PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE10297711T5 21.04.2005
Titel Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung eines Motors
Anmelder Mitsubishi Denki K.K., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Miyazaki, Tomohiro, Tokio/Tokyo, JP
Vertreter HOFFMANN & EITLE, 81925 München
DE-Aktenzeichen 10297711
Vertragsstaaten CN, DE, JP, US
WO-Anmeldetag 26.11.2002
PCT-Aktenzeichen PCT/JP2002/012282
WO-Veröffentlichungsnummer 2004049550
WO-Veröffentlichungsdatum 10.06.2004
Date of publication of WO application in German translation 21.04.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 21.04.2005
IPC-Hauptklasse H02P 5/00

Beschreibung[de]
Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung eines Motors, die eine Notch-Frequenz bzw. Sperrfrequenz eines Sperrfilters geeignet einstellen kann.

Stand der Technik

Eine Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung eines Motors dreht einen Motor und eine Last bei einer befohlenen Geschwindigkeit, die von einer Hoststeuerung gegeben ist, durch Erzeugen eines Drehmoments zum Beschleunigen oder Abbremsen einer Geschwindigkeit des Motors gemäß einem Geschwindigkeitsfehler.

Allgemein wird, da ein Wert einer Geschwindigkeitsverstärkung Kv, multipliziert mit einem Geschwindigkeitsfehler, was in einer Differenz zwischen einem Geschwindigkeitsbefehlssignal und einem Geschwindigkeitserfassungssignal eines Motors resultiert, durch eine Geschwindigkeitsregelungseinheit auf groß eingestellt ist, eine 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.

Jedoch dann, wenn eine Steifigkeit bzw. Festigkeit einer Motorwelle zum Übertragen eines vom Motor erzeugten Drehmoments zu einer Last niedrig ist, kann der Wert der Geschwindigkeitsverstärkung Kv nicht erhöht werden, und eine 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 Einheit zum Lösen eines solchen Problems ist eine Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung eines Motors, in welcher ein Sperrfilter in eine Geschwindigkeitsschleife des Motors eingefügt ist, in der veröffentlichten JP-A-60-39397 offenbart.

Gemäß der Veröffentlichung ist ein Filter zum Eliminieren von nur einer bestimmten Frequenzkomponente von einem Eingangssignal und zum Erzeugen einer Ausgabe in die Geschwindigkeitsschleife eingefügt, und eine Frequenzkomponente einer mechanischen Resonanz wird eliminiert, und dadurch kann eine Oszillation eines Regelsystems unterdrückt werden.

Gemäß einer solchen Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung des Motors 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. Dann gibt es zum Sehen der Resonanzfrequenz eines mechanischen Systems ein Verfahren durch eine Berechnung und ein Verfahren durch eine Messung, aber es gab derartige Probleme, dass jeweils eine komplizierte Berechnung oder eine bestimmte Messvorrichtung erforderlich ist.

Somit wird als simples und 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. In 1 enthält eine Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung eines Motors einen Motor 4 mit einer Welle 4a, während eine Last 2 angetrieben wird, einen Geschwindigkeitserfassungsteil 8 zum Berechnen eines Geschwindigkeitserfassungssignals des Motors 4 durch Erfassen eines Drehwinkels des Motors 4 durch einen Codierer 6, um den Drehwinkel (eine Position) zu unterscheiden bzw. zu differenzieren, einen Geschwindigkeitsregelungsteil 12 zum Erhalten eines Geschwindigkeitsfehlers, der in einer Differenz zwischen einem Geschwindigkeitsbefehlssignal und dem Geschwindigkeitserfassungssignal resultiert, durch einen Geschwindigkeitskomparator 10 und zum Multiplizieren des Geschwindigkeitsfehlers mit einer Geschwindigkeitsverstärkung Kv und zum Ausgeben eines Quellenstrombefehlssignals Ia, ein Sperrfilter 14 zum Erzeugen eines Kompensationsstrombefehlssignals Ic, bei welchem eine Sperrfrequenz, die in einer bestimmten Frequenzkomponente des Quellenstrombefehlssignals Ia resultiert, eliminiert ist, einen adaptiven Teil des Sperrfilters 16 zum derartigen Einstellen einer Sperrfrequenz, dass ein Strombefehlssignal, bei welchem eine aufrechterhaltene 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.

Inhalte einer Verarbeitung des adaptiven Teils des Sperrfilters 16 sind in dem Paper Journal beschrieben, und grundsätzlich wird eine Sperrfrequenz so eingestellt, dass eine Ausgabe einer Welligkeit des Sperrfilters 14 kleiner wird. Wenn ein Regelsystem ein Oszillationszustand wird 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 Subtrahierer 10 und den Geschwindigkeitsregelungsteil 12 zum 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 in einer Eingabe 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 des Motors, die in 1 gezeigt ist, und (a) sind Motorgeschwindigkeiten, die durch den Geschwindigkeitserfassungsteil 4 erfasst sind, (b) sind Eingaben des Sperrfilters 16, (c) sind Änderungen bezüglich einer Sperrfrequenz, die durch den adaptiven Teil des Sperrfilters eingestellt ist, und (d) sind Strombefehle, die Ausgaben des Sperrfilters 9 sind, und 3 zeigt vergrößerte Diagramme der 2(a) und 2(b), und 4 ist ein Verstärkungsdiagramm eines Geschwindigkeitsregelsystems der in 1 gezeigten Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung.

Eine Verstärkungscharakteristik einer offenen Schleife eines Geschwindigkeitsregelsystems zu der Zeit, zu welcher ein Sperrfilter nicht eingefügt ist, ist in 4(a) gezeigt, und eine Resonanzfrequenz ist 1500 Hz und die Resonanzspitze ist größer als 0 Dezibel, so dass dieser Zustand anzeigt, dass ein Regelsystem oszilliert.

Daher ist eine Sperrfrequenz in einem Anfangszustand auf 3000 Hz eingestellt, und 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 ein Regelsystem ein Oszillationszustand wird und eine Motorgeschwindigkeit (ein Geschwindigkeitserfassungssignal) schwingt und die Amplitude mit der Zeit größer wird. In 2(a) ist die Motorgeschwindigkeit geschwärzt, und dies ist deshalb so, weil eine Frequenz der Schwingung hoch ist. In dem Fall, in welchem sie in einer Zeitachsenrichtung größer 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 zum Sperrfilter 14 eingegeben. Ein Quellenstrombefehlssignal Ia, das zum Sperrfilter 14 eingegeben ist, wird ausgedrückt, wie es in 2(b) gezeigt ist, und zwar in dem Fall eines Vergrößerns von diesem in einer Zeitachsenrichtung, und das Quellenstrombefehlssignal 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.

Jedoch in dem Fall eines guten Beobachtens 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 eine 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 Quellenstrombefehlssignal Ia enthalten, das in einer Eingabe des Sperrfilters 14 resultiert, 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.

Offenbarung der Erfindung

Die Erfindung ist implementiert, um das Problem zu lösen, und eine Aufgab der Erfindung besteht im Bereitstellen einer Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung eines Motors, die eine Sperrfrequenz in einem Sperrfilter genau einstellen kann.

Eine Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung eines Motors gemäß der Erfindung ist charakterisiert durch Enthalten eines Motors zum Antreiben einer Last, einer Strombefehls-Erzeugungseinheit, die ein Quellenstrombefehlssignal erzeugt, das eine Frequenzkomponente haben kann, die auf einer Differenz zwischen einem Geschwindigkeitsbefehlssignal des Motors und einem Geschwindigkeitserfassungssignal basiert, in welchem eine Geschwindigkeit des Motors erfasst wird, einer Sperrfiltereinheit, die eine Sperrfrequenz brechen bzw. unterbrechen kann, was in einer vorbestimmten Frequenz resultiert, die unter kontinuierlichen Frequenzbandbreiten ausgewählt ist, und die auch ein Kompensationsstrombefehlssignal erzeugt, in welchem die Sperrfrequenz von dem eingegebenen Quellenstrombefehlssignal eliminiert ist, einer Sperrfilter-Einstelleinheit, die die Sperrfrequenz so auswählt, dass das Kompensationsstrombefehlssignal, in welchem eine anhaltende Schwingungsfrequenzkomponente des Quellenstrombefehlssignals eliminiert ist, von der Sperrfiltereinheit erzeugt wird, einer Subtraktionseinheit, die ein Eliminationsteil-Strombefehlssignal erzeugt, das in einer Differenz zwischen dem Quellenstrombefehlssignal und dem Kompensationsstrombefehlssignal resultiert, einer Additionseinheit, die das Kompensationsstrombefehlssignal und das Eliminationsteil-Strombefehlssignal addiert und ein Strombefehlssignal erzeugt, das durch den Motor geführt wird, und einer Strombegrenzungseinheit, die einen maximalen Wert des Strombefehlssignals begrenzt.

Gemäß einer solchen Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung des Motors erzeugt eine Subtraktionseinheit ein Eliminationsteil-Strombefehlssignal, das in einer Differenz zwischen einem Quellenstrombefehlssignal und einem Kompensationsstrombefehlssignal resultiert, und addiert eine Additionseinheit das Kompensationsstrombefehlssignal und das Eliminationsteil-Strombefehlssignal und erzeugt ein Strombefehlssignal, und begrenzt eine Strombegrenzungseinheit einen maximalen Wert des Strombefehlssignals.

Daher wird das Eliminationsteil-Strombefehlssignal basierend auf dem Quellenstrombefehlssignal erzeugt (produziert) und wird das Strombefehlssignal durch das Eliminationsteil-Strombefehlssignal und das Kompensationsstrombefehlssignal erzeugt bzw. produziert, so dass selbst dann, wenn das Kompensationsstrombefehlssignal nicht schwingt, das Strombefehlssignal schwingt, und ein Geschwindigkeitserfassungssignal des Motors auch schwingt, und dadurch das Quellenstrombefehlssignal auch schwingt. Somit kann eine Schwingung des Strombefehlssignals aufrechterhalten werden, so dass es einen Effekt eines Ermöglichens einer Auswahl (Einstellung) einer Sperrfrequenz einer Sperrfiltereinheit gibt.

Eine Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung eines Motors gemäß einer weiteren Erfindung ist charakterisiert durch Enthalten einer Begrenzereinheit, die das Eliminationsteil-Strombefehlssignal eingibt, und ein Grenzstromsignal erzeugt, während ein maximaler Wert des Eliminationsteil-Strombefehlssignals begrenzt wird, anstelle der Strombegrenzungseinheit.

Gemäß einer solchen Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung des Motors kann eine Begrenzereinheit eine Schwingung des Eliminationsteil-Strombefehlssignals innerhalb eines erwünschten vorbestimmten Werts begrenzen, so dass es einen Effekt gibt, der eine Sperrfrequenz eines Sperrfilters einstellen kann, während eine Schwingung des Motors unterdrückt wird.

Eine Sperrfilter-Einstelleinheit in einer Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung eines Motors gemäß einer weiteren Erfindung ist charakterisiert durch ein automatisches Einstellen der Sperrfrequenz, um mit einer Frequenzkomponente einer andauernden Schwingung des Quellenstrombefehlssignals übereinzustimmen.

Gemäß einer solchen Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung des Motors gibt es einen Effekt, der eine Sperrfrequenz eines Sperrfilters auf einfache Weise einstellen kann.

Eine Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung eines Motors gemäß einer weiteren Erfindung ist charakterisiert durch Enthalten einer Oszillations-Entscheidungseinheit, die entscheidet, ob das Kompensationsstrombefehlssignal oszilliert hat oder nicht, und auch ein Entscheidungssignal erzeugt, und einer Schalteinheit, die das Grenzstromsignal basierend auf dem Entscheidungssignal ein- und ausschaltet und das Grenzstromsignal zur Additionseinheit eingibt.

Gemäß einer solchen Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung des Motors entscheidet eine Oszillations-Entscheidungseinheit, dass eine Einstellung auf eine Sperrfrequenz beendet ist, durch ein Aufhören einer Oszillation, und das Grenzstromsignal wird ausgeschaltet, so dass es einen Effekt gibt, dass das Kompensationsstrombefehlssignal in einem Strombefehlssignal resultiert und eine Schwingung des Strombefehlssignals nicht aufrechterhalten wird.

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.

Beste Art zum Ausführen der Erfindung

Eine Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung eines Motors gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird durch die 5 und 6 beschrieben werden. 5 ist ein Blockdiagramm einer Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung eines Motors gemäß einem Ausführungsbeispiel, und 6 ist ein Blockdiagramm eines in 5 gezeigten Schwingungserfassungsteils.

In den 5 und 6 enthält eine Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung 101 eines Motors 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) gegebenen Geschwindigkeitsbefehlssignal und zum Ausgeben eines Geschwindigkeitsfehlers, einen Geschwindigkeitsregelungsteil 12, der als Strombefehls-Erzeugungseinheit wirkt, die eine Geschwindigkeitsverstärkung Kv mit dem Geschwindigkeitsfehler multipliziert und die ein Quellenstrombefehlssignal Ia ausgibt, ein Sperrfilter 14, das als Sperrfiltereinheit wirkt, die das Quellenstrombefehlssignal Ia eingibt und auch kontinuierliche Frequenzbandbreiten hat und eine Sperrfrequenz Fn auswählt, die in einer beliebigen bestimmten vorbestimmten Frequenz in den Frequenzbandbreiten resultiert, und ein Kompensationsstrombefehlssignal Ic erzeugt, in welchem eine Frequenzkomponente einer andauernden Schwingung von dem Quellenstrombefehlssignal Ia eliminiert ist, und beispielsweise eine Sperrfrequenz Fn auswählt, die in einer bestimmten Frequenzkomponente (beispielsweise 3000 Hz, 1500 Hz,...) unter Frequenzbändern 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 Quellenstrombefehlssignals 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 Quellenstrombefehlssignal 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 unterdrückt 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 ein Wert, bei welchem ein Geschwindigkeitsregelsystem des Motors 4 eine andauernde Schwingung basierend auf dem Eliminationsteil-Strombefehlssignal Ir unterhält und der kleinste mögliche Wert ist. 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 128, in welchem ein Glättungswert von der Glättungsschaltung 124 mit einem durch eine Referenzwert-Einstellvorrichtung 126 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.

Eine Aktion der Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung 101, die so aufgebaut ist, wie es oben beschrieben ist, wird durch die 5 bis 7 beschrieben werden. 7 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Betrieb des in 5 gezeigten Ein/Aus-Teils zeigt. Nun wird dann, 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, 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 Subtrahierer 10 erhält eine Differenz (einen Geschwindigkeitsfehler) zwischen einem Geschwindigkeitsbefehlssignal und dem Geschwindigkeitserfassungssignal und gibt die Differenz zu dem Geschwindigkeitsregelungsteil 12 ein.

Der Geschwindigkeitsregelungsteil 12 erzeugt ein Quellenstrombefehlssignal Ia und gibt das Quellenstrombefehlssignal 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 eingegeben. Der adaptive Teil des Sperrfilters 16 erzeugt ein Kompensationsstrombefehlssignal Ic, in welchem eine Sperrfrequenz fn automatisch aus kontinuierlichen Frequenzbandbreiten im Sperrfilter 14 ausgewählt (eingestellt) wird, um eine Komponente mit andauernder Schwingung des Kompensationsstrombefehlssignals Ic zu erniedrigen.

Der Subtrahierer 103 erhält ein Eliminationsteil-Strombefehlssignal Ir, das in einer Differenz zwischen dem Quellenstrombefehlssignal Ia und dem Kompensationsstrombefehlssignal Ic resultiert, und das Eliminationsteil-Strombefehlssignal Ir wird zum 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 5101), und dann, wenn es geschwungen hat, wird ein Ein-Signal erzeugt und wird der Ein/Aus-Teil 107 eingeschaltet (Schritt 5103), und der Addierer 109 gibt ein Strombefehlssignal, in welchem das Grenzstrombefehlssignal IL und das Kompensationsstrombefehlssignal Ic addiert sind, zum Stromregelungsteil 18 ein. 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), und dann, 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 eingegeben, und der Motor 4 wird angetrieben.

Das bedeutet, dass bei der Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung 101 gemäß der vorliegenden Erfindung der Eliminationsteil-Strombfehl 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 Quellenstrombefehlssignal Ia basierend auf einer Differenz zwischen dem Geschwindigkeitsbefehlssignal und dem Geschwindigkeitserfassungssignal auch. Da das Quellenstrombefehlssignal Ia schwingt, steigt ein Raum zum Einstellen der Sperrfrequenz fn des Sperrfilters 14 an, so dass eine Einstellgenauigkeit der Sperrfrequenz fn verbessert werden kann.

Als Nächstes wird eine Handlung 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 Eingaben (Quellenstrombefehlssignale 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, und 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 zu dem Sperrfilter 14 eingegeben, 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 durch die 9 detailliert beschrieben werden. 9 zeigt eine Eingabe und eine Ausgabe des Sperrfilters 14, eine Eingabe und eine Ausgabe 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 Subtrahierer 10 rückgekoppelt und wird über den Geschwindigkeitsregelungsteil 12 zum Sperrfilter 14 eingegeben. Ein zum Sperrfilter 14 eingegebenes Quellenstrombefehlssignal 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 die Ausgabe 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 Quellenstrombefehlssignal Ia ausgegeben. Dies resultiert in der Schwingungskomponente von 1500 Hz, wie es in 9(c) gezeigt ist, und wird zum Begrenzer 105 eingegeben. Im Begrenzer 105 wird eine eingegebene Amplitude der Schwingungskomponente von 1500 Hz um einen vorbestimmten Wert begrenzt, und die Schwingungskomponente wird ausgegeben. Grenzwerte sind hierin ±1 und die Ausgabe wird ausgedrückt, wie es in 9(d) gezeigt ist. Diese wird zu einer Ausgabe (9(b)) des Sperrfilters 14 durch den Addierer 109 addiert, und ein Strombefehl, wie er in 9(e) gezeigt ist, wird erhalten.

Da die Ausgabe (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 einer Ausgabe 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 unterdrückt 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 eine Maschine eliminiert.

Die schließliche 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.

Industrielle Anwendbarkeit

Wie es oben beschrieben ist, ist eine Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung eines Motors gemäß der Erfindung zum Einstellen eines Sperrfilters geeignet.

Zusammenfassung

Eine Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung enthält einen Geschwindigkeitsregelungsteil (12) zum Erzeugen eines Quellenstrombefehls basierend auf einer Differenz zwischen einem Geschwindigkeitsbefehl eines Motors (4) und einer Geschwindigkeitserfassung, in welcher eine Geschwindigkeit des Motors (4) zum Antreiben einer Last (2) erfasst ist, ein Sperrfilter (14), das eine Sperrfrequenz brechen bzw. unterbrechen kann, was in einer vorbestimmten Frequenz resultiert, die unter kontinuierlichen Frequenzbandbreiten ausgewählt ist, und auch einen Kompensationsstrombefehl erzeugt, in welchem die Sperrfrequenz von dem Quellenstrombefehlssignal eliminiert ist, einen adaptiven Teil des Sperrfilters (16) zum derartigen Auswählen der Sperrfrequenz, dass der Kompensationsstrombefehl, in welchem eine Frequenzkomponente mit andauernder Schwingung des Quellenstrombefehls eliminiert ist, von dem Sperrfilter (14) erzeugt wird, einen Subtrahierer (103) zum Erzeugen eines Elimininationsteil-Strombefehls, der in einer Differenz zwischen dem Quellenstrombefehl und dem Kompensationsstrombefehl resultiert, und einen Addierer (109) zum Addieren des Kompensationsstrombefehls und des Eliminationsteil-Strombefehls und zum Erzeugen eines durch den Motor (4) geführten Strombefehls.

(5)


Anspruch[de]
  1. Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung eines Motors, dadurch gekennzeichnet, dass sie folgendes aufweist:

    einen Motor zum Antreiben einer Last,

    eine Strombefehls-Erzeugungseinheit, die ein Quellenstrombefehlssignal erzeugt, das eine Frequenzkomponente haben kann, die auf einer Differenz zwischen einem Geschwindigkeitsbefehlssignal des Motors und einem Geschwindigkeitserfassungssignal, in welchem eine Geschwindigkeit des Motors erfasst ist, basiert,

    eine Sperrfiltereinheit, die eine Sperrfrequenz unterbrechen kann, die in einer vorbestimmten Frequenz resultiert, die unter kontinuierlichen Frequenzbandbreiten ausgewählt ist, und die auch ein Kompensationsstrombefehlssignal erzeugt, in welchem die Sperrfrequenz von dem eingegebenen Quellenstrombefehlssignal eliminiert, ist,

    eine Sperrfilter-Einstelleinheit, die die Sperrfrequenz so auswählt, dass das Kompensationsstrombefehlssignal, in welchem eine Frequenzkomponente mit einer andauernden Schwingung des Quellenstrombefehlssignals eliminiert ist, von der Sperrfiltereinheit erzeugt wird,

    eine Subtraktionseinheit, die ein Eliminationsteil-Strombefehlssignal erzeugt, das in einer Differenz zwischen dem Quellenstrombefehlssignal und dem Kompensationsstrombefehlssignal resultiert, eine Additionseinheit, die das Kompensationsstrombefehlssignal und das Eliminationsteil-Strombefehlssignal addiert und ein durch den Motor geführtes Strombefehlssignal erzeugt, und

    eine Strombegrenzungseinheit, die einen maximalen Wert des Strombefehlssignals begrenzt.
  2. Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung eines Motors nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Begrenzereinheit, die das Eliminationsteil-Strombefehlssignal eingibt und ein Grenzstromsignal erzeugt, während sie einen maximalen Wert des Eliminationsteil-Strombefehlssignals begrenzt, anstelle der Strombegrenzungseinheit aufweist.
  3. Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung eines Motors nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrfilter-Einstelleinheit die Sperrfrequenz automatisch einstellt, damit sie mit einer Frequenzkomponente mit einer andauernden Schwingung des Quellenstrombefehlssignals übereinstimmt.
  4. Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Oszillations-Entscheidungseinheit aufweist, die entscheidet, ob das Kompensationsstrombefehlssignal oszilliert hat oder nicht, und auch ein Entscheidungssignal erzeugt, und eine Schalteinheit, die das Begrenzungsstromsignal basierend auf dem Entscheidungssignal ein- und ausschaltet, und das Begrenzungsstromsignal zur Additionseinheit eingibt.
Es folgen 10 Blatt Zeichnungen






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com