JPH04255485A - Method of suppressing torsional vibration in motor speed control system - Google Patents
Method of suppressing torsional vibration in motor speed control systemInfo
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Abstract
Description
【０００１】0001
【産業上の利用分野】本発明は、ねじりバネ系を有する
駆動軸を介して電動機から負荷へ駆動トルクが伝達され
る機構を備えた機械設備において、電動機の回転速度を
制御する駆動制御装置のねじり振動抑制方法に関する。[Industrial Application Field] The present invention relates to a drive control device for controlling the rotational speed of an electric motor in mechanical equipment equipped with a mechanism in which drive torque is transmitted from an electric motor to a load via a drive shaft having a torsion spring system. This invention relates to a method for suppressing torsional vibration.
【０００２】0002
【従来の技術】図４は、一般的な可変速駆動装置の機械
図を示すもので、機械５には、電動機２によりねじり剛
性率Ｋ〔ｋｇｍ／ｒａｄ 〕の駆動軸４を介して回転ト
ルクが伝達されている。2. Description of the Related Art FIG. 4 shows a mechanical diagram of a general variable speed drive system. is being communicated.
【０００３】可変速制御装置１は、電動機２に取り付け
られた速度検出器３により検出した信号を速度帰還信号
として電動機２の速度を制御している。The variable speed control device 1 controls the speed of the electric motor 2 by using a signal detected by a speed detector 3 attached to the electric motor 2 as a speed feedback signal.
【０００４】図５は公知のねじり振動系を含む速度制御
ブロックダイアグラムを示す。同図において、速度制御
器１１は比例ゲインＡを持ち、１０で示す速度指令ＮＲ
ＥＦ（Ｐ．Ｕ）と速度帰還信号ＮＭＦＢ（Ｐ．Ｕ）との
偏差を増幅し、その出力信号は一次遅れ要素１７（τＴ
は電動機トルク制御遅れ時定数）を介してトルク指令
信号ＴＲＥＦ（Ｐ．Ｕ）となっている。なお、速度帰還
信号ＮＭＦＢ（Ｐ．Ｕ）は、電動機の回転速度ＮＭ（Ｐ
．Ｕ）を一次遅れ要素１６（τＦ は速度検出フィルタ
遅れ時定数）を介して生成したものである。
添字の（Ｐ．Ｕ）はパーユニットを表す。FIG. 5 shows a speed control block diagram including a known torsional vibration system. In the figure, a speed controller 11 has a proportional gain A, and a speed command NR indicated by 10
The deviation between EF (P.U) and speed feedback signal NMFB (P.U) is amplified, and the output signal is the first-order lag element 17 (τT
is the torque command signal TREF (P.U) via the electric motor torque control delay time constant). Note that the speed feedback signal NMFB(P.U) is based on the rotational speed NM(P.U) of the electric motor.
．． U) is generated via the first-order delay element 16 (τF is the speed detection filter delay time constant). The subscript (P.U) represents per unit.
【０００５】前記のトルク指令信号ＴＲＥＦ（Ｐ．Ｕ）
に従って電動機トルクＴＭ（Ｐ．Ｕ）が制御される。[0005] The torque command signal TREF (P.U)
The electric motor torque TM (P.U) is controlled accordingly.
【０００６】１２は電動機の機械的時定数τＭ を表す
ブロック、１３はねじり時定数τＶ を表すブロック、
１４は負荷の機械的時定数τＬ を表すブロックである
。12 is a block representing the mechanical time constant τM of the electric motor; 13 is a block representing the torsion time constant τV;
14 is a block representing the mechanical time constant τL of the load.
【０００７】また１５は機械５に掛かる負荷トルクＴＬ
２（Ｐ．Ｕ） 、ＮＬ（Ｐ．Ｕ）は負荷の速度である。15 is the load torque TL applied to the machine 5.
2(P.U), NL(P.U) is the speed of the load.
【０００８】図５のブロックダイアグラムにおいて、入
力にステップ状の速度指令ＮＲＥＦ（Ｐ．Ｕ）を与え、
電動機速度ＮＭ（Ｐ．Ｕ）と負荷速度ＮＬ（Ｐ．Ｕ）が
立ち上がるときに、駆動軸４にねじれが生じると、電動
機と機械と負荷を合わせた機械的な共振周波数にて速度
制御系の過渡的なゲインが異常に上昇することから、図
６に示すように機械設備に有害となる周期的な速度変動
が発生する。In the block diagram of FIG. 5, a step-like speed command NREF (P.U) is given to the input,
If twist occurs in the drive shaft 4 when the motor speed NM (P.U) and load speed NL (P.U) rise, the speed control system will stop at the mechanical resonance frequency of the motor, machine, and load. The abnormal increase in transient gain causes periodic speed fluctuations that are harmful to the mechanical equipment, as shown in FIG.
【０００９】この問題の解決手段として、従来技術では
、機械系の共振点の過渡的なゲインを低減するために、
図７に示すように速度制御器１１の出力側にねじり振動
抑制フィルタ１８を挿入していた。このねじり振動抑制
フィルタ１８の伝達関数は次式で表される。As a means of solving this problem, in the prior art, in order to reduce the transient gain at the resonance point of the mechanical system,
As shown in FIG. 7, a torsional vibration suppression filter 18 was inserted on the output side of the speed controller 11. The transfer function of this torsional vibration suppression filter 18 is expressed by the following equation.
【００１０】0010
【数１】[Math 1]
【００１１】但しωＦ はフィルタによる過渡ゲイン低
減開始角周波数、δＦ はフィルタ特性定数である。##EQU1## where ωF is the angular frequency at which the filter starts reducing the transient gain, and δF is the filter characteristic constant.
【００１２】従来においては、前式に示すフィルタの角
周波数ωＦ とフィルタ特性定数δＦ と速度制御器１
１の比例ゲインＡを設備毎に調整してねじり振動の影響
が小さくなるフィルタ定数を選んでいた。Conventionally, the angular frequency ωF of the filter, the filter characteristic constant δF, and the speed controller 1 shown in the previous equation are
The proportional gain A of 1 was adjusted for each piece of equipment to select a filter constant that would reduce the influence of torsional vibration.
【００１３】[0013]
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来技術で
はフィルタ定数ωＦとδＦ を設備毎に選んで調整する
だけでは、フィルタを入れることによって速度制御系の
速度指令と速度帰還信号との位相遅れ角が更に大きくな
ってしまうことから、速度制御系が不安定となる。この
ため速度制御器の比例ゲインＡを大幅に下げなければな
らない場合が多く、これでは速度制御系の応答性を大幅
に低下させて使用することになり、設備上必要とする速
度制御応答特性が得られないという問題がある。However, in the prior art, it is not possible to simply select and adjust the filter constants ωF and δF for each piece of equipment. becomes even larger, making the speed control system unstable. For this reason, it is often necessary to significantly lower the proportional gain A of the speed controller, which means that the responsiveness of the speed control system is significantly reduced, and the speed control response characteristics required for the equipment are not met. The problem is that you can't get it.
【００１４】そこで本発明は、速度制御系の応答性を低
下させずにねじり振動を抑制する方法を提供することを
目的とする。Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for suppressing torsional vibration without reducing the responsiveness of a speed control system.
【００１５】[0015]
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
、本発明は、ねじりバネ系を有する駆動軸を介して電動
機から負荷へ駆動トルクを伝達する機構を持つ電動機速
度制御系におけるねじり振動抑制方法において、電動機
の速度検出信号について一定周期毎の平均値を演算し、
これにより得られた平均速度と、その平均速度を微分し
た信号に進み時間を乗じた信号とを加算し、得られた信
号を速度帰還信号として速度制御器に入力し、速度指令
信号との偏差を速度制御器により増幅した信号をトルク
指令として、電動機の速度の制御を行うことを特徴とす
る。[Means for Solving the Problems] In order to achieve this object, the present invention provides torsional vibration suppression in an electric motor speed control system having a mechanism for transmitting drive torque from an electric motor to a load via a drive shaft having a torsion spring system. In the method, the average value of the speed detection signal of the motor is calculated for each fixed period,
The average speed thus obtained and a signal obtained by multiplying the signal obtained by differentiating the average speed by the advance time are added, and the obtained signal is input to the speed controller as a speed feedback signal, and the deviation from the speed command signal is A signal amplified by a speed controller is used as a torque command to control the speed of the electric motor.
【００１６】[0016]
【作用】一般的に電動機の速度検出器の信号には、高い
周波数の脈動信号を含んでおり、この速度検出信号を微
分しても電動機速度の変化率に比例する信号を得ること
はできないが、一定周期毎の電動機速度検出器の信号の
平均値を演算することによって、速度信号の脈動値が低
減され、その信号から電動機の速度の変化率を演算する
ことが可能となる。[Operation] Generally, the signal from the motor speed detector includes a high-frequency pulsating signal, and even if this speed detection signal is differentiated, it is not possible to obtain a signal proportional to the rate of change in the motor speed. By calculating the average value of the signal of the motor speed detector every fixed period, the pulsation value of the speed signal is reduced, and it becomes possible to calculate the rate of change in the speed of the motor from the signal.
【００１７】上記の手段によって、速度制御器の出力の
トルク指令信号は、振動に対して電動機速度より進んだ
位相の信号を速度帰還信号とすることにより、信号に遅
れがない電動機速度と同位相の速度信号を帰還した場合
より更に進んだ位相となる。このトルク指令により電動
機の速度を制御することによって、ねじり振動が抑制さ
れ安定した応答が得られる。By using the above means, the torque command signal output from the speed controller is made to be in phase with the motor speed without delay by using a signal whose phase is ahead of the motor speed with respect to vibration as the speed feedback signal. The phase becomes more advanced than when the speed signal of 1 is fed back. By controlling the speed of the electric motor using this torque command, torsional vibration is suppressed and a stable response can be obtained.
【００１８】[0018]
【実施例】以下、本発明の具体的な実施例として、アナ
ログ演算器により構成した速度制御器を有する速度制御
装置のブロックダイアグラムを図１に示す。なお、従来
例を示す図５と同じ構成要素については同じ符号を用い
て説明を省略する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS As a specific embodiment of the present invention, a block diagram of a speed control device having a speed controller constituted by an analog computing unit is shown in FIG. Note that the same reference numerals are used for the same components as in FIG. 5 showing the conventional example, and the description thereof will be omitted.
【００１９】本実施例では、平均速度演算器１９によっ
て電動機駆動軸に取付けた速度検出器３（図４参照）の
信号について一定周期ｔｓ 間の平均値を演算する。In this embodiment, the average speed calculator 19 calculates the average value of the signals from the speed detector 3 (see FIG. 4) attached to the motor drive shaft over a constant period ts.
【００２０】この一定周期毎の平均速度の演算の方法は
、例えば、速度検出器がパルス信号発生器であれば、速
度検出器３より出力されるパルス信号の周期ｔｓ 間の
計数値をｔｓ で割ることによってｔｓ 間のパルスの
平均周波数として、ｔｓ 間の平均速度を求めることが
できる。アナログ式の速度検出発電機の場合は、一定周
期ｔｓ 間で速度検出器の信号をｎ回読み、これらの信
号の合計値の１／ｎをｔｓ 間の平均速度とすることが
できる。For example, if the speed detector is a pulse signal generator, the method of calculating the average speed for each fixed period is to calculate the count value during the period ts of the pulse signal output from the speed detector 3 by ts. By dividing, the average speed during ts can be determined as the average frequency of the pulses during ts. In the case of an analog speed detection generator, the signal of the speed detector is read n times during a fixed period ts, and 1/n of the sum of these signals can be taken as the average speed during ts.
【００２１】平均速度演算器１９の出力信号は、図３に
示すように電動機速度ＮＭ より振動の位相が遅れてい
るが、以下に、この遅れた信号を電動機速度ＮＭ より
振動に対して進んだ位相の速度帰還信号に、速度帰還信
号変換器２０によって変換する方法について説明する。As shown in FIG. 3, the output signal of the average speed calculator 19 has a vibration phase that lags behind the motor speed NM. A method of converting the velocity feedback signal into a phase velocity feedback signal using the velocity feedback signal converter 20 will be described.
【００２２】いま、ｔ＝ｔｎ において、平均速度演算
器によって演算された平均速度信号をＡＶＥ（ＮＭ （
ｎ））とすると、ｔ＝ｔｎ−１ ＝ｔｎ −ｔｓ にお
いて演算された平均速度はＡＶＥ（ＮＭ （ｎ−１））
であるが、この信号はブロック図ではＡＶＥ（ＮＭ ）
とＺ関数Ｚ−１の積として表されている。Now, at t=tn, the average speed signal calculated by the average speed calculator is expressed as AVE(NM (
n)), the average speed calculated at t=tn-1 =tn-ts is AVE(NM (n-1))
However, this signal is AVE(NM) in the block diagram.
It is expressed as the product of and Z function Z-1.
【００２３】速度帰還信号変換器２０は、ｔ＝ｔｎ に
おいて｛ＡＶＥ（ＮＭ （ｎ））−ＡＶＥ（ＮＭ （ｎ
−１））｝／ｔｓ の演算を行って電動機速度の変化率
を求める。The velocity feedback signal converter 20 converts {AVE(NM (n))−AVE(NM (n
-1))}/ts to find the rate of change in motor speed.
【００２４】この変化率に位相進み時間ｔＬ を乗じた
信号｛ＡＶＥ（ＮＭ （ｎ））−ＡＶＥ（ＮＭ （ｎ−
１））｝ （ｔＦ ／ｔｓ ） とＡＶＥ（ＮＭ （ｎ
））を加えることによって、振動に対して電動機速度Ｎ
Ｍ よりも位相を進めた信号を合成し、速度帰還信号Ｎ
ＭＦＢ としてアナログ信号を出力する。The signal {AVE(NM (n))−AVE(NM (n−
1))} (tF /ts ) and AVE(NM (n
)), the motor speed N
Synthesize the signals whose phase is more advanced than M, and generate the speed feedback signal N
Outputs an analog signal as MFB.
【００２５】次に速度制御器１１の動作について説明す
る。Next, the operation of the speed controller 11 will be explained.
【００２６】この速度帰還信号ＮＭＦＢ を速度制御器
１１に入力すると速度制御器１１は、速度指令値ＮＲＥ
Ｆ との偏差を増幅しトルク指令として出力する。When this speed feedback signal NMFB is input to the speed controller 11, the speed controller 11 outputs the speed command value NRE.
The deviation from F is amplified and output as a torque command.
【００２７】そのトルク指令は、電動機速度ＮＭ と同
位相の信号が速度帰還されている場合のトルク指令より
更に位相を進めた指令になっており、このトルク指令に
よって電動機の速度を制御することによってねじり振動
が抑制される。The torque command is a command whose phase is further advanced than the torque command when a signal with the same phase as the motor speed NM is speed feedback, and by controlling the speed of the motor with this torque command, Torsional vibration is suppressed.
【００２８】図３は、アナログ制御系に本発明を適用す
ることにより、電動機速度ＮＭ より振動に対して、位
相を進めた速度帰還信号ＮＭＦＢ を有する速度制御装
置の応答特性を示すものである。FIG. 3 shows the response characteristics of a speed control device having a speed feedback signal NMFB whose phase is advanced with respect to vibrations than the motor speed NM by applying the present invention to an analog control system.
【００２９】次に、ディジタル演算器により構成された
速度制御器を有する速度制御装置への本発明の実施例の
ブロックダイアグラムを図２に示し、図１のアナログ制
御系のブロックダイアグラムとの相違点のみを説明する
。Next, FIG. 2 shows a block diagram of an embodiment of the present invention for a speed control device having a speed controller constituted by a digital arithmetic unit, and points out the differences from the block diagram of the analog control system shown in FIG. Explain only.
【００３０】図２において、一点鎖線で囲まれている平
均速度演算器１９、速度帰還信号変換器２０および速度
制御器１１は一定周期ｔｓ 毎に実行されている。In FIG. 2, the average speed calculator 19, the speed feedback signal converter 20, and the speed controller 11, which are surrounded by a dashed line, are executed every fixed period ts.
【００３１】図１の方式では、速度帰還信号ＮＭＦＢ
がアナログであるのに対し、図２の方式では、ディジタ
ル値にて速度偏差、トルク指令ＴＲＥＦ 等が演算され
る以外は図１のブロックダイアグラムと同様である。In the system of FIG. 1, the speed feedback signal NMFB
is analog, whereas the method shown in FIG. 2 is similar to the block diagram shown in FIG. 1 except that the speed deviation, torque command TREF, etc. are calculated using digital values.
【００３２】[0032]
【発明の効果】以上に述べたように、本発明によれば、
一定周期毎に電動機速度の平均値をとって電動機速度帰
還信号としているので速度検出信号に含まれている脈動
信号を除去することができ、平均値演算による時間遅れ
に対しては、電動機速度帰還信号が電動機速度より振動
に対し進んだ位相となるように進み時間を設定すること
によって、速度制御系の応答を低下させることなく、ね
じり振動を抑制して安定した応答を得ることができる。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention,
Since the average value of the motor speed is taken every fixed period and used as the motor speed feedback signal, it is possible to remove the pulsation signal included in the speed detection signal. By setting the advance time so that the signal has a phase that is more advanced than the motor speed with respect to vibration, torsional vibration can be suppressed and a stable response can be obtained without reducing the response of the speed control system.
【図１】アナログ制御系における本発明の具体的な実施
例を示すブロックダイアグラムである。FIG. 1 is a block diagram showing a specific embodiment of the present invention in an analog control system.
【図２】ディジタル制御系における本発明の具体的な実
施例を示すブロックダイアグラムである。FIG. 2 is a block diagram showing a specific embodiment of the present invention in a digital control system.
【図３】本発明の効果を示す速度制御ステップ応答特性
図である。FIG. 3 is a speed control step response characteristic diagram showing the effects of the present invention.
【図４】公知のねじり振動系を含む可変速制御装置構成
図である。FIG. 4 is a configuration diagram of a variable speed control device including a known torsional vibration system.
【図５】公知のねじり振動系を含む速度制御ブロックダ
イアグラムである。FIG. 5 is a speed control block diagram including a known torsional vibration system.
【図６】ねじり振動の影響を強く受けた場合の速度指令
ステップ応答特性図である。FIG. 6 is a speed command step response characteristic diagram when strongly affected by torsional vibration.
【図７】従来技術のねじり振動抑制フィルタを備えた速
度制御系のブロックダイアグラムである。FIG. 7 is a block diagram of a speed control system equipped with a conventional torsional vibration suppression filter.
１ 可変速制御装置 ２ 電動機 ３ 速度検出器 ４ ねじり剛性要素 ５ 機械 １０ 速度指令 １１ 速度制御器 １９ 平均速度演算器 ２０ 速度帰還信号変換器 1 Variable speed control device 2 Electric motor 3 Speed detector 4 Torsional rigidity element 5 Machine 10 Speed command 11 Speed controller 19 Average speed calculator 20 Speed feedback signal converter
Claims (1)
電動機から負荷へ駆動トルクを伝達する機構を持つ電動
機速度制御系におけるねじり振動抑制方法において、電
動機の速度検出信号について一定周期毎の平均値を演算
し、これにより得られた平均速度と、その平均速度を微
分した信号に進み時間を乗じた信号とを加算し、得られ
た信号を速度帰還信号として速度制御器に入力し、速度
指令信号との偏差を速度制御器により増幅した信号をト
ルク指令として、電動機の速度の制御を行うことを特徴
とする電動機速度制御系におけるねじり振動抑制方法。Claim 1: In a method for suppressing torsional vibration in a motor speed control system having a mechanism for transmitting driving torque from an electric motor to a load via a drive shaft having a torsion spring system, the average value of a speed detection signal of an electric motor at a certain period is provided. The average speed obtained by this is added to the signal obtained by multiplying the signal obtained by differentiating the average speed by the advance time, and the obtained signal is input to the speed controller as a speed feedback signal, and the speed command is A method for suppressing torsional vibration in an electric motor speed control system, characterized in that the speed of an electric motor is controlled using a signal obtained by amplifying the deviation from the signal using a speed controller as a torque command.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3001718A JPH04255485A (en) | 1991-01-10 | 1991-01-10 | Method of suppressing torsional vibration in motor speed control system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3001718A JPH04255485A (en) | 1991-01-10 | 1991-01-10 | Method of suppressing torsional vibration in motor speed control system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04255485A true JPH04255485A (en) | 1992-09-10 |
Family
ID=11509348
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3001718A Pending JPH04255485A (en) | 1991-01-10 | 1991-01-10 | Method of suppressing torsional vibration in motor speed control system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04255485A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103529867A (en) * | 2013-10-18 | 2014-01-22 | 江苏大学 | Graded-response load feedback control system for orchard ditchers and control method |
-
1991
- 1991-01-10 JP JP3001718A patent/JPH04255485A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103529867A (en) * | 2013-10-18 | 2014-01-22 | 江苏大学 | Graded-response load feedback control system for orchard ditchers and control method |
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