JP2005528868A - 閉ループ位相補償コントローラ - Google Patents
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Abstract
Description
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。
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。
TR/(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。
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。
Claims (48)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- (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。 - 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
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