K+1，…，M的運(yùn)算而算出速度預(yù)測(cè)值v*(i+m)并輸出。
在圖3中，21是預(yù)測(cè)器，23是存儲(chǔ)預(yù)測(cè)系數(shù)Amn、Bnm的存儲(chǔ)器，24、25是存儲(chǔ)到目前為止的過去的轉(zhuǎn)矩指令增量Δu和位置增量Δy的存儲(chǔ)器，26、27是求出增量的差分器。
22是運(yùn)算器，通過進(jìn)行v*(i+m)＝Δy*(i+m)/Ts (3a)Δy*(i+m)=Σn=KNa+K-1AmnΔy(i-n)+Σn=0Nb+K-1BmnΔu(i-n)...(3b).]]>m＝-K+1，…，M的運(yùn)算而算出速度預(yù)測(cè)值v*(i+m)并算出輸出。
下面，對(duì)(2b)式和(3b)式中的預(yù)測(cè)系數(shù)進(jìn)行描述。從此時(shí)轉(zhuǎn)矩指令u到位置增量Δy的傳遞函數(shù)模型由Gv(z)＝(b1z-1+…+bNbz-Nb)/(1-a1z-1-… -aNaK-Na)得出離散時(shí)間系統(tǒng)的話，則其輸入/輸出模型由下式表達(dá)Δy(i)=Σn=1NaanΔy(i-n)+Σn=1Nbbnu(i-n)........(4)]]>在時(shí)刻i，為了得到時(shí)刻i-K之前的位置增量的實(shí)測(cè)值Δy(i-n)(n≥K)，如使用在此之后的位置增量的實(shí)測(cè)值以Δy*(i-K+1)=Σn=1NaanΔy(i-K+1-n)+Σn=1Nbbnu(i-K+1-n)m=-K+1...........(5a)]]>Δy*(i+m)=Σn=1m+K-1anΔy*(i+m-n)+Σn=m+KNaanΔy(i+m-n)+Σn=1Nbbnu(i+m-n)]]>(5b)m＞-K+1預(yù)測(cè)其后的位置增量，位置增量值預(yù)測(cè)值Δy*(i+m)為(2b)式，如使未來的轉(zhuǎn)矩指令為u(j)＝0(j＞1)，預(yù)測(cè)系數(shù)Amn、Bmn由(6a)A(-k+1)n＝a(n-K+1)m＝-K+1，K≤n≤Na+K-1Amn=Σj=1m+K-aajA(m-j)n+a(n+m)]]>m＞-K+1，K≤n≤Na+K-1 (6b)B(-k+1)n＝b(n-K+1)m＝-K+1，0≤n≤Nb+K-1(7a)BmnmΣj=1m+K-1ajB(m-j)n+b(n+m)]]>m＞-K+1，0≤n≤Nb+K-1(7b)其中an＝0(n＞Na)，bn＝0(n＜1及n＞Nb)給出。當(dāng)u(j)＝u(i)(j＞1)時(shí)，式(7b)的Bmo為下式Bmo＝0 -K+1＜m≤0Bmo=Σj=1m+K-1ajB(m-j)o+Σj=1mbj]]>m≥1 (7b’)在從轉(zhuǎn)矩指令增量Δu到位置增量Δy的傳遞函數(shù)模型為Gp(z)＝(b1z-1+…+bNbz-Nb)/(1-a1z-1-…-aNzz-Na)時(shí)，其輸入輸出模型為下式Δy^(i)=Σn=1NaanΔy^(i-n)+Σn=1NbbnΔu(i-n)...........(8)]]>與(5)式相同，當(dāng)預(yù)測(cè)位置增量時(shí)，得到(8b)式，當(dāng)使未來的轉(zhuǎn)矩增量為Δu(j)＝0(j＞i)時(shí)，預(yù)測(cè)系數(shù)Amn、Bmn由A(-k+1)n＝a(n-K+1)m＝-K+1，K≤n≤Na+K-1(9a)Amn=Σj=1m+K-1ajA(m-j)n+a(n+m)]]>m＞-K+1，K≤n≤Na+K-1(9b)B(-k+1)n＝b(n-K+1)m＝-K+1，0≤n≤Nb+K-1(10a)Bmn=Σj=1m+K-1ajB(m-j)n+b(n+m)]]>m＞-K+1，0≤n≤Nb+K-1(10b)其中an＝0(n＞Na)，Bn＝0(n＜1及n＞Nb)給出。
例如，當(dāng)K＝0時(shí)，使從轉(zhuǎn)矩指令到位置的連續(xù)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型為1/JS2，當(dāng)考慮零次保持和抽樣器進(jìn)行離散化時(shí)，圖2的預(yù)測(cè)器的模型Gv(z)的系數(shù)變?yōu)镹a＝1，a1＝1，Nb＝2，b1＝b2＝b＝Ts2/2J。圖3的預(yù)測(cè)器的模型Gv(z)的系數(shù)變?yōu)镹a＝2，a1＝2，a2＝-1，Nb＝2，b1＝b2＝b＝Ts2/2J。
使用圖2的預(yù)測(cè)器，當(dāng)M＝2時(shí)，(2b)式的系數(shù)從(6)、(7)、(7b’)式成為A10＝A20＝1，B10＝B11＝b，B20＝3b，B21＝b。
在(1)式中，當(dāng)M’＝0、W2＝0.5、W1＝W’0＝0.25時(shí)，從(1)、(2)式得到Vfb(i)＝[Δy(i)+b{1.75u(i)+0.75u(i-1)}]/Ts(11)如上述那樣，即使將圖1的預(yù)測(cè)器1和運(yùn)算器2、4作為一個(gè)整體而求出Vfb(i)，當(dāng)然也沒有關(guān)系。
在可得到外部干擾轉(zhuǎn)矩ud的檢出值或推定值時(shí)，可以考慮用從轉(zhuǎn)矩指令u減去外部干擾轉(zhuǎn)矩ud的體積為轉(zhuǎn)矩指令來求出速度預(yù)測(cè)值。在控制運(yùn)算器5內(nèi)，在通過包含PID控制或I-P控制等的積分運(yùn)算的計(jì)算來決定轉(zhuǎn)矩指令時(shí)，可以使用積分運(yùn)算值作為上述外部干擾轉(zhuǎn)矩推定值。如圖4所示的那樣，當(dāng)在控制運(yùn)算器5內(nèi)部由PID運(yùn)算算出轉(zhuǎn)矩指令時(shí)，僅把從轉(zhuǎn)矩指令減去積分運(yùn)算值所得到的即PD(比例微分)運(yùn)算值作為轉(zhuǎn)矩指令而輸入預(yù)測(cè)器1。
圖5是表示對(duì)于把PI運(yùn)算值進(jìn)行了1次或n次篩選的值在下一個(gè)抽樣周期中作為轉(zhuǎn)矩指令u(i)輸出的控制運(yùn)算器，使用(11)式求出速度反饋信號(hào)Vfb時(shí)的方框圖。在該圖中，使一個(gè)周期前的積分值作為外部干擾轉(zhuǎn)矩ud，但是最好把對(duì)其進(jìn)一步進(jìn)行篩選的值作為ud。雖然速度v(i)由Δy(i)/Ts求出，但是也可以用其他的方法，例如利用速度檢測(cè)器的方法或測(cè)量編號(hào)器的脈沖間的時(shí)間并進(jìn)行計(jì)算等的現(xiàn)有的速度計(jì)算方法。
根據(jù)上述那樣的本發(fā)明，由于使用了在低速范圍內(nèi)的精度惡化小并且無相位滯后的速度反饋信號(hào)，就有提高反饋環(huán)增益而實(shí)現(xiàn)高速響應(yīng)的電動(dòng)機(jī)速度控制裝置的效果。
本發(fā)明適用于電動(dòng)機(jī)的速度控制裝置。
權(quán)利要求
1.一種電動(dòng)機(jī)速度控制裝置，在現(xiàn)在時(shí)刻i下檢測(cè)出K·Ts(K≥0，Ts抽樣周期)前的電動(dòng)機(jī)位置y(i-k)，用根據(jù)該檢出信號(hào)而算出的電動(dòng)機(jī)速度反饋信號(hào)Vfb來進(jìn)行反饋控制，其特征在于，包括從速度指令和上述電動(dòng)機(jī)速度反饋信號(hào)Vfb算出轉(zhuǎn)矩指令u(i)的裝置；從上述位置y(i-k)算出速度v(i-K)的裝置；存儲(chǔ)從M’抽樣前到時(shí)刻i-K的上述速度v(i-m)(其中，m＝K，…，M’)的裝置；預(yù)測(cè)器，從電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)特性模型、上述轉(zhuǎn)矩指令u(i)、上述位置y(i-k)求出M抽樣前的速度預(yù)測(cè)值v*(i+m)(其中，m＝-K+1，…，M)；通過進(jìn)行vfb(i)=Σm=-k-1MWmv*(i+m)+Σm-KM′W′mv(i-m)]]>(其中，Wm，W’m為加權(quán)系數(shù))的計(jì)算來求出上述速度反饋信號(hào)的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)速度控制裝置，其特征在于，上述預(yù)測(cè)器包括從位置y求出位置增量Δy(Δ代表抽樣周期Ts中的增量)的裝置；通過從轉(zhuǎn)矩指令增量Δu到位置增量Δy的傳遞函數(shù)模型A(-k+1)n＝a(n-K+1)m＝-K+1，K≤n≤Na+K-1以Amn=Σj=1m+K-aajA(m-j)n+a(n+m)]]>m＞-K+1，K≤n≤Na+K-1B(-k+1)n＝b(n-K+1)m＝-K+1，0≤n≤Nb+K-1Bmn=Σj=1m+K-1ajB(m-j)n+b(n+m)]]>m＞-K+1，0≤n≤Nb+K-1其中an＝0(n＞Na)，bn＝0(n＜1及n＞Nb)決定預(yù)測(cè)系數(shù)Amn、Bmn并進(jìn)行存儲(chǔ)的裝置；存儲(chǔ)到目前為止的過去的轉(zhuǎn)矩指令和位置增量的裝置；從這些預(yù)測(cè)系數(shù)、轉(zhuǎn)矩指令、位置增量以下式求出上述速度預(yù)測(cè)值的裝置v*(i+m)＝Δy*(i+m)/TsΔy*(i+m)=Σn=KNa+K-1AmnΔy(i-n)+Σn=0Mb+K-1Bmnu(i-n)]]>m＝-K+1，…，M，
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動(dòng)機(jī)速度控制裝置，其特征在于，包括代入上述Bmo而成為Bmo＝0-K-1＜m≤0Bmo=Σj=1m+K-1ajB(m-j)o+Σj=1mbj]]>m≥1的裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)速度控制裝置，其特征在于，上述預(yù)測(cè)器包括從位置y、轉(zhuǎn)矩指令u求出位置增量Δy、Δu的裝置；通過從轉(zhuǎn)矩指令增量Δu到位置增量Δy的傳遞函數(shù)模型Gp(z)＝(b1z-1+…+bNbz-Nb)(1-a1z-1-…-aNnz-Na)用下式A(-K+1)n＝a(n-K+1)m＝-K+1，K≤n≤Na+K-1Amn=Σj=1m+K-1ajA(m-j)n+a(n+m)]]>m＞-K+1，K≤n≤Na+K-1B(-K+1)n＝b(n-K+1)m＝K+1，0≤n≤Nb+K-1Bmn=Σj=1m+K-1ajB(m-j)n+b(n+m)]]>m＞-K+1，0≤n≤Nb+K-1其中an＝0(n＞Na)，bn＝0(n＜1及n＞Nb)決定預(yù)測(cè)系數(shù)Amn、Bmn并進(jìn)行存儲(chǔ)的裝置；存儲(chǔ)到目前為止的過去的轉(zhuǎn)矩指令增量和位置增量的裝置；從這些預(yù)測(cè)系數(shù)、轉(zhuǎn)矩指令、位置增量用下式求出上述速度預(yù)測(cè)值的裝置v*(i+m)＝Δy*(i+m)/TsΔy*(i+m)=Σn=KNa+K-1AmnΔy(i-n)+Σn=0Nb+K-1BmnΔu(i-n)]]>m＝-K+1，…，M.
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)速度控制裝置，其特征在于，包括求出外部干擾轉(zhuǎn)矩ud的檢測(cè)值或推定值的裝置和考慮用從轉(zhuǎn)矩指令u減去外部干擾轉(zhuǎn)矩ud的值為轉(zhuǎn)矩指令來求出速度預(yù)測(cè)值的裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電動(dòng)機(jī)速度控制裝置，其特征在于，在通過包含PID控制或I-P控制等積分運(yùn)算的計(jì)算來決定轉(zhuǎn)矩指令時(shí)，使用積分運(yùn)算值作為上述外部干擾轉(zhuǎn)矩ud。
全文摘要
一種電動(dòng)機(jī)速度控制裝置，在現(xiàn)在時(shí)刻i下檢測(cè)出K·Ts(K≥0，Ts抽樣周期)前的電動(dòng)機(jī)位置y(i-k)，用根據(jù)該檢測(cè)信號(hào)而算出的電動(dòng)機(jī)速度反饋信號(hào)Vfb來進(jìn)行反饋控制，其特征在于，包括從速度指令和上述電動(dòng)機(jī)速度反饋信號(hào)Vfb算出轉(zhuǎn)矩指令u(i)的裝置；從上述位置y(i-k)算出速度V(i-K)的裝置；存儲(chǔ)從M’抽樣前到時(shí)刻i-K的上述速度v(i-m)(其中，m＝K，…，M’)的裝置；預(yù)測(cè)器，從電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)特性模型、上述轉(zhuǎn)矩指令u(i)、上述位置(i-k)求出M抽樣前的速度預(yù)測(cè)值v
文檔編號(hào)H02P29/00GK1158675SQ9519529
公開日1997年9月3日 申請(qǐng)日期1995年8月2日 優(yōu)先權(quán)日1994年8月5日
發(fā)明者中村裕司, 鶴田和寬 申請(qǐng)人:株式會(huì)社安川電機(jī)