JP4144018B2

JP4144018B2 - Torque ripple reduction device

Info

Publication number: JP4144018B2
Application number: JP2000001185A
Authority: JP
Inventors: 健一村田
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2000-01-07
Filing date: 2000-01-07
Publication date: 2008-09-03
Anticipated expiration: 2020-01-07
Also published as: JP2001197765A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械用モータ制御においてトルクリップルを低減する為の調整装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ACサーボモータのトルクに脈動があれば、サーボ性能が低下し、駆動される機械に悪影響を及ぼす。
例えば、工作機械にこのようなサーボを使った場合、トルクの脈動が切削時の面に筋目として現れる。駆動装置側でトルクの脈動を低減する為の方法として、特開平１０−２２９６９０では、サーボモータの回転速度から回転位置を算出する位置検出回路と、回転子が１回転する間のトルクが一定となる電流に対応する信号を回転子の前記回転位置毎に格納したROMとD/A変換器と乗算器とからなるトルク脈動補償回路を設け、サーボモータの回転位置に対応して電流制御部の入力信号を補正する事を特徴とするものであった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術にあるように、回転子が１回転する間のトルクが一定となる電流に対応する信号を回転子の回転位置毎にROMに格納しておいても、回路基板を組んだ場合、伝送遅れなどにより、トルクが一定とならない事がある。また、工作機械に用いられるモータでポール数６個の場合では、切削面に影響を与えるリップルがコギングのみでなく、１回転に１山（エンコーダ取り付け誤差）、４山（電流オフセット調整が十分でない）、８山、２４山（コギングの影響）などの成分が含まれている。従来技術では、モータのコギングにより発生するトルクリップルの問題を低減することのみに使われていた。また、コギング以外の影響で発生するリップルは、回転位置（磁極位置）だけで判断できるものではない。
本発明は、トルクに発生する各トルクリップル成分を除去するための調整装置を提供する事にある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、モータ回転角度に応じてトルク脈動に相当するトルクをトルク指令にフィードバックするサーボモータ駆動装置のトルクリップル低減装置において、トルクリップル量と振動周波数を演算するＦＦＴ解析手段と、演算された振動周波数と速度指令とからモータ１回転あたりの振動数パラメータＢを演算する手段と、位相パラメータαを調整する手段と、振幅パラメータＡを調整する手段と、モータ回転角をθとして補正トルクＴ＝Ａ＊ｓｉｎ（Ｂ＊θ＋α）を前記トルク指令に加算する手段と、を備え、前記位相パラメータαを調整する手段は、初期値として、αを０とし、トルク指令値を FFT 解析し、リップルの大きさを記憶し、αを＋１度ずつ変えて、前回のリップルの大きさと比較し、大きければ、αをさらに＋１度足し、小さければ現在のリップルの大きさと位相をメモリに保存し、αが３６０度になるまで実行し、終了した時にメモリに保存されている位相をパラメータαとし、前記振幅パラメータＡを調整する手段は、パラメータＡに定格トルクの１％の値を設定し、パラメータＡを±０．１％で変化させ、値を変えた時のＦＦＴから得られる振幅が初期値よりも大きくなったら、前回の値と符号を確認してパラメータＡの値を変更することを特徴とするものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。まず、図１に従って、全体の構成について述べる。モータ１は、U相、Ｖ相、Ｗ相の３相ACサーボモータであり、角度センサとしてロータリーエンコーダを持つ。電流制御器２は、モータ１の３相の電流を検出し、電流指令とモータからフィードバックされた電流とを比較して補正を行い電流指令に応じた電流をモータに供給する機能を持つ。トルクフィルタ３は、高周波のリップル成分を除去するものである。速度制御器４はモータ１のエンコーダ信号を差分演算器５に通した後のモータ速度フィードバック信号と速度指令６との差が小さくなるように補正を行うものである。トルク指令値７に出てくるリップル成分を除去する為にモータ角度に同期して、Sin波を生成する。生成された信号をトルク指令にフィードバックして打ち消すものである。Sin波形をモータの角度に同期させて発生させ、トルクにフィードバックさせる装置はこれまでの従来技術にもある。本発明では、トルクリップルの周波数とモータ角度を検出してトルクにフィードバックするまでの時間遅れを考慮して位相を変更する機能とリップルの振幅を小さくする為の振幅の大きさを調整する機能を持っている。トルクリップルを小さくする為のリップル発生器８の内部パラメータを決定する機構１０について説明する。得られた振動周波数と速度指令を使って、図２のステップ１であるパラメータＢの決定方法からリップル発生器のパラメータＢを決定する。次にリップル発生器のパラメータαの決定方法を説明する。初期値として、αを０としておく。トルク指令値をFFT解析してその時のリップルの大きさを記憶しておく。その後、αを＋１度ずつ変えて、前回のリップルの大きさと比較する。大きければ、αをさらに＋１度足し、小さければ現在のリップルの大きさと位相をメモリに保存する。そのように続けていき、αが３６０度になるまで実行する。終了した時にメモリに保存されている位相をパラメータαの位相とする。最後に図２のステップ３であるパラメータAの決定方法を説明する。初期値として、パラメータAに定格トルクの１％の値を設定する。トルクをモニタしておき、パラメータAを±０．１％で変化させる。値を変えた時のFFTから得られる振幅が初期値よりも大きくなったら、前回の値と符号を確認してパラメータAの値を変更する。この繰り返しを行い、切削面に筋目が現れない程度までパラメータAを変える。
【０００６】
【発明の効果】
トルクリップルを除去できる為、工作機械用サーボに適用した場合、切削面に筋目が現れる事はない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関する制御ブロック図
【図２】パラメータ決定フローチャート
【符号の説明】
１モータ
２電流制御器
３トルクフィルタ
４速度制御器
５差分演算器
６速度指令
７トルク指令
８リップル生成器
９ FFT解析手段
１０内部パラメータ決定機構[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an adjusting device for reducing torque ripple in motor control for machine tools.
[0002]
[Prior art]
If there is pulsation in the torque of the AC servo motor, the servo performance will be reduced and the driven machine will be adversely affected.
For example, when such a servo is used in a machine tool, torque pulsations appear as streaks on the cutting surface. As a method for reducing torque pulsation on the drive side, in Japanese Patent Laid-Open No. 10-229690, a position detection circuit that calculates a rotational position from the rotational speed of a servo motor and a constant torque during one rotation of the rotor A torque pulsation compensation circuit comprising a ROM, a D / A converter, and a multiplier that store a signal corresponding to a current corresponding to each rotational position of the rotor is provided, and a current control unit corresponding to the rotational position of the servo motor is provided. It was characterized by correcting the input signal.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
As in the prior art, even if the signal corresponding to the current at which the torque is constant during one rotation of the rotor is stored in the ROM for each rotation position of the rotor, it is transmitted when the circuit board is assembled. Torque may not be constant due to delay. In addition, when the number of poles is 6 in a motor used in a machine tool, the ripple affecting the cutting surface is not only cogging, but also one crest (encoder mounting error) and four crests (current offset adjustment is not enough) ), 8 mountains, 24 mountains (cogging effect). The prior art was only used to reduce the problem of torque ripple caused by motor cogging. In addition, ripples generated by effects other than cogging cannot be determined only by the rotational position (magnetic pole position).
The present invention is to provide an adjusting device for removing each torque ripple component generated in torque.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to an FFT analysis means for calculating a torque ripple amount and a vibration frequency in a torque ripple reduction device of a servo motor driving device that feeds back torque corresponding to torque pulsation to a torque command according to a motor rotation angle . A means for calculating a vibration frequency parameter B per one rotation of the motor from the vibration frequency and speed command, a means for adjusting the phase parameter α, a means for adjusting the amplitude parameter A, and a correction torque T = Means for adding A * sin (B * θ + α) to the torque command, and the means for adjusting the phase parameter α is set to 0 as an initial value, FFT analysis of the torque command value , Memorize the size, change α by +1 degree, and compare with the previous ripple size. For example, the current ripple magnitude and phase are stored in the memory and executed until α reaches 360 degrees. When the processing is completed, the phase stored in the memory is set as the parameter α, and the means for adjusting the amplitude parameter A includes: When A is set to 1% of the rated torque, parameter A is changed by ± 0.1%, and the amplitude obtained from the FFT when the value is changed becomes larger than the initial value, the previous value and sign And the value of the parameter A is changed.
[0005]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, the overall configuration will be described with reference to FIG. The motor 1 is a U-phase, V-phase, and W-phase three-phase AC servomotor, and has a rotary encoder as an angle sensor. The current controller 2 has a function of detecting the three-phase current of the motor 1, comparing the current command with the current fed back from the motor, performing correction, and supplying a current corresponding to the current command to the motor. The torque filter 3 removes a high-frequency ripple component. The speed controller 4 performs correction so that the difference between the motor speed feedback signal after passing the encoder signal of the motor 1 through the difference calculator 5 and the speed command 6 becomes small. In order to remove the ripple component appearing in the torque command value 7, a sine wave is generated in synchronization with the motor angle. The generated signal is fed back to the torque command and canceled. There is also a device in the prior art that generates a Sin waveform in synchronization with the motor angle and feeds it back to the torque. In the present invention, the function of changing the phase in consideration of the time delay until the torque ripple frequency and the motor angle are detected and fed back to the torque, and the function of adjusting the amplitude to reduce the ripple amplitude are provided. have. A mechanism 10 for determining internal parameters of the ripple generator 8 for reducing torque ripple will be described. Using the obtained vibration frequency and speed command, the parameter B of the ripple generator is determined from the parameter B determination method which is step 1 in FIG. Next, a method for determining the parameter α of the ripple generator will be described. As an initial value, α is set to 0. The torque command value is subjected to FFT analysis and the magnitude of the ripple at that time is stored. Then, change α by +1 degree and compare with the previous ripple size. If it is larger, α is further incremented by +1 degree, and if it is smaller, the current ripple magnitude and phase are stored in the memory. Continue so and execute until α reaches 360 degrees. The phase stored in the memory when the processing is completed is set as the phase of the parameter α. Finally, a method for determining parameter A, which is step 3 in FIG. 2, will be described. As an initial value, a value of 1% of the rated torque is set in parameter A. Torque is monitored and parameter A is changed by ± 0.1%. When the amplitude obtained from the FFT when the value is changed becomes larger than the initial value, the previous value and sign are confirmed, and the value of parameter A is changed. This process is repeated, and the parameter A is changed to such an extent that no streak appears on the cut surface.
[0006]
【The invention's effect】
Since torque ripple can be removed, when applied to a servo for machine tools, no streak appears on the cutting surface.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a control block diagram related to the present invention. FIG. 2 is a parameter determination flowchart.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Motor 2 Current controller 3 Torque filter 4 Speed controller 5 Difference calculator 6 Speed command 7 Torque command 8 Ripple generator 9 FFT analysis means 10 Internal parameter determination mechanism

Claims

モータ回転速度に応じてトルク脈動に相当するトルクをトルク指令にフィードバックするサーボモータ駆動装置のトルクリップル低減装置において、トルクリップル量と振動周波数を演算するＦＦＴ解析手段と、演算された振動周波数と速度指令とからモータ１回転あたりの振動数パラメータＢを演算する手段と、位相パラメータαを調整する手段と、振幅パラメータＡを調整する手段と、モータ回転角をθとして補正トルクＴ＝Ａ＊ｓｉｎ（Ｂ＊θ＋α）を前記トルク指令に加算する手段と、を備え、
前記位相パラメータαを調整する手段は、初期値として、αを０とし、トルク指令値を FFT 解析し、リップルの大きさを記憶し、αを＋１度ずつ変えて、前回のリップルの大きさと比較し、大きければ、αをさらに＋１度足し、小さければ現在のリップルの大きさと位相をメモリに保存し、αが３６０度になるまで実行し、終了した時にメモリに保存されている位相をパラメータαとし、
前記振幅パラメータＡを調整する手段は、パラメータＡに定格トルクの１％の値を設定し、パラメータＡを±０．１％で変化させ、値を変えた時のＦＦＴから得られる振幅が初期値よりも大きくなったら、前回の値と符号を確認してパラメータＡの値を変更することを特徴とするサーボモータ駆動装置のトルクリップル低減装置。In a torque ripple reduction device of a servo motor drive device that feeds back torque corresponding to torque pulsation to a torque command according to motor rotation speed, FFT analysis means for calculating torque ripple amount and vibration frequency, and calculated vibration frequency and speed A means for calculating a frequency parameter B per motor rotation from the command, a means for adjusting the phase parameter α, a means for adjusting the amplitude parameter A, and a correction torque T = A * sin ( B * θ + α) is added to the torque command,
The means for adjusting the phase parameter α sets α as 0 as an initial value, performs FFT analysis of the torque command value , stores the magnitude of the ripple, changes α by +1 degree, and compares it with the previous magnitude of the ripple. If it is large, α is further incremented by +1 degree, and if it is small, the current ripple magnitude and phase are stored in the memory, and the process is executed until α reaches 360 degrees. age,
The means for adjusting the amplitude parameter A sets a value of 1% of the rated torque to the parameter A 1, changes the parameter A 1 by ± 0.1%, and the amplitude obtained from the FFT when the value is changed is the initial value A torque ripple reduction device for a servo motor drive device, wherein the value of parameter A is changed after confirming the previous value and sign when the value becomes larger .