JP2005528868A - 閉ループ位相補償コントローラ - Google Patents

閉ループ位相補償コントローラ Download PDF

Info

Publication number
JP2005528868A
JP2005528868A JP2003579353A JP2003579353A JP2005528868A JP 2005528868 A JP2005528868 A JP 2005528868A JP 2003579353 A JP2003579353 A JP 2003579353A JP 2003579353 A JP2003579353 A JP 2003579353A JP 2005528868 A JP2005528868 A JP 2005528868A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
signal
mechanical component
velocity
data element
motor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2003579353A
Other languages
English (en)
Other versions
JP4295119B2 (ja
JP2005528868A5 (ja
Inventor
ジェイ. スピンドラー,ケント
ジェイ. カーリン,ロバート
エー. シナモン,スティーブン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
3M Innovative Properties Co
Original Assignee
3M Innovative Properties Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 3M Innovative Properties Co filed Critical 3M Innovative Properties Co
Publication of JP2005528868A publication Critical patent/JP2005528868A/ja
Publication of JP2005528868A5 publication Critical patent/JP2005528868A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4295119B2 publication Critical patent/JP4295119B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00Programme-control systems
    • G05B19/02Programme-control systems electric
    • G05B19/18Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/416Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control of velocity, acceleration or deceleration
    • G05B19/4163Adaptive control of feed or cutting velocity
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/16Controlling the angular speed of one shaft
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/41Servomotor, servo controller till figures
    • G05B2219/41215Lookup table for speed as function of actual position error
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/42Servomotor, servo controller kind till VSS
    • G05B2219/42038Real time adaptive control
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/42Servomotor, servo controller kind till VSS
    • G05B2219/42091Loop combinations, add a second loop, cascade control
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/42Servomotor, servo controller kind till VSS
    • G05B2219/42182Memory is Rom for servo control

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)
  • Developing Agents For Electrophotography (AREA)
  • Transition And Organic Metals Composition Catalysts For Addition Polymerization (AREA)
  • Polymerisation Methods In General (AREA)
  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)
  • Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

ローラ、鋳造ホイール、プーリ、ギヤ、プルローラ、押出機、ギヤポンプなど、精密で回転可能な機械的構成要素の反復的速度変動を低減する適応閉ループコントローラが説明されている。モータ制御信号に応答して回転可能な機械的構成要素を駆動するためのモータに、コントローラが結合されているシステムが示されている。センサが、機械的構成要素の軸に取り付けられ、機械的構成要素の角速度を表す速度信号を生成する。コントローラは、速度信号を受信し、機械的構成要素の速度変動を、1または複数の回転にわたる、機械的構成要素の複数の角位置に関連させるデータ要素セットを生成する。コントローラは、データ要素に基づいて誤差信号を生成し、誤差信号を閉ループ制御回路に導き、機械的構成要素に対する適応制御を提供する。

Description

本発明は、製造プロセスを制御するためのシステムなど、閉ループ制御システムに関する。
紙、フィルム、テープなどの製造に使用する製造システムなど、連続フィード製造システムには、ローラ、鋳造ホイール、プーリ、ギヤ、プルローラ、押出機、ギヤポンプなど、1つまたは複数の、モータで駆動され回転可能な機械的構成要素が含まれることが多い。これらのシステムには、制御信号を出力してモータを連動し、モータを所定の速度で駆動する電子コントローラがよく含まれる。典型的なコントローラには、モータ速度を監視し、出力信号を調整して、任意の検出された誤差を補償する高性能の閉ループ制御回路が含まれることが多い。
それでもやはり、これらのシステムの回転可能な機械的構成要素は、多くの場合、モータを回転可能な機械的構成要素に結合する他の回転可能な機械的構成要素のために、速度変動を受ける傾向がある。たとえば、速度変動は、ギヤボックス、機械的カプラ、軸受摩擦、コギングトルク、センサのゲインオフセットおよびシステム内の他の異常によってもたらされる可能性がある。これらの、製造プロセス中の速度変動は、被製造物内の欠陥またはばらつきにつながることがある。したがって、回転可能部材を、所望の速度のできる限り近くで駆動できるように、速度変動を低減または除去することが望ましい。
要約
一般に、本発明は、精密制御される回転可能な機械的構成要素の速度変動を低減する適応閉ループ制御技法に関する。特に、本明細書で説明する適応閉ループ制御技法は、回転中に、速度変動が、振幅、周波数および位相においてシフトすることがある場合でも、速度変動を動的に検出し、低減することができる。例示的で、回転可能な機械的構成要素には、たとえば、ローラ、鋳造ホイール、プーリ、ギヤ、プルローラ、押出機、ギヤポンプなどが含まれる。
一実施形態において、本発明は、モータ制御信号に応答して回転可能な機械的構成要素を駆動するように動作できるモータを有するシステムに関する。センサが、機械的構成要素の角速度を表す速度信号を生成する。センサは、たとえば、機械的構成要素の軸に取り付けた正弦波エンコーダであってもよい。コントローラは、速度信号を受信し、機械的構成要素の1または複数回転にわたる速度信号に基づいて、データ要素セットを生成する。
特に、データ要素セットは、機械的構成要素の速度変動を、機械的構成要素の複数の角位置と関連させる。たとえば、データ要素セットには、角位置のそれぞれにおける、機械的構成要素の角速度誤差データを含んでもよい。あるいは、コントローラは、速度信号を周波数成分に分解し、有害な周波数を識別してもよい。その場合には、データ要素セットには、その成分の周波数、振幅および位相データを含んでもよい。
コントローラは、連続的に速度信号を監視し、データ要素セットを更新し、データ要素セットに基づいて、モータ制御信号を調整する。このようにして、コントローラは、機械的構成要素の適応閉ループ制御を提供する。コントローラは、たとえば、データ値セットに基づいて誤差信号を生成し、誤差信号を、フィードバックとして閉ループ制御回路に誘導し、モータ制御信号を調整してもよい。誤差信号を生成するために、コントローラは、モータ速度基準信号、モータトルク基準信号またはモータ位置基準信号などのモータ基準信号を利用する。
コントローラは、不揮発性ランダムアクセスメモリ(NVRAM)、フラッシュメモリなどの記憶媒体内にデータ要素セットを保持する。特に、コントローラは、データ要素セットをルックアップテーブル(LUT)として記憶してもよいが、このルックアップテーブルに、データ要素は、機械的構成要素における角位置の角速度誤差データを記憶する。たとえば、ルックアップテーブルは、N×Mデータ要素を含んでもよく、この場合、N×Mデータ要素は、機械的構成要素のM回転にわたるN角位置の角速度データを記憶する。
コントローラは、リアルタイムで連続的にデータ要素を更新して、適応制御を提供し、効果的に速度変動を低減する。たとえば、各角位置に対して、コントローラは、進行中の角位置のサブセットにわたる、機械的構成要素の平均速度を計算し、基準速度から平均角速度を減じて、現在の速度誤差を生じる。つぎにコントローラは、機械的構成要素の現在の角位置に基づき、計算した速度誤差の関数として、それぞれのデータ要素を更新する。
別の実施形態において、本発明は、回転可能な機械的構成要素の角速度を表す速度信号を受信すること、および速度信号からデータ要素セットを生成することを含む方法に関する。データ要素セットは、機械的構成要素の速度変動を、機械的構成要素の複数の角位置に関連させる。この方法には、さらに、データ要素セットに基づいて誤差信号を生成すること、および誤差信号に基づいてモータ制御信号を調整することが含まれる。データ要素セットには、角位置における、機械的構成要素の角速度誤差データを含んでもよい。あるいは、データ要素には、速度信号における周波数成分の、周波数、振幅および位相データを含んでもよい。
本発明の1つまたは複数の実施形態における詳細は、添付の図面および以下の説明に記載されている。本発明の他の特徴、目的および利点は、明細書、図面および特許請求の範囲から明らかになるであろう。
詳細な説明
図1は、例示的なシステム2を示すブロック図であるが、このシステム2において、コントローラ4は、適応閉ループ制御を提供して、ローラ10の速度変動を低減する。特に、本明細書で説明する適応閉ループ制御技法は、ローラ10の速度変動が、回転中に、振幅、周波数および位相においてシフトすることがある場合でも、その速度変動を動的に検出し、低減することができる。システム2は、紙、フィルム、テープなどを製造するための連続フィード製造環境を始めとする様々な用途で使用してもよい。例示を目的としてローラ10に関連して例証しているが、本発明は、そのように限定されるわけではない。本発明は、ローラ、鋳造ホイール、プーリ、ギヤ、プルローラ、押出機、ギヤポンプなど、任意の回転可能な機械的構成要素のための適応閉ループ制御に適用してもよい。
コントローラ4は、モータ制御信号20を出力して、モータ6を連動し、ローラ10を駆動するが、このローラ10は、製造環境内の精密なウェブハンドリングローラであってもよい。特に、モータ制御信号20に応答して、モータ6は、カプラ15を介してギヤボックス8に機械的に結合されている軸18を駆動する。今度は、ギヤボックス8が、カプラ14を介してローラ10に機械的に結合されている軸17を駆動する。ギヤボックス8には、ローラ10を連動するための適切なギヤ比を提供する、20個以上など、多数のギヤを含んでもよい。
コントローラ4は、軸18の角速度、すなわち、モータ6の現在の動作速度を示すモータ速度信号22を受信する。さらに、コントローラ4は、センサ12から、ローラ10の角速度を表すローラ速度信号26を受信する。センサ12は、たとえば、ローラ10の軸13に取り付けられた正弦波エンコーダを含んでもよく、また位置符号化したローラ速度信号を出力してもよい。コントローラ4はまた、モータ6を駆動するための目標基準を提供するモータ基準信号24を受信する。たとえば、プロセス制御ユニットまたは他の装置が、製造モデルに従って、モータ基準信号24を供給してもよい。モータ基準信号24は、モータ速度基準信号、モータトルク基準信号およびモータ位置基準信号などを含んでもよい。
ローラ速度信号26、モータ速度信号22およびモータ基準信号24に基づいて、コントローラ4は、モータ6の閉ループ制御を適用し、ローラ10の速度変動の影響を打ち消す。特に、コントローラ4は、モータ6に応答してローラ10が回転するにつれて発生するローラ10の速度変動が、回転中に振幅、周波数および位相においてシフトする場合でも、その速度変動を検出、低減する。これらの速度変動は、システム2の多数の構成要素によって引き起こされる可能性があるが、これらの構成要素には、ギヤボックス8、カプラ14、15、ならびにスリーブ軸受、コギングトルク、センサのゲインオフセットおよび微細なモータ制御に影響を及ぼすことの多い他の異常など、システム2の他の構成要素(図示せず)が含まれる。
以下に詳細に説明するように、コントローラ4は、ローラ速度信号26を連続的にサンプリングし、ローラ10の速度変動を角位置に関連させるデータ要素セットを生成する。特に、コントローラ4は、データ要素セットをルックアップテーブルとして記憶してもよく、このルックアップテーブルにおいて、データ要素は、ローラ10の複数の角位置のための角速度誤差データを記憶する。コントローラ4は、ローラ10の1または複数回転におよぶ十分なデータ要素を含むセットを保持する。ローラ10の1回転超にわたる、データ要素の数を増加することによって、コントローラ4は、より低い周波数の速度変動、すなわち、1回転を超える周期を有する速度変動の影響を低減することができる。
データ要素セットは、ローラ10の速度変動を、ローラ10の角位置に関連させる。たとえば、データ要素セットには、角位置のそれぞれにおける、ローラ10の角速度誤差データを含んでもよい。したがって、ルックアップテーブルには、N×Mのデータ要素を含んでもよく、この場合、N×Mのデータ要素は、ローラ10のM回転にわたるN角位置の角速度データを記憶する。コントローラ4は、不揮発性ランダムアクセスメモリ(NVRAM)、フラッシュメモリなどの記憶媒体(図示せず)内にデータ要素セットを保持する。あるいは、コントローラ4は、ローラ速度信号を周波数成分に分解し、有害な周波数を識別してもよい。この実施形態において、データ要素セットには、識別した成分の周波数、振幅および位相データを含んでもよい。
コントローラ4は、連続的にローラ速度信号26をサンプリングし、データ要素セットを再計算し、データ要素セットに基づいて、モータ制御信号20を調整する。このようにして、コントローラ4は、モータ6の適応閉ループ制御を提供し、ローラ10内の反復的な速度変動を低減または除去する。
図2は、コントローラ4の動作における高いレベルの概観を与えるフローチャートである。リアルタイムで、コントローラ4は、モータ6を連動してローラ10を駆動し、ローラ10における角速度の測定値を含むローラ速度信号26を受信する(30)。コントローラ4は、ローラ速度信号26を処理し、ローラ10の速度変動を角位置に関連させるデータ要素セットを更新する(32)。特に、コントローラ4は、連続的にローラ速度信号26をサンプリングし、角位置のそれぞれに対する離散的な速度誤差データを計算してもよい。あるいは、コントローラ4は、ローラ速度信号を周波数成分に分解し、周波数情報をデータ要素セットに記憶してもよい。
つぎにコントローラ4は、データ要素と、モータ速度基準、モータトルク基準またはモータ位置基準などのモータ基準信号とに基づいて、誤差信号を生成する(34)。コントローラ4は、誤差信号に基づいて、モータ制御信号20を調整する(36)。このようにして、コントローラ4は、モータ6の適応閉ループ制御を提供し、ローラ10内の反復的な速度変動を低減または除去する。
図3は、完全な回転におよぶローラ10に対するN角位置(P1−PN)のマッピングを示すブロック図である。回転当たりの位置の最大数は、典型的には、ローラ10の角速度およびコントローラ4の処理速度の関数であって、つぎに示すように、
R/(TC*2)=PMAX
となり、この場合、PMAXは位置の最大数、TRはローラ10の回転当たりの時間、TCはコントローラ4の走査時間である。たとえば、ローラ10の1回転の時間が10.00秒で、コントローラ4の走査時間が6.5ミリ秒だと想定すると、位置の最大数は、769.23となるであろう。したがって、Nは、最大位置769.23より小さい720に設定し、ローラ10の0.5度毎に位置を都合よく配分することが可能である。したがって、コントローラ4は、ローラ10の2回転にわたる1440データ要素のルックアップテーブルを保持してもよい。他の実施形態では、より低い周波数の速度変動、すなわち、1回転を超える周期を有する速度変動の数量化を改善するために、はるかに大きなルックアップテーブルを実現して、多数の回転のためのデータ要素を記憶してもよい。
図4Aは、コントローラ4が速度変動を低減するように連動されていないときの、ローラ10の例示的な速度誤差を示すグラフ40である。特に、グラフ40は、ローラ10の1回転にわたる、ローラ10の速度誤差対時間を作図してある。図4Bは、コントローラ4が速度変動を低減するように連動されていないときの、周波数領域内における、ローラ10の例示的な速度誤差を示すグラフ44である。とりわけ、グラフ44は、ローラ10の速度誤差内の存在する、2つの例示的で有害な周波数46、48を強調してある。これらの周波数は、ギヤボックス8、カプラ14、15ならびにシステム2の他の構成要素(図示せず)を始めとする、システム2における多数の構成要素の1つまたは複数によってもたらされる可能性がある。グラフ44は、センサ12などの速度測定装置によってもたらされる有害ではない周波数47もまた示している。
図4Cは、ローラ10の1回転にわたる時間における、有害な周波数46、48の1つをさらに詳細に示すグラフ50である。特に、グラフ50は、モータ6へのギヤボックス8の例示的なローディングを示すが、このローディングは、前負荷と逆負荷との間で正弦波パターンの形状をとる。たとえば、バックラッシュ、軸ねじれおよび継手ねじれが、ローラ10とモータ6との間の位相シフトを引き起こす可能性がある。
図4Dは、コントローラ4が速度変動を低減するように連動されているときの、周波数領域内における、ローラ10の例示的な速度誤差を示すグラフ52である。特に、グラフ52は、コントローラ4が、2つの例示的で有害な周波数46、48を、どのようにして低減できるかを示す。速度変動における、10から15倍を超える低減を始めとする速度変動の低減を実際に達成した。さらに、グラフ52は、有害でない周波数47など、有害でない周波数を無視するように、コントローラ4を構成できることを示している。特に、コントローラ4は、ローラ速度信号を周波数成分に分解し、識別した成分を選択的に補償するように、容易に構成することができる。
図5Aは、コントローラ4の例示的な実施形態をより詳細に示すブロック図である。コントローラ4には、モータ基準信号24および誤差信号64に基づいて、モータ制御信号20を出力するための閉ループ制御回路60が含まれる。誤差信号64を生成するために、コントローラ4は、センサ12からローラ速度信号26を受信し、処理する。
最初に、前処理ユニット66が、ローラ速度信号26を増幅し、その信号を正弦線からラインパルスに変換する。さらに、前処理ユニット66は、ローラ速度信号26のラインパルスに基づいて、回転当たり3,600,000パルスなど、高分解能パルスカウントを生成する。前処理ユニット66はまた、低域通過フィルタなどのフィルタを用いて、ローラ速度信号26からノイズを除去してもよい。
パルスカウントに基づいて、プロセッサ67は、ローラ10の現在の角速度を計算し、ローラ10の速度誤差を角位置に関連させるデータ要素セット62を生成する。たとえば、プロセッサ67は、モータ基準信号24から角速度を減じて、速度差異63を算出してもよい。あるいは、プロセッサ67は、トルク基準信号、位置基準信号などを利用してもよい。計算した差異63に基づいて、プロセッサ67は、連続的にデータ要素セット62を更新する。プロセッサ67は、データ要素セット62をルックアップテーブルとして記憶してもよいが、このルックアップテーブルに、データ要素は、ローラ10の複数の角位置に対する角速度誤差データを記憶する。さらに、プロセッサ67は、不揮発性ランダムアクセスメモリ(NVRAM)、フラッシュメモリなどの記憶媒体に、データ要素セットを記憶してもよい。記憶媒体は、プロセッサに内蔵したものかまたは外付けしたものでもよい。プロセッサ67は、組み込みマイクロプロセッサ、従来のマイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ(DSP)、専用の計算ハードウェアなどから構成してもよい。
ローラ10の速度変動の影響を打ち消すために、プロセッサ67は、モータ速度信号22およびデータ要素62に基づいて、誤差信号64を生成する。とりわけ、プロセッサ22は、ローラ10の角位置の関数として速度誤差を表す信号65を、データ要素62から生成し、モータ速度信号22から信号65を減じる。プロセッサ67は、モータ制御信号20を調整するために、誤差信号64を、閉ループ制御回路60に導く。このように、閉ループ制御回路60は、モータ6を制御するための、任意の従来型閉ループ制御機構であってもよい。
あるいは、前処理ユニット66は、ローラ速度信号を周波数成分に分解し、有害な周波数を識別してもよい。前処理ユニット66は、たとえば、ローラ速度信号26に高速フーリエ変換(FFT)を実行し、角速度の周波数成分を識別してもよい。この場合には、プロセッサ67は、識別した成分の周波数、振幅および位相データを含むデータ要素セット62を生成してもよい。最も好ましい実施形態において、本発明は、周波数成分および時間成分の両方を組み合わせて使用し、機械的構成要素に関連する変動を解決してもよい。
コントローラ4の配列は、変更してもよい。特に、信号65、誤差信号64ならびに加算器61、68は、再配列するかまたは除去してもよい。図5B〜5Dは、コントローラ4の様々な例示的実施形態を示すブロック図である。図5A〜5Dを考慮すると、他の構成もまた、当業者には明らかとなるであろう。
図6は、データ要素62を生成しているときの、プロセッサ67における動作の例示的な1モードを示すフローチャートである。特定のセットポイントのための、ローラ10の最初の回転中など、はじめに、プロセッサ67は、前処理ユニット66からパルスカウントを受信し、角位置の関数としての速度誤差でデータ要素62を初期化する(70)。たとえば、プロセッサ67は、各角度で測定された角速度を、モータ基準信号24から減じてもよい。
データ要素62の初期化(70)の後で、プロセッサ67は、連続的に、データ要素62のそれぞれを更新する。とりわけ、各角位置に対して、プロセッサ67は、ローラ10の平均速度を計算し(72)、基準速度から平均角速度を減じることなどによって、現在の角位置の角速度誤差を計算する(74)。プロセッサ67は、たとえば、現在の角位置の測定した角速度および進行中の角位置の数に基づいて、現在の角位置の平均角速度を計算する。現在の角位置に基づいて、プロセッサ67は、計算した速度誤差の関数として、データ要素62の1つを更新する(76)。たとえば、現在の角位置Pおよび現在の回転Rに対して、プロセッサ67は、以下の、
DATA[P×R−1]=DATA[P×R−1]+(VREF−VAVG)×C 0<=P<N、0<=R<M
のように、データ要素62を更新してもよく、この場合、DATAは、M×Nデータ要素を有するルックアップテーブルとして直線状に記憶されたデータ要素62を表し、VREFは、モータ基準信号24を表し、VAVGは、計算した平均角速度を表し、Cは、定数を表す。定数Cは、デジタル低域通過フィルタとして用いて、ノイズの影響を低減してもよく、また0.5の典型的な値を有してもよい。
図7は、例示的なデータ要素セット90を示すブロック図である。特に、データ要素90には、M×Nのデータ要素が含まれる。各要素は、ローラ10の角位置および回転に対応する。例示された実施形態において、各要素は、速度誤差データを記憶するが、これらの速度誤差データは、角速度誤差、ローラ10の直径を考慮した線速度誤差、パーセント誤差などとして記憶することができる。たとえば、要素P1は、+1.2004フィート/分(FPM)の線速度誤差を示している。
図8は、別の例示的なデータ要素セット92を示すブロック図である。特に、データ要素セット92は、ローラ速度信号26内の有害な周波数を記述するデータを記憶することによって、速度誤差を位置に関連させる。上記のように、コントローラ4は、ローラ速度信号を周波数成分に分解してもよい。この動作モードにおいて、セット92におけるデータ要素のそれぞれは、ローラ10の位置に関連する周波数、振幅および位相など、一意の有害な周波数を記述するデータを保持する。
回転可能な機械的構成要素の閉ループ制御に関連して説明したが、この技法は、直線的または非直線的経路を通過するように反復的に作動させることが可能な機械的構成要素の適応閉ループ制御を提供するために、容易に適用することが可能である。特に、コントローラは、機械的構成要素の線速度における変動を、経路に沿った位置に関連させるデータ要素セットを生成してもよい。
本発明の様々な実施形態を説明してきた。これらおよび他の実施形態は、特許請求の範囲内にある。
コントローラが適応閉ループ制御を提供し、ローラの速度変動を低減する例示的なシステムを示すブロック図である。 コントローラにおける動作の、高いレベルの概観を示すフローチャートである。 完全な回転におよぶローラに対する、N角位置のマッピングを示すブロック図である。 コントローラが速度変動を低減するように連動されていないときの、ローラの例示的な速度誤差を示すグラフである。 コントローラが速度変動を低減するように連動されていないときの、周波数領域内における、ローラの例示的な速度誤差を示すグラフである。 ローラの1回転にわたる、振幅および位相が変化する有害な周波数をより詳細に示すグラフである。 コントローラが適応的に速度変動を低減するように連動されたときの、周波数領域内における、ローラの例示的な速度誤差を示すグラフである。 コントローラの例示的な実施形態を、より詳細に示すブロック図である。 コントローラの実施形態を示すブロック図である。 コントローラの実施形態を示すブロック図である。 コントローラの実施形態を示すブロック図である。 速度誤差をローラの角位置に関連させるデータ要素を生成しているときの、コントローラのプロセッサにおける動作の例示的な1モードを示すフローチャートである。 例示的なデータ要素セットを示すブロック図である。 別の例示的なデータ要素セットを示すブロック図である。

Claims (48)

  1. 回転可能な機械的構成要素の角速度を表す速度信号を受信することと、
    前記速度信号からデータ要素セットを生成することであって、前記データ要素セットが、前記機械的構成要素の速度変動を、前記機械的構成要素の複数の角位置に関連させる、生成することと、
    前記データ要素セットに基づいて、誤差信号を生成することと、
    前記誤差信号に基づいて、モータ制御信号を調整することと、
    を含む方法。
  2. 前記データ要素セットが、前記角位置における、前記機械的構成要素の角速度誤差データを含む、請求項1に記載の方法。
  3. 誤差信号を生成することが、前記モータ速度信号を前記データ要素と結合し、角速度誤差を前記機械的構成要素の前記角位置の関数として表す前記誤差信号を生じることを含む、請求項2に記載の方法。
  4. データ要素セットを生成することが、前記データ要素セットをルックアップテーブルとして記憶することを含み、前記ルックアップテーブルの前記データ要素が、前記角位置の角速度誤差データを含む、請求項1に記載の方法。
  5. 前記ルックアップテーブルが、N×Mのデータ要素を含み、前記N×Mのデータ要素が、前記機械的構成要素のM回転にわたるN角位置の角速度データを記憶する、請求項4に記載の方法。
  6. モータを連動するようにコントローラから前記モータ制御信号を出力することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
  7. 前記モータ制御信号を調整することが、前記誤差信号を、前記コントローラの閉ループ制御回路に導くことを含む、請求項6に記載の方法。
  8. 前記モータ制御信号を調整することが、前記誤差信号を、モータ基準信号に加えることを含む、請求項1に記載の方法。
  9. 前記モータ基準信号が、モータ速度基準信号と、モータトルク基準信号と、モータ位置基準信号との内の1つを含む、請求項8に記載の方法。
  10. 前記モータ制御信号を調整することが、前記誤差信号を反転することを含む、請求項1に記載の方法。
  11. 前記機械的構成要素の1回転におよぶ前記複数の角位置を定義することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
  12. 前記データ要素を生成することが、前記速度信号を周波数成分に分解することを含む、請求項1に記載の方法。
  13. 前記データ要素が、前記周波数成分の振幅と位相とを表す、請求項12に記載の方法。
  14. 前記周波数成分を含む前記誤差信号を生成することをさらに含む、請求項12に記載の方法。
  15. (a) 前記角位置のサブセットに対して、前記機械的構成要素の角速度を測定することと、
    (b) 前記角位置の前記サブセットにわたって、前記機械的構成要素の平均速度を計算することと、
    (c) 基準角速度から前記平均角速度を減じて、角速度誤差を生じることと、
    (d) 前記機械的構成要素の現在の角位置に基づいて、前記データ要素セット内に前記角速度誤差を記憶することと、
    (e) 前記機械的構成要素における前記角位置のそれぞれに対して、(a)〜(d)を繰り返すことと、
    によって、前記データ要素のそれぞれを更新することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
  16. 回転可能な機械的構成要素の角速度を角位置の関数として表す速度信号を受信することと、
    前記速度信号からデータ要素セットを生成することであって、前記データ要素セットが、前記機械的構成要素の速度変動を、前記機械的構成要素の角位置に関連させる、生成することと、
    前記データ要素セットに基づいて、誤差信号を生成することと、
    前記誤差信号に基づいて、モータ制御信号を調整することと、
    をプロセッサにさせる命令を含む媒体。
  17. 前記データ要素セットが、前記複数の角位置のそれぞれにおける、前記機械的構成要素の角速度誤差データを含む、請求項16に記載の媒体。
  18. 前記モータ速度信号を前記データ要素と結合させ、角速度誤差を前記回転可能な機械的構成要素の前記角位置の関数として表す前記誤差信号を生じることを前記プロセッサにさせる命令をさらに含む、請求項16に記載の媒体。
  19. モータ基準信号と前記誤差信号とに基づいて、前記モータ制御信号を出力することを前記プロセッサにさせる命令をさらに含む、請求項16に記載の媒体。
  20. 前記速度信号を周波数成分に分解することを前記プロセッサにさせる命令をさらに含む、請求項16に記載の媒体。
  21. モータ制御信号に応答して、回転可能な機械的構成要素を駆動するように動作できるモータと、
    前記機械的構成要素の角速度を表す速度信号を生成するセンサと、
    前記速度信号に基づいてデータ要素セットを生成するコントローラであって、前記データ要素セットが、前記機械的構成要素の速度変動を、前記機械的構成要素の複数の角位置に関連させ、さらに、前記コントローラが、前記データ要素セットに基づいて、前記モータ制御信号を調整する、コントローラと、
    を含むシステム。
  22. 前記センサが、位置符号化された速度信号を出力する、請求項21に記載のシステム。
  23. 前記データ要素セットが、前記角位置における、前記機械的構成要素の角速度誤差データを含む、請求項21に記載のシステム。
  24. 前記コントローラが、前記速度信号とモータ速度基準信号とに基づいて、誤差信号を生成し、さらに、前記コントローラが、前記誤差信号をデジタル値に変換し、前記デジタル値を、データ値セットとして媒体に記憶する、請求項21に記載のシステム。
  25. 前記センサが、前記機械的構成要素の軸に取り付けられている、請求項21に記載のシステム。
  26. 前記コントローラが、前記データ要素セットを、ルックアップテーブルとして記憶媒体内に記憶し、前記ルックアップテーブルの前記データ要素が、前記角位置の角速度誤差データを含む、請求項21に記載のシステム。
  27. 前記ルックアップテーブルが、N×Mのデータ要素を含み、前記N×Mのデータ要素が、前記機械的構成要素のM回転にわたるN角位置の角速度データを記憶する、請求項26に記載のシステム。
  28. 前記複数の角位置が、前記機械的構成要素の1回転におよぶ、請求項21に記載のシステム。
  29. 前記コントローラが、前記データ値セットに基づいて、誤差信号を生成する、請求項21に記載のシステム。
  30. 前記コントローラが、前記誤差信号とモータ基準信号とに基づいて前記モータ制御信号を出力するための閉ループ制御回路を含む、請求項29に記載のシステム。
  31. 前記モータ基準信号が、モータ速度基準信号と、モータトルク基準信号と、モータ位置基準信号との内の1つを含む、請求項30に記載のシステム。
  32. 前記コントローラが、前記速度信号を周波数成分に分解する、請求項21に記載のシステム。
  33. 前記データ要素が、前記周波数成分の振幅と位相とを表す、請求項32に記載のシステム。
  34. 前記コントローラが、前記周波数成分を含む誤差信号を生成し、前記誤差信号を、フィードバックとして閉ループ回路に導いて、前記モータ制御信号を調整する、請求項32に記載のシステム。
  35. 前記コントローラが、
    (a) 前記角位置のサブセットに対して、前記機械的構成要素の角速度を測定することと、
    (b) 前記角位置の前記サブセットにわたって、前記機械的構成要素の平均速度を計算することと、
    (c) 基準角速度から前記平均角速度を減じて、角速度誤差を生じることと、
    (d) 前記機械的構成要素の現在の角位置に基づいて、前記データ要素セット内に、前記角速度誤差を記憶することと、
    (e) 前記機械的構成要素における前記角位置のそれぞれに対して、(a)〜(d)を繰り返すことと、
    によって、前記データ要素を更新する、請求項21に記載のシステム。
  36. 前記機械的構成要素が、ローラと、鋳造ホイールと、プーリと、ギヤと、プルローラと、押出機と、ギヤポンプとの内の1つを含む、請求項21に記載のシステム。
  37. モータ制御信号に応答し、経路に沿って機械的構成要素を駆動するように動作できるモータと、
    前記機械的構成要素の線速度を表す速度信号を生成するセンサと、
    前記速度信号に基づいてデータ要素セットを生成するコントローラであって、前記データ要素セットが、前記機械的構成要素の速度変動を、前記機械的構成要素の複数の位置に関連させ、さらに、前記コントローラが、前記データ要素セットに基づいて、前記モータ制御信号を調整するコントローラと、
    を含むシステム。
  38. 前記センサが、位置符号化された速度信号を出力する、請求項37に記載のシステム。
  39. 前記データ要素セットが、前記位置における、前記機械的構成要素の線速度誤差データを含む、請求項37に記載のシステム。
  40. 前記コントローラが、前記速度信号とモータ速度基準信号とに基づいて、誤差信号を生成し、さらに、前記コントローラが、前記誤差信号をデジタル値に変換し、前記デジタル値を、データ値セットとして媒体に記憶する、請求項37に記載のシステム。
  41. 前記コントローラが、前記データ要素セットを、N×Mのデータ要素を有するルックアップテーブルとして、記憶媒体内に記憶し、前記N×Mのデータ要素が、前記機械的構成要素のM回の直線的作動にわたるN位置の速度データを記憶する、請求項37に記載のシステム。
  42. 前記複数の位置が、前記機械的構成要素の1回の直線的作動におよぶ、請求項37に記載のシステム。
  43. 前記コントローラが、前記データ値セットに基づいて、誤差信号を生成する、請求項37に記載のシステム。
  44. 前記コントローラが、前記誤差信号とモータ基準信号とに基づいて前記モータ制御信号を出力するための閉ループ制御回路を含む、請求項43に記載のシステム。
  45. 前記モータ基準信号が、モータ速度基準信号と、モータトルク基準信号と、モータ位置基準信号との内の1つを含む、請求項44に記載のシステム。
  46. 前記コントローラが、前記速度信号を周波数成分に分解する、請求項37に記載のシステム。
  47. 前記データ要素が、前記周波数成分の振幅と位相とを表す、請求項46に記載のシステム。
  48. 前記コントローラが、前記周波数成分を含む誤差信号を生成し、前記誤差信号を、フィードバックとして閉ループ回路に導いて、前記モータ制御信号を調整する、請求項46に記載のシステム。
JP2003579353A 2002-03-19 2003-01-27 閉ループ位相補償コントローラ Expired - Fee Related JP4295119B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10/100,647 US6690989B2 (en) 2002-03-19 2002-03-19 Closed-loop phase compensation controller
PCT/US2003/002237 WO2003081763A1 (en) 2002-03-19 2003-01-27 Closed-loop phase compensation controller

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2005528868A true JP2005528868A (ja) 2005-09-22
JP2005528868A5 JP2005528868A5 (ja) 2006-02-16
JP4295119B2 JP4295119B2 (ja) 2009-07-15

Family

ID=28039863

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003579353A Expired - Fee Related JP4295119B2 (ja) 2002-03-19 2003-01-27 閉ループ位相補償コントローラ

Country Status (8)

Country Link
US (1) US6690989B2 (ja)
EP (1) EP1485986B1 (ja)
JP (1) JP4295119B2 (ja)
KR (1) KR100982093B1 (ja)
AT (1) ATE347191T1 (ja)
AU (1) AU2003207678A1 (ja)
DE (1) DE60310044T2 (ja)
WO (1) WO2003081763A1 (ja)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10147684A1 (de) * 2001-09-27 2003-04-24 Oce Printing Systems Gmbh Verfahren zum Ausgleich eines Getriebespiels bei Reversierbetrieb und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens
EP1473647A1 (en) * 2003-04-28 2004-11-03 Deutsche Börse Ag Portfolio valuation system and method
JP2008515059A (ja) * 2004-09-24 2008-05-08 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー 閉ループ制御システムにおける周波数制御
US7109670B1 (en) * 2005-05-25 2006-09-19 Rockwell Automation Technologies, Inc. Motor drive with velocity-second compensation
US7187142B2 (en) * 2005-05-25 2007-03-06 Rockwell Automation Technologies, Inc. Motor drive with velocity noise filter
EP1857902A1 (en) * 2006-05-18 2007-11-21 Saab Ab Method and device for controlling backlash
JP5317878B2 (ja) * 2009-07-30 2013-10-16 キヤノン株式会社 画像形成装置
WO2016187750A1 (en) * 2015-05-22 2016-12-01 Abb Technology Ltd Device and method of loop processing for an industrial process
EP3664282B1 (de) 2018-12-04 2022-05-25 Siemens Aktiengesellschaft Kompensieren von rastmomenten von synchronmotoren

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4651068A (en) 1984-10-01 1987-03-17 Electro-Craft Corporation Brushless motor control circuitry with optimum current vector control
US5228070A (en) 1988-10-20 1993-07-13 Picker International, Inc. Constant image quality CT scanner with variable radiation flux density
JP2587701B2 (ja) * 1988-12-23 1997-03-05 ファナック株式会社 サーボ系の発振検出及び速度ループゲイン自動調整方式
EP0401383A4 (en) * 1988-12-23 1992-04-01 Fanuc Ltd Methods of detecting oscillation in the servo system and automatically adjusting the speed loop gain
JP3107259B2 (ja) 1992-12-01 2000-11-06 富士ゼロックス株式会社 回転体駆動制御装置
JP3227000B2 (ja) * 1993-01-21 2001-11-12 株式会社日立製作所 モータの速度制御装置
US5646496A (en) * 1994-11-08 1997-07-08 Dana Corporation Apparatus and method for generating digital position signals for a rotatable shaft
US5589746A (en) 1994-11-10 1996-12-31 Seagate Technology, Inc. Brushless motor speed control arrangement having derived common mode supply signal component
JPH10198428A (ja) * 1997-01-10 1998-07-31 Mitsutoyo Corp 移動体装置
DE19734208A1 (de) * 1997-08-07 1999-02-11 Heidenhain Gmbh Dr Johannes Verfahren und Schaltungsanordnung zur Ermittlung optimaler Reglerparamter für eine Drehzahlregelung
JP3297643B2 (ja) * 1997-10-14 2002-07-02 東芝機械株式会社 送り駆動系のサーボ制御方法およびサーボ制御装置
US6219376B1 (en) 1998-02-21 2001-04-17 Topcon Positioning Systems, Inc. Apparatuses and methods of suppressing a narrow-band interference with a compensator and adjustment loops

Also Published As

Publication number Publication date
DE60310044T2 (de) 2007-06-21
EP1485986B1 (en) 2006-11-29
KR100982093B1 (ko) 2010-09-13
DE60310044D1 (de) 2007-01-11
AU2003207678A1 (en) 2003-10-08
KR20040091142A (ko) 2004-10-27
WO2003081763A1 (en) 2003-10-02
JP4295119B2 (ja) 2009-07-15
US20030181999A1 (en) 2003-09-25
ATE347191T1 (de) 2006-12-15
EP1485986A1 (en) 2004-12-15
US6690989B2 (en) 2004-02-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4295119B2 (ja) 閉ループ位相補償コントローラ
US7915849B2 (en) Method and system for low speed control of a video surveillance system motor
US6590358B1 (en) Servocontrol device
US6664752B2 (en) Method and apparatus for correcting actuator positioning error
EP1556706B1 (en) Adaptable spatial notch filter
US6564110B1 (en) Position controlling apparatus capable of reducing the effect of disturbance
JPWO2002039574A1 (ja) サーボ制御方法及びその装置
KR20060127896A (ko) 회전 검출 장치
JP4837724B2 (ja) アクチュエータの速度変動抑制方法
JP4827678B2 (ja) アクチュエータの位置変動抑制方法
US20070282466A1 (en) Frequency Control in Closed Loop Control Systems
US9306483B2 (en) Motor control device
JP4838817B2 (ja) ロストモーション解消制御装置
JP2002175120A (ja) アクチュエータの位置決め誤差補正方法
US6385142B1 (en) Position control device for use in library device and method thereof
CN109286352B (zh) 伺服电动机控制装置
CN112134504A (zh) 进行惯量评价的控制装置以及惯量评价方法
JP2010196729A (ja) チェーン駆動装置
WO2023203616A1 (ja) 張力制御装置および張力制御システム
WO2023100473A1 (ja) アクチュエータ装置、アクチュエータ装置の制御方法、及び移動体
JP2001045780A (ja) モータの速度制御装置
JP2020006411A (ja) サーボプレス装置、及び制御方法
JP2019080482A (ja) トルク制御装置、駆動装置及びアンテナ装置
JPS60500102A (ja) 適応前方帰還サ−ボ装置
JPH04113054A (ja) ベルト伝動機構の制御方法

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20051220

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20051220

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080422

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20080718

A602 Written permission of extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602

Effective date: 20080728

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20081022

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20090310

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20090409

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120417

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4295119

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120417

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130417

Year of fee payment: 4

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130417

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140417

Year of fee payment: 5

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees