(57)【要約】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。
2005528868.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【発明の開示】
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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、
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４Ａ】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。
【図４Ｂ】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。
【図４Ｃ】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。
【図４Ｄ】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。
【図５Ａ】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。
【図５Ｂ】コントローラの実施形態を示すブロック図である。
【図５Ｃ】コントローラの実施形態を示すブロック図である。
【図５Ｄ】コントローラの実施形態を示すブロック図である。
【図６】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。
【図７】例示的なデータ要素セットを示すブロック図である。
【図８】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。
【図１】
2005528868.tif 000003
【図２】
2005528868.tif 000004
【図３】
2005528868.tif 000005
【図４Ａ】
2005528868.tif 000006
【図４Ｂ】
2005528868.tif 000007
【図４Ｃ】
2005528868.tif 000008
【図４Ｄ】
2005528868.tif 000009
【図５Ａ】
2005528868.tif 000010
【図５Ｂ】
2005528868.tif 000011
【図５Ｃ】
2005528868.tif 000012
【図５Ｄ】
2005528868.tif 000013
【図６】
2005528868.tif 000014
【図７】
2005528868.tif 000015
【図８】
2005528868.tif 000016
【国際調査報告】
2005528868.tif 000017
2005528868.tif 000018
2005528868.tif 000019