(57)【要約】速度制御においては、動特性が変わることなく電流リプル及び速度リプルが減ぜられるべきであり、その際付加のハードウエア費用ができるだけ低く保持されるべきである。そのため、制御信号、特に速度偏差（ev）を少なくとも２つの信号成分（evhi及びevlo）に分割することが行われる。少なくとも２つの信号成分（evhi及びevlo）の各々は、異なる方法で処理される。特に、低い値の成分（evlo）は低域フィルタ（Ｆ）によって平滑化される。出力側に接続された加算器（Sum6）において、異なる処理をされた信号成分は最後に再び別の制御のために加算される。
2007531945.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御信号（ev）を準備するための制御構成要素（Sum1）を有するモータ制御装置において、
・制御信号（ev）を少なくとも２つの信号成分（evlo、evhi）に分割するための信号分割装置（Ｂ、Sum5）と、
・少なくとも２つの信号成分（evlo、evhi）の各々を互いに異なる方法で処理可能な信号処理装置（Ｆ）と、
・異なる処理をされた信号成分を別の処理のために加算するための加算装置（Sum6）と
を有することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
信号成分の一方は信号振幅に関して高いほうの値の信号成分（evhi）であり、信号成分の他方は低い値の信号成分（evlo）であることを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項３】
信号処理装置（Ｆ）は低い値の信号成分（evlo）に対する信号路中に低域フィルタを有することを特徴とする請求項２記載のモータ制御装置。
【請求項４】
信号処理装置（Ｆ）は低い値の信号成分（evlo）に対する信号路中に１つ又は複数の帯域消去フィルタを有することを特徴とする請求項２又は３記載のモータ制御装置。
【請求項５】
位置センサ（Ｇ）及び調整要素の動き検出のための加速度センサを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のモータ制御装置。
【請求項６】
複数の走査値を得るため時間ステップ内で検出すべき量を多重走査するための、及び時間ステップにおける平均走査値を実際量として供給するための走査装置を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のモータ制御装置。
【請求項７】
制御構成要素（Sum1）は差信号（ev）の準備のため実際量（vist）を目標量（vref）から減ずるための減算装置であり、差信号（ev）を分割するための信号分割装置（Ｂ、Sum5）が減算装置に後置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のモータ制御装置。
【請求項８】
制御信号（ev）を準備することによりモータを制御するための方法において、
・制御信号（ev）の少なくとも２つの信号成分（evlo、evhi）への分割、
・少なくとも２つの信号成分（evlo、evhi）の各々の互いに異なる方法での処理、及び
・異なる処理をされた信号成分の別の処理のための加算
を行うことを特徴とするモータの制御方法。
【請求項９】
信号成分（ev）が信号振幅に関して高いほうの値の信号成分（evhi）と低い値の信号成分（evlo）に分割されることを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１０】
低い値の信号成分（evlo）が低域フィルタによってフィルタリングされることを特徴とする請求項９記載の方法。
【請求項１１】
低い値の信号成分（evlo）が１つ又は複数の帯域消去フィルタによってフィルタリングされることを特徴とする請求項９又は１０記載の方法。
【請求項１２】
位置信号（xist）及び加速度信号がそれぞれ実際量として検出されることを特徴とする請求項８〜１１のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１３】
検出すべき量が複数の走査値を得るため時間ステップ内で走査され、時間ステップにおける平均走査値が実際量として供給されることを特徴とする請求項８〜１２のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１４】
制御信号（ev）が実際量（vist）と目標量（vref）との間の差信号であり、この差信号が少なくとも２つの信号成分（evlo、evhi）に分割されることを特徴とする請求項８〜１３のいずれか１つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御信号を準備するための制御構成要素を有するモータ（駆動力を発生するための原動機）制御装置に関する。さらに本発明は対応する制御方法に関する。
【０００２】
駆動装置の速度ないし回転速度制御及びまた位置制御は、しばしば雑音や他の擾乱量によって不利な影響を与えられる。この問題を図１に示されるリニア駆動装置に対する速度制御回路に基づいて詳細に説明する。制御回路に対して目標速度vrefがあらかじめ与えられる。この目標速度vrefから加算器Sum1において実際速度vistが減ぜられ、その結果偏差ないし差信号evを得る。差信号evは増幅率Kpを有する増幅器G1で比例増幅される。その出力側に接続された増幅器G2、積分器I1及び加算器Sum2において、積分時間Tnを有するＩ成分が考慮される。加算器Sum2から結果として生ずる電流ｉは制御対象であるモータＭによってリニア位置ｘに変換される。その際モータＭは増幅器G3及び出力側に接続された２つの積分器a2v及びv2xによってモデル化される。増幅器G3は力定数KFに相応して電流ｉを加速度ａに変換する。この加速度は第１の積分器a2vにおいて速度ｖに変換され、次いで第２の積分器v2xにおいて位置ｘに変換される。
【０００３】
センサＧは位置ｘを検出するが、その際意図しないことに擾乱信号rxが位置信号ｘに加わる。このことは加算器Sum3によって示されている。擾乱信号rxは例えば量子化雑音又はその他の雑音及び他の擾乱量によって生じる。センサＧは従って実際位置信号xistを供給する。
【０００４】
帰還枝路内のセンサ評価部Ａは、実際位置信号xistを実際速度信号vistに変換するのに用いられる。そのため遅延素子D1、加算器Sum4及び増幅器G4によって時間離散的微分が実行される。通常その際ブロックD1、Sum4、G4、vref、Sum1、G1、G2、I1、Sum2は時間離散的に動作し、この際クロックレートは遅延素子D1の遅延時間Ｔと一致する。相応して、実際位置信号xistも連続ではなく、時間離散的にこのクロックレートで検出される。その限りではセンサ評価部Ａは、目下の実際位置と過去の実際位置との係数（ここでは１/Ｔ）で重み付けされた差を形成する。
【０００５】
通常、できるだけ高い動特性を得ようと努力される。即ち、1）速度ｖは目標速度vrefの起り得る変化にできるだけ速やかに従うべきであり、また2）図１においてそこには示されていない加速度ａ中の付加の加算分に相当した目下の突然の外乱力ができるだけ短時間に速度ｖに作用すべきである。できるだけ高い動特性を得るため、調節器Ｒの増幅器G1におけるKp及び増幅器G2における１/Ｔnに対するできるだけ高い値を実現することに努力が払われている。しかしながら実際は、とりわけ擾乱量rxが回転速度実際値vistを変化させるためそれには限界が存在する。即ち、実際の速度ｖが目標値vrefと一致するときでさえ、求められた実際値vistはvrefと相違し、そのことは、高いKpの際過大なモータ電流ｉに導き、その結果として一方では加熱と騒音形成が増し、他方では過大な加速度ａに導き、従ってまたｖが目標値vrefと相違することにも導く。このようにして、vrefが一定の場合においても電流ｉ並びに速度ｖにおいて望ましくない付加の雑音性の交番成分が生じる。電流ｉの場合この交番成分は電流リプルといわれ、速度ｖの場合は速度リプルと呼ばれる。
【０００６】
今や目標は、電流リプル及び速度リプルを与えられた動特性において低減し得るように、ないし逆に制御（Kp及び場合によっては１/Tnを高めることによる）を、同時に電流リプル及び速度リプルを高めることなくより動的にし得るように修正を行うことにある。
【０００７】
図１に示される制御回路の既知の修正は、図２に従えば速度実際値フィルタリングにある。その際速度実際値vistは加算器Sum1に供給される前に低域フィルタTPによって平滑化される。しかしこの解決策の欠点は、達成し得る動特性を低域フィルタTPが制限することである。
【０００８】
電流リプル及び速度リプルを最小化する別の可能性は、擾乱信号rxを減少させることにある。そのためには例えば位置ｘに対するより高い分解能を有するセンサが適している。より高い分解能を有するセンサによって量子化雑音は減ぜられる。しかしながら、より高い分解能を有するセンサの欠点は、コストがさらに高くなることにある。
【０００９】
さらに、擾乱信号rxは例えばオーバサンプリングによって減ずることができ、そのことはローランド、キルヒベルガ（Roland Kirchberger）の報告「高速スピンドルにおける位置及び速度の改善された検出（Verbesserte Erfassung von Lage und Geschwindigkeit an Hochgeschwindigkeitsspindeln）、位置制御セミナ2001、2001年10月26日及び27日、シュトゥットガルト」に記載されたとおりである。しかしながら、ハードウエア費用が高くなること及び速度実際値vistの本当の値ｖに対する遅延がその不都合な点である。
【００１０】
独国特許出願公開第10024394 A1号明細書におけるように付加の加速度センサを使用することによって、擾乱量rxの実際速度vist及び従って電流リプル及び速度リプルへの不利な影響を同様に減ずることができる。しかしながら加速度センサ及びその評価部のための付加の費用がその不都合な点である。
【００１１】
従って本発明の課題は、電流リプル及び速度リプルを制御の動特性を変えることなく減じ、同時にハードウエアの費用をできるだけ低く保つことにある。
【００１２】
本発明に従えばこの課題は、制御信号を準備するための制御構成要素を有するモータ制御装置において、制御信号を少なくとも２つの信号成分に分割するための信号分割装置、２つの信号成分の各々を互いに異なる方法で処理し得る信号処理装置及び異なる処理をされた信号成分を別の処理のために加算するための加算装置を備えることによって解決される。
【００１３】
さらに本発明に従えば、制御信号の準備、制御信号の少なくとも２つの信号成分への分割、２つの信号成分の各々の互いに異なる方法での処理及び異なる処理をされた信号成分の別の処理のための加算を行うことによってモータを制御するための方法が提供される。
【００１４】
制御信号、特に速度偏差を少なくとも２つの成分に分割することによって、これらの成分は異なる調節器に導くことができる。従って、図２に対応する速度実際値フィルタリングによる従来技術に対し、本発明に対応してフィルタリングは全制御偏差に適用されるのではなく、擾乱量に基づきフィルタリングが必要とされる部分にのみ適用されるということに利点がある。
【００１５】
分割された信号成分の一方は信号振幅に関してより高い値を持つ信号成分であり、他方は低い値を持つ信号成分であるのが有利である。このことは、なによりも雑音及び擾乱量によって変化する低い値の信号成分が特別に処理され得るという利点を有する。そして信号処理装置は低い値の信号成分に対する信号路中に低域フィルタを有するのが有利である。それによって高周波の擾乱成分を全信号から除去することができる。
【００１６】
さらに、信号処理装置は低い値の信号成分に対する信号路中に１つ又は複数の帯域消去フィルタを備えることができる。それによって、擾乱により生じる問題の周波数成分を信号から除くことができる。
【００１７】
さらに発展させたモータ制御装置においては、位置センサのほかに調整構成要素の動きを検出するための加速度センサをも設けることができ、その結果対応する実際量を得ることができる。この並行した実際値検出によって、実際速度vistが図１におけるようにではなく例えば独国特許出願公開第10024394 A1号明細書に記載されているようにして確定されることによって、実際速度vist中の擾乱成分が最小化され得る。
【００１８】
本発明に従うモータ制御装置において、ないし対応する方法に対し、さらに、複数の走査値を得るため時間ステップ内の検出すべき量を幾重にも走査するための、及びその時間ステップにおける平均の走査値を実際量として供給するための走査装置を設けることができる。このようにして、走査すべき信号のオーバサンプリングが保証され、擾乱信号rxの相応した削減を達成することができる。
【００１９】
本発明に従うモータ制御装置において設けられる制御構成要素は、実際量を目標量から減じて差信号を準備するための減算装置であり得る。その際差信号の分割のための信号分割装置が減算装置の出力側に接続されている。それに代えて、分割は減算装置の前の帰還枝路において行うこともできる。調節器Ｒへの介入がセンサ評価部Ａへの介入に対し欠点をなさない場合には、この代替策はもとの解決策に対し利点を提供することはない。さもなければ、この解決策は、とりわけvref＝0の場合が関心をひきつけるか又は擾乱信号rxがほぼ量子化雑音によって引き起こされ、vrefがvistの常に可能な量子化段階をとるように配慮される場合には特に有利である。
【００２０】
本発明を添付の図面について詳細に説明する。
【００２１】
以下に詳細に説明する実施例は、本発明の好ましい実施形態である。
【００２２】
図３に示された本発明に従う速度制御は、本質的には既に図１と関連して示された構成要素から成っている。しかしながら、そこに示された調節器Ｒの入力側には非線形の調節器NRが接続されている。その調節器において、高いほうの値のビットと低い値のビットへの分割による二進数の場合とも類似の方法で可能なように、速度偏差evは２つの成分に分割される。本発明の場合、分割によって高いほうの値の成分evhiと低い値の成分evloとがevhi＋evlo＝evでもって生じる。
【００２３】
その際具体的には、低い値の成分evloは擾乱量rxによって生じるまさにその信号レベルにほぼ相応する。高いほうの値の成分に対して図１による従来技術におけると同様のやり方がされ、一方低い値の成分は、例えばａ) あらかじめフィルタリングされるか、ｂ) Ｉ構成要素にのみ導かれる。このことは、擾乱量rxは平均値がないから可能である。ａ) の場合に対しては図３にブロック図で示されている。
【００２４】
加算器Sum1の信号出力は２つの信号路に分割される。信号枝路の一方には制限器Ｂが配置されている。この制限器は信号振幅を所望の飽和関数に相応して制限する。例えば
ev＜−Qに対しては      evlo＝−Q
−Q≦ev≦Qに対しては  evlo＝ev
Q＜evに対しては        evlo＝Q
で、Qは正の定数である。結果として生じる信号evloはもとの信号evの低い値の成分のみを含む。加算器Sum5において信号成分evloがもとの信号evから減ぜられ、それから高いほうの値の信号成分evhiが結果として生じる。例えばモータの負荷変動に起因し従って速度vの実際の変化に相応する高いほうの値の信号成分は、処理されることなく加算器Sum6に導かれる。これに対し低い値の成分evloは、加算器Sum6に導かれる前にフィルタＦにおいてフィルタリングされる。加算器Sum6において両信号成分は再び共通の信号に加算され、調節器Ｒないしその増幅器G1に導かれる。
【００２５】
制限器Ｂは、低い値の成分evloの振幅が擾乱信号rxによって実際速度信号vist中に引き起こされる信号成分にほぼ相応するように配慮する。フィルタについては例えば図２の低域フィルタTPを使用することができる。この場合速度ないし回転速度実際値平滑は、平滑が実際にも必要とされる信号成分に対してのみ有効である。それに代えて又は付加して、フィルタＦ内に調整可能な遮断周波数を有する１つ又は複数の帯域消去フィルタを実装することができ、その遮断周波数は例えば、遮断周波数がセンサのライン周波数の整数倍に相応するように追従され、センサのロータリーセンサは走査すべきラインのあらかじめ定められた数を有する。即ちしばしば速度実際値vistはそのような周波数において著しい擾乱成分を持つ。
【００２６】
原則的に、速度偏差evの信号が２より多い成分に分割され、非線形制御がこれらの成分に個々に実行される可能性も存在する。さらに既に上述のように、雑音ないし擾乱成分を抑制するため位置センサに並列に加速度センサを挿入する可能性も存在する。さらにセンサＧがオーバサンプリングを可能にすることもできる。
【００２７】
非線形制御ステップは、制御Ｒの前に代えてセンサ評価部Ａと加算器Sum1との間においても実際速度信号vistに対し実行することができる。この代替策はたしかに有利さは小さいが、例えば実際速度信号vistのみが自由に利用できる制御回路が存在する場合には考慮に値する。
【００２８】
本発明に従う制御機構は位置制御に対しても用いることができる。この位置制御は通常のように速度信号への変換なしに作り上げることができる。しかしまたそれに代えて、図３の速度制御を利用して実現することもできる。対応するブロック図は図４に示され、その際図３の速度制御回路は破線の長方形GRによって示されている。実際位置信号は位置制御のため加算器Sum7に導かれ、この加算器はこの信号を目標値xrefから減ずる。隣接する増幅器G5は位置差信号を速度目標値vrefに変換する。その際代替的に加算器Sum7の出力と増幅器G5の入力との間に図３の非線形調節器NRの様式の非線形調節器が接続されるようにしてもよい。従って図３の制御回路は速度制御にも位置制御にも用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】従来技術に対応する速度制御回路の説明図である。
【図２】従来技術に対応する速度値フィルタリングを有する速度制御回路の説明図である。
【図３】本発明に対応する信号分割を有する速度制御回路の説明図である。
【図４】本発明に従う位置制御のためのブロック図である。
【符号の説明】
【００３０】
Ａ  センサ評価部
D1  遅延素子
G1、G2、G3、G4、G5  増幅器
Ｇ  センサ
I1、a2v、v2x  積分器
Ｍ  モータ
NR  非線形調節器
Ｒ  調節器
Sum1、Sum2、Sum3、Sum4、Sum5、Sum6、Sum7  加算器
TP  低域フィルタ
ａ  加速度
ev  差信号（速度偏差）
evhi  高いほうの値の信号成分
evlo  低い値の信号成分
rx  擾乱信号
ｖ  速度
vref  目標速度
vist  実際速度
ｘ  位置
xref  目標値
xist  実際位置信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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2007531945.tif 000008
2007531945.tif 000009
2007531945.tif 000010
2007531945.tif 000011
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