• 专利附录
  • 专利说明
  • 权利要求
  • 类似技术
  • 同族专利
  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:

    公开号:WO1982004506A1
    申请号:PCT/JP1982/000232
    申请日:1982-06-17
    公开日:1982-12-23
    发明作者:Denki Seisakusho Kk Yaskawa
    申请人:Futami Shigeru；Kyura Nobuhiro；
    IPC主号:F16F15-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書'
    [0002] 電 動 機 械 の 制 御 方 ^
    [0003] 〔 技術分野 〕
    [0004] 本発明は、 電動機械における機能を高性能化する ため の制御方式に関する も のである。
    [0005] 電動機械では個 々 の要因によ る ト ル ク リ ッ プル と機械 振動系と の間で共振現象が起 り、 振動となる。 一般産業 用の電動機械では、 ある程度の振動は実用上さして問題 にはならないが、 刃物や工具を高い精度で動かす必要の ある高精度な電動機械では、 運転に伴 う 振動は、 その精 度に関係するため、 有害な振動を可及的に少 く する こ と が要求される。 .
    [0006] 〔 背景技術 〕
    [0007] 電動機械における振動発生源と して 皇々 のものがある が、 影響の大きな もの と しては、 例えば第 1 図に示すよ う に駆動モー タ 1 と負荷 2 と の間に介在する滅速機 3 が ある。
    [0008] こ こ でい う 镔速檨とはギヤ、 ベ ル ト 、 チェー ン 、 ワ イ ャ、 ボ一 ル スク リ ユ ー等を使った滅速機やハ ― モ 二 ッ ク ド ラ イ ブ コ ン ボ ネ ン ト （ 歯車減速機の一種 ） な どである c 之等の滅速檨では、 構造上の原因 よ り 、 駆動モー タ 1 の回転数の整数倍、 あるいは整数分の 1 のパ ラ メ ー タ 変動を生じ、 こ のパ ラ メ ー タ変動が強制力 となって機械 系を強制振動させる。
    [0009] OMPI ― そのため、 駆動モー タ 1 を如何に正確に一定速度で回 転させて も、 負荷 2 に伝達される ト ル ク には リ ッ ブルが 生じ、 刃物や工具を滑らかに、 且つ高精度に動かすこ と が出来なかった。
    [0010] 更に、 こ の減速機 3 のパ ラ メ ー タ変動によ る ト ル ク リ ッ ブルが、 周期的な強制力 となって、 減速機 3 と負荷 2 とで檮成される機械振動系と共振現象を起し、 機械性能 上あるいは使用上重大な問題となっていた。
    [0011] 第 2 図は第 1 図に示した電動機械の等価電気回路を示 すも ので、 前記滅速檨 3 は、 理想 ト ラ ンス と ス プ リ ン グ 近似される。
    [0012] なお図中 Τはモー タ 1 の発生 ト ル ク 、 JMは モ 一 タ イ ナ — シャ、 VMはモ ー タ速度、 N は滅速機 3 の減速比、 Kは 減速機 3 の等価パネ定数、 J は負荷イ ナ — シャ、 Vは負 荷速度である。
    [0013] 涙速機部の剛性が機械系全体中、 最も低いこ とが普通 であるので、 こ の等価電気回路ではそのパネ定数を K と して表わし、 泡の部分のパネ定数は∞と見傲している。
    [0014] 滅速機部のパ ラ メ ー タ変動に よ り生ずる ト ルク リ ッ ブ ルは、 第 2 図の (A)又は（B)に示す位置に加法的に加わ り、 この ト ル ク リ ッ プルが、 接楨振動系の固有振動数 n
    [0015]
    [0016] と等しい周波数成分を有する と、 共握が起る こ と になる
    [0017] O PI k こ こ
    [0018] で表わされる。
    [0019] 従来、 こ の共振現象を防止する ために、 負荷側にダ ン パを入れた り 、 共捱を起す回転数での使用を禁止する こ となどが行なわれているが、 前者の方法は機構的な変更 を必要と し、 ま た後者の方法は使用条件に制約があるの で不便であった。
    [0020] そこで、 本発明は驟動モー タその もので、 ダ ンパ作用 を行なわせる方法を新.し く 提案し ょ う とする ものである 〔 発.明の開示 〕 . .
    [0021] 即ち本発明は、 有害な持続振動を発生する靡動モ ー タ によって駆動される電動機械において、 振動の加速度検 出装置に よ り 振動部位の振動の加速度に比例する電気信 号を検出し、 こ の電気信号を位相調整回路 と ゲイ ン調整 回路 と に よ ^振動を減衰させる に適切な位相の補正信号 に変換し、 それを壓動モー タ の制御装置に与えて振動を 減衰させる よ う にしたものである。
    [0022] そし て本発明は、
    [0023] i ) 機構的な変更を必要と しない。
    [0024] ii ) 付加する装置は加速度検出装置と簡単な電気回路 だけで、 全て信号回路 （ パ ワ ー 回路ではない ） であ る
    [0025] ΟΚίΡΙ V ,'ΠΌ とい う 特長があ り 、 容易且つ安価に実現でき、 実用上、 電動機械の制御方式と して優れたものである。
    [0026] 〔 図面の簡単な説明 〕
    [0027] 第 1 図は電動機械のブ ロ ッ ク図、 第 2 図はその等価電 気回路図、 第 3 図は本発明実施例のブ ロ ッ ク図、 第 4 図 は振動加速変換回路の電気回路図、 第 5 図は補正信号の 位相特性図、 第 6 図は動作説明図、 第 7 図は本発明の原 理説明図である。
    [0028] 願動モー タ 2 …負荷
    [0029] 3 - 減速機 4 …速度指令器
    [0030] 5 · 減算器 6 …速度制御装置
    [0031] 7 · 振動検出器 8 …搌動加速度の変換回路 9 · 位相調整回路 1 0 … ゲイ ン調整回路
    [0032] 〔 望ま しい実施例 〕
    [0033] ¾下、 本発明の実施例を図面に基づき説明すれば次の 通 り である。
    [0034] 第 3 図は本発明実施例のブロ ッ ク図で、 1 は駆動モ ー タ、 該モー タは減速指令器 4 によ る速度指令信号 Vr に従って、 減算器 5 及び速度制御装置 6 を介して駆動さ れる。 2 は負荷、 3 は減遠機である。
    [0035] 本実施例の装置が従来の 御方式と異る点は、 負荷 2 の振動を検出する振動検出春 7 と、 その出力信号から振 動の加速度を検出する振動 速度の変換回路 8 と、 その 出力信号の位稆を調整する位相調整回路 9 と、 ゲイ ン調 整回路 1 0 と前記減算器 5 を設け、 振動部位の振動の加 速度に比例する電気信号を振動の加速度検出装置 1 1 、 即ち振動検出器 7 と振動加速度の変換回路 8 とで検出し 位相調整回路 9 と ゲイ ン調整回路 1 0 で、 前記振動部位 の振動を減衰させる に適切な位相の補正信号 （ 後述 ） に 変換し て、 それを減算器 5 に与える よ う にした点であ る 前記振動検出器 7 は、 負荷 2 の振動速度 X 又は変位 X の何れかを電気的に検出する ものであればよい。
    [0036] 振動加速度の変換回路 8 は、入力信号を振動の加速度 X に比例する電気信号に変換する も ので、 前記振動検出器 7 が振動の速度 X を検出する も のであれば、 第 4 図（a)に 示すよ う な、 演算増巾器と抵抗及びコ ^デンサで構成さ れる微分回路が用いられる。 ま た振動検出器 7 と して変 位 Xを検出する も のを使用する場合は、 第 4 図（b)に示す よ う な 2 段の微分回路が用いられる。
    [0037] なお振動検出器 7 が、振動の加速度 X を検出する ものな らば、振動加速度の変換回路 8 は不要である。
    [0038] 位相調整回路 9 は、,駆動モー タ 1 の位相特性を補償する ための も のである。 ·
    [0039] そし てこ 位相調整回路 9 によって、 出力信号の位相 特性 を、 加速度変換回路 8 の出力 と負荷振動の加速 度 ' x' と の位相差 e M、 駆動モー タ の速度制御装置 6 で駆 動される駆動モー タ の位相特性が、 とする と き、
    [0040] ώ ( ω) = θ ( ω) + φ ( ω ) (3)
    [0041] Ο ΡΙ となる よ う に調整する ものである。
    [0042] これは振動を減衰するために、 翦動モー タ 1 の制御装 置に与える補正信号を、 負荷振動の加速度 X とは逆位相 にする こ とである。
    [0043] 之等の位相関係を図示する と、 第 5 図に示す通 り であ る
    [0044] なお、 振動検出器 7 と して、 加速度計を使用し、 しか も共振周波数での翳動モー タ 1 の位相遅れと、 前記加速 度計によ る検出信号の位相遅れが共にない場合には、 前 述のよ う に振動の加速度変換回路 8 と共に,こ の位相調整 回路は不要となる
    [0045] また、 この位相調 回路 9 によ る位相調整は、 実際上 は振動が問題となる周波数範囲 （ つま り 共振周波数の付 近 ） だけ正確な ものであればよい
    [0046] ゲイ ン調整回路 1 0 は、 振動を滅衰させるための補正 信号の大き さを決定する も ので、 演算増巾器、 抵抗分圧 回路、 可変抵抗器などが使われる
    [0047] 次にその作用、 効果について説明する。
    [0048] 第 6 図 (a)は、 従来方式の電動機核の共捱周波数での制 御系の応答を示すもので、 駆動モ タ 1 の速度指令を、 減速機 3 のノ ラ メ — タ変動によ り 生ずる振動が檨楨振動 系の固有振動数と—致する よ う な一定値（ する と、 共振 が起り 、 負荷 2 は大きな振動を発生し、 翦動モー タ 1 の 速度は、 負荷 2 からの影響を受けて少し変動する。
    [0049] V iFO 、 第 6 図（b)は、 第 3 図に示す構成に よ り 、 駆動モー タ 1 に振動を減衰させる ための補正信号を、 速度指令に積極 的に加えた場合の共振周波数での系の応答を示すもので ある。 この場合.、 補正信号と しては、 モ ー タ の速度の交 流分と逆位相になる よ う に、 位相調整された負荷の振動 の加速度 X が、 加えられている。
    [0050] こ の時の負荷の振動は、 第 8 図の（a) -衂図 と（b) - 図 を比較すれば明らかなよ う に、 大巾に小さ く なる。
    [0051] 事実上は、 負荷の振動を 0 にする こ とができ る。
    [0052] その調整はゲイ ン調整回路 1 0 ( 手動 ） に よって行な う 。 ゲ イ ンを上げて行 く に従って振動は小さ く なつて行 く が、 大き く し過ぎる と乱調となる。 従ってその調整は、 乱調しない最大のグイ ンを選択する よ う にする ものであ o
    [0053] では次に、 本発明の原'理的な説明をする。
    [0054] 負荷 2 を減速機 3 を介し て、 驅動モー タ 1 で駆動する 電動機械の等価回路が、 第 7 図（A)のよ う になる こ とは先 に述べた （ 第 2 図参照 ） 。 こ の第 7 図（A)の回路を微分方程式で表わすと、 次式と なる。
    [0055] V M dv
    [0056] K - V ) d t = J (4)
    [0057] N d t と こ ろで、 駆動モー タ 1 を静止、 つま り vM = o と し た 場合の 2 次側 （ 負荷側 ） の等価回路は、 第 7 図（B)の よ う になる。 ' この回路は減衰のない振動系であ り、 その佞達関数は 第 7 図（C)のよ う になる。 但し である
    [0058]
    [0059] . このよ う な滅衰一 N oのない振 ft系は t何らかの原因で一旦 振動が発生する と、 o何時までも振動を持続する。
    [0060] なお、 一般の振動系のと伝達関数は ωη2 て
    [0061] (5)
    [0062] S2 ÷ 2ς ω nS + n2
    [0063] る
    [0064] 但し、 ωηは系の固有振動数、 は減衰係数 で示され、 滅衰項を持っている
    [0065] 今、 第 7 図（B)において、 = 0 ) の代 り
    [0066] N （ に
    [0067] 0 d
    [0068] ( 負荷の加速度を定数倍したもの ） なる量を
    [0069] N .dt 第 7 図（D)の よ う に等価回路上で挿入する。
    [0070] この場合の振動系の微分方程式は次式で表わされる。 dv dv
    [0071] K V ) dt = J (6)
    [0072] N dt dt
    [0073] 従って、 この式の伝達関数は第 7 図このよ う になる。 こ の伝達関数と ）式で示した^達関数の対応関係から
    [0074] WL (7)
    [0075] 2 J
    [0076] となる。 このこ とは第 7 図（D)に示した 2 次側 （ 負荷側 ）
    [0077] C d v
    [0078] 等価回路において なる信号を印加する こ と に よ
    [0079] N d t り 前記 f なる減衰項が発生する こ とを意味し
    [0080] 2 K J
    [0081] て ^、る dv
    [0082] これは、 一 C なる信号を第 6 図（I)における 1 次側 d
    [0083] ( 駆動モー タ側 ） に印加する こ と と等価である dv d V
    [0084] 即ち、 負荷側の —— を検出して、 - C なる補正信 d d t 号を速度制御ルー プに加える こ と によ り、 振動を減衰さ せるこ とができる こ と を意味する。
    [0085] これを等価回路で考える と、 第 7 図（F)の よ う にすれば 負荷側の振動は減衰する こ と になる。 以上が本発明の基 本原理である。
    [0086] 〔 産業上の利用可能性 〕
    [0087] と ころが、 現実には振動系に位相遅れが存在するので 前述のよ う に、 単に負荷側の振動の加速度 （ を速
    [0088] d I
    [0089] 度制御ル― ブに加えるだけでは,振動を减衰させる こ とは できず、 こ の位相遅れを補償する必要がある。
    [0090] 従って有害な振動を抑制するためには、駆動モー タ 1 の 出力軸における驟動 モ — タ の速度の交流分 対して、逆位
    [0091] OM I 相になる よ う に補正信号を加える必要がある。
    [0092] と ころが、 実際には羅動モー タの速度制御系と加速度 検出装置にも位相遅れがあるので、 更にそれをも補償す る よ う にする必要がある。 位相調整回路 9 はこれらの位 相遅れを補償する ものである。
    [0093] 振動の検出方法と して 振動の変位 X を検出する方法 と、振動の速度 を検出する方法と、 振動の加速度 X を検 出する方法の 3 つがある。
    [0094] 振動を抑制するには前述のよ う に振動の加速度成分を 制御上、 帰還させる必要があるので、 振動の変位 X 又は 速度 ^: を検出する方法を探る場合は、 それらの検出値を 2 回又は 1 回、 微分回路を通.して振動の加速度信号に変 換する必要がある。 前記実施例における振動加速度の変 換回路 8 が、 その変換回路である。
    [0095] 以上、 電動機械の有害な振動を抑制するため、 補正信 号を速度制御系に加える ものに関違して説明したが、 位 置制御系 （ 通常のサー ボ系 ） 電動機械でも、 位栢制御系 中の速度制御系に同じ こ とを適用すれば,同じ効果が得ら れ
    [0096] 電動機械の負荷に発生する振動には、 種々 の周波数成 分の ものがあるが、 顕著な周波数成分を抑制するだけで 充分目的を達成し得る場合は、 顕著な周波数成分だけを、 選択的に検出する振動検出器を用いるか、 広带域の振動 検出器に上記周波数成分だけを選択的に通逼する 口 ー パ
    [0097] WIPO ス又はノ、 イ ノ、。 ス の ノ ン ド - ノ、。 ス · フ ィ ル タを付カロした も のを用 、る。
    [0098] また、 電動機械は外乱を受けた り、 ある使用条件と な つた時、 負荷の振動が顕著になる場合がある。 従って、 多用途の電動機械においては、 選択ス ィ ッ チを介在させ て、 必要に応じて補正信号を加える よ う に構成する こ と は、 実用上有効な方法である。
    [0099] v/ipo
    权利要求:
    Claims 請 求 の 範 囲
    (1) 駆動モー タ によって駆動される有害な持続振動を発 生する電動機械において、 振動の加速度検出装置によ り、 振動部位の振動の加速度に比例する電気信号を検 出し、 この電気信号を位相調整回路と ゲイ ン調整回路 とに よ り、 振動を減衰させる に適切な位相の補正信号 に変換し、 それを駆動モ ー タ の制御装置に加える こ と を特徵とする電動機械の制御方式。
    (2) 補正信号を駆動モー タの速度制御調整器に与える こ とを特徵とする特許請求の範囲第 1 項記載の電動機械 の制御方式。
    (3) 補正信号を位置制御調整器に与える こ とを特徵.とす る特許請求の範囲第 1 項記載の電動機械の制御方式。
    (4) 特定周波数の振動の加速度に比例した電気信号を送 出する加速度検出装置を使用する こ とを特徵とする特 許請求の範囲第 1 項記載の電動機械の制御方式。
    (5) 補正信号を選択ス ィ ッ チを介して与える よ う にした こ と を特徵とする特許請求の範囲第 1 項記載の電動機 械の制御方式。
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
    EP0338485B1|1994-09-21|Torque controlling apparatus for internal combustion engine
    KR0154224B1|1998-12-15|디지탈 서보에 의한 탠덤 제어 방법
    US4686404A|1987-08-11|Controlled radial magnetic bearing device
    EP1950637B1|2011-05-25|Control apparatus of servo motor
    Lorenz et al.1989|Synchronized motion control for process automation
    US3700987A|1972-10-24|Pulse modulation motor control
    EP0010981B1|1984-06-27|Induction motor drive apparatus
    US5410234A|1995-04-25|Motor drive control apparatus
    US5610483A|1997-03-11|Control equipment for electric vehicle and control method thereof
    US4629956A|1986-12-16|System for controlling motors for synchronous operation
    Lin et al.1990|The effects of variable speed cutting on vibration control in face milling
    EP0007550B1|1981-11-11|Wechselspannungsintegrator zur Bildung eines einer Flusskomponente in einer Drehfeldmaschine proportionalen Spannungssignals, Verwendung zweier derartiger Wechselspannungsintegratoren bei einem Drehfeldmaschinenantrieb und Verfahren zum Betrieb eines derartigen Drehfeldmaschinenantriebs
    JP2709969B2|1998-02-04|サーボモータの制御方法
    CA1084986A|1980-09-02|Method of and system for operating an induction motor
    KR100447052B1|2004-09-04|서보 제어장치
    US4843293A|1989-06-27|Apparatus for controlling servo system employing piezo-electric actuator
    EP0382029B1|1995-04-05|Two-spindle synchronous drive unit and gear cutting machine employing the same
    DE4318923C2|2002-10-31|Positionsregeleinrichtung zum Regeln eines elektrischen Motors
    EP0030462A2|1981-06-17|Induction motor drive apparatus
    US8089226B2|2012-01-03|Torque control device and method for controlling the same
    Dhaouadi et al.1993|Two-degree-of-freedom robust speed controller for high-performance rolling mill drives
    US20030125831A1|2003-07-03|Controller for machining gears
    CN100477479C|2009-04-08|电动机控制装置
    US2513537A|1950-07-04|Electric integrator using a motor with velocity feedback
    GB2235067A|1991-02-20|Co-ordinated position and force control for a manipulator
    同族专利:
    公开号 | 公开日
    JPS57208891A|1982-12-22|
    GB2114777A|1983-08-24|
    GB8301835D0|1983-02-23|
    DE3248810T0||
    EP0081594A4|1984-03-01|
    EP0081594A1|1983-06-22|
    DE3248810A1|1983-06-30|
    CH660937A5|1987-05-29|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1982-12-23| AL| Designated countries for regional patents|Designated state(s): FR |
    1982-12-23| AK| Designated states|Designated state(s): CH DE GB SE US |
    1983-02-03| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1982901855 Country of ref document: EP |
    1983-06-22| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1982901855 Country of ref document: EP |
    1983-06-30| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 3248810 Country of ref document: DE |
    1983-06-30| RET| De translation (de og part 6b)|Ref document number: 3248810 Country of ref document: DE Date of ref document: 19830630 |
    1985-11-16| WWW| Wipo information: withdrawn in national office|Ref document number: 1982901855 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP81/92155810617||1981-06-17||
    JP56092155A|JPS57208891A|1981-06-17|1981-06-17|Control system of motor driven machine|GB08301835A| GB2114777A|1981-06-17|1982-06-17|Control system for a motor driven machine|
    SE8300768A| SE8300768L|1982-06-17|1983-02-14|Motor driven machine control system - uses feedback of load vibration acceleration to damp vibrations using phase compensation signals|
    [返回顶部]