(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷（２）が機械的にモータ（６）にばね要素（２８）を介して結合されている被制御駆動装置（３２）を有する負荷機構（２６）における負荷振動を減衰させるための方法において、
モータトルク値を求め、
負荷振動を減衰させるための減衰介入要素（４４）にばねトルク（ＭＦ）を供給する方法であって、
少なくとも１つの角速度実際値（ωＭｉｓｔ）を求め、
モータ慣性モーメント（ＪＭ）を決定し、
前記角速度実際値（ωＭｉｓｔ）と、前記モータ慣性モーメント（ＪＭ）と、前記モータトルク値とから前記ばねトルク（ＭＦ）を算定し、
前記減衰介入要素（４４）が少なくとも２つの減衰器通路（５６１，２）を有し、減衰器通路の少なくとも一方に積分ばねトルク（∫ＭＦ）が供給され、
求められた前記角速度実際値（ωＭｉｓｔ）を前記モータ慣性モーメント（ＪＭ）と乗算してから高域通過フィルタ（９１）に供給することによって第３中間値（ＺＷ３）を決定し、
求められた前記モータトルク値のオフセットなしの積分（９２）によって第４中間値（ＺＷ４）を決定し、
前記積分ばねトルク（∫ＭＦ）を決定するために、前記第３中間値（ＺＷ３）および前記第４中間値（ＺＷ４）を減算器（９３）に供給し、続いて前記積分ばねトルク（∫ＭＦ）を第２減衰器通路（５６２）に供給することによって、両減衰器通路（５６１，２）のうちの少なくとも１つに積分ばねトルク（∫ＭＦ）を供給すること
を特徴とする負荷振動を減衰させるための方法。
【請求項２】
先ずセンサおよび測定システムの少なくとも一方によって少なくとも角度実際値（ΦＭｉｓｔ）を求め、前記角度実際値（ΦＭｉｓｔ）から前記角速度実際値（ωＭｉｓｔ）を求めることを特徴とする請求項１記載の負荷振動を減衰させるための方法。
【請求項３】
前記負荷機構（２６）が、さらに前記被制御駆動装置（３２）に前置接続された電流調節器（３８）を備えたモータモデルを含み、測定された電流と、前記電流調節器（３８）を備えたモータモデルとから前記モータトルク値を決定することを特徴とする請求項１又は２記載の負荷振動を減衰させるための方法。
【請求項４】
前記負荷機構（２６）が、さらに前記被制御駆動装置（３２）に前置接続された電流調節器（３８）を備えたモータモデルを含み、前記角速度実際値（ωＭｉｓｔ）をセンサなしの運転で前記モータモデルから算定することを特徴とする請求項１又は２記載の負荷振動を減衰させるための方法。
【請求項５】
前記角速度実際値（ωＭｉｓｔ）に対する時間（ｔ）による１次微分と、前記モータ慣性モーメント（ＪＭ）との乗算によって、第１中間値（ＺＷ１）を求め、
前記モータトルク値をフィルタ要素に供給して第２中間値（ＺＷ２）を形成し、
前記ばねトルク（ＭＦ）を算定するために、前記第１中間値（ＺＷ１）および前記第２中間値（ＺＷ２）を減算器（８３）に供給することを特徴とする請求項３又は４記載の負荷振動を減衰させるための方法。
【請求項６】
前記ばねトルク（ＭＦ）を減衰介入要素であるＡＰＣシステムに供給することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の負荷振動を減衰させるための方法。
【請求項７】
前記減衰介入要素（４４）が、少なくとも１つの負荷振動を減衰させるための固有周波数（ｆ１，ｆ２）を有する少なくとも１つの減衰周波数（Ｄｆ１，Ｄｆ２）を求めるべく、少なくとも１つの第１減衰器通路（５６１，５６２）によって構成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の負荷振動を減衰させるための方法。
【請求項８】
前記第１減衰器通路（５６１，５６２）が入力側に、少なくとも前記ばねトルク（ＭＦ）を供給される少なくとも１つの第１帯域通過要素（６２１，６２２）を有することを特徴とする請求項７記載の負荷振動を減衰させるための方法。
【請求項９】
負荷（２）が機械的にモータ（６）にばね要素（２８）を介して結合されている被制御駆動装置（３２）を含む負荷機構（２６）において、負荷振動を減衰させるための装置であって、
モータトルク値を求める手段と、負荷振動を減衰させるための減衰介入要素（４４）にばねトルク（ＭＦ）を供給する手段とが設けられており、
少なくとも１つの角速度実際値（ωＭｉｓｔ）を求める手段と、モータ慣性モーメント（ＪＭ）を決定する手段とが設けられており、かつ続いて前記角速度実際値（ωＭｉｓｔ）と前記モータ慣性モーメント（ＪＭ）とモータトルク値とから前記ばねトルク（ＭＦ）を算定する手段が設けられており、
前記減衰介入要素（４４）が少なくとも２つの減衰器通路（５６１，２）を有し、両減衰器通路（５６１，２）のうちの少なくとも１つに積分ばねトルク（∫ＭＦ）が供給可能であって、
前記両減衰器通路（５６１，２）のうちの少なくとも１つに積分ばねトルク（∫ＭＦ）が供給可能であることが、
求められた前記角速度実際値（ωＭｉｓｔ）を前記モータ慣性モーメント（ＪＭ）と乗算してから高域通過フィルタ（９１）に供給することによって決定可能である第３中間値（ＺＷ３）と、求められた前記モータトルク値の積分（９２）によって決定可能である第４中間値（ＺＷ４）と、を減算器（９３）に供給することによって前記積分ばねトルク（∫ＭＦ）が決定可能であり、前記積分ばねトルク（∫ＭＦ）が第２減衰器通路（５６２）に供給可能であることを含むことを特徴とする負荷振動を減衰させるための装置。
【請求項１０】
少なくとも角度実際値（ΦＭｉｓｔ）を求めるためのセンサおよび測定システムの少なくとも一方が設けられており、前記角度実際値（ΦＭｉｓｔ）から前記角速度実際値（ωＭｉｓｔ）が算定可能であることを特徴とする請求項９記載の負荷振動を減衰させるための装置。
【請求項１１】
前記負荷機構（２６）が、モータトルク値を決定するために、さらに前記被制御駆動装置（３２）に前置接続された電流調節器（３８）を備えたモータモデルを含むことを特徴とする請求項９又は１０記載の負荷振動を減衰させるための装置。
【請求項１２】
前記角速度実際値（ωＭｉｓｔ）に対する時間（ｔ）による１次微分と、前記モータ慣性モーメント（ＪＭ）との乗算によって、第１中間値（ＺＷ１）を求める手段と、
前記モータトルク値をフィルタに供給して第２中間値（ＺＷ２）を形成する手段と、
前記第１中間値（ＺＷ１）および前記第２中間値（ＺＷ２）を減算器（８３）に供給することによって前記ばねトルク（ＭＦ）を算定する手段が設けられていることを特徴とする請求項１１記載の負荷振動を減衰させるための装置。
【請求項１３】
ＡＰＣシステムが前記ばねトルク（ＭＦ）を供給するための減衰介入要素として設けられていることを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の負荷振動を減衰させるための装置。
【請求項１４】
前記減衰介入要素（４４）が、少なくとも１つの負荷振動を減衰させるための固有周波数（ｆ１，ｆ２）を有する少なくとも１つの減衰周波数（Ｄｆ１，Ｄｆ２）を求めるために、少なくとも１つの第１減衰器通路（５６１，５６２）によって構成されていることを特徴とする請求項９乃至１３のいずれか１項に記載の負荷振動を減衰させるための装置。
【請求項１５】
前記第１減衰器通路（５６１，５６２）が入力側に、少なくとも前記ばねトルク（ＭＦ）を供給するために、少なくとも１つの第１帯域通過要素（６２１，６２２）を有することを特徴とする請求項１４記載の負荷振動を減衰させるための装置。
【請求項１６】
前記負荷機構（２６）が、さらに前記被制御駆動装置（３２）に前置接続された電流調節器（３８）を備えたモータモデルを含み、前記モータトルク値がセンサなしの運転で前記モータモデルから算定可能であることを特徴とする請求項９乃至１５のいずれか１項に記載の負荷振動を減衰させるための装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷が機械的にモータにばね要素を介して結合されている被制御駆動装置を有する負荷機構における負荷振動を減衰させる方法およびその方法の実施に適した装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
駆動装置のフィードバック制御においては、通常、操作要素、例えば電力変換装置と、モータとからなる被制御駆動装置のシャフト４を介して、負荷２が動作させられる。この種の駆動装置構成が図１に詳しく示されている。別の駆動装置構成が図２に概略的に示されている。この別の駆動装置構成の場合には、負荷２が、伝動装置８を介して、被制御駆動装置のモータ６によって動作させられる。モータ６又は負荷２が直線運動をするか又は回転運動をするかは、また、伝動装置８が回転運動を直線運動に変換するか又はその逆に変換するかは、問題としなくてよい。
【０００３】
図３に主要な固有周波数に関する制御区間のブロック図が示されている。このブロック図において１０は電流調節器、１２は第１積分器、１４は第２積分器、１６は第３積分器、１８は第４積分器、２０は減算器、２２は加算器である。電流調節器１０にはモータトルク目標値Ｍｓｏｌｌが供給される。減算器２０は、電流調節器１０と第１積分器１２との間に配置されている。この第１積分器の出力端に角速度実際値ωＭｉｓｔもしくはモータ回転数実際値が生じ、この値は第２積分器１４に供給される。この第２積分器の出力側には角度実際値ΦＭｉｓｔもしくはモータ位置実際値が生じ、この実際値は加算器２２の第１入力端に供給さている。この加算器２２の反転入力端は、第４積分器の出力端に接続されており、この第４積分器の入力側は第３積分器１６の出力端に結合されている。第３積分器の出力端には負荷回転数実際値ωＬｉｓｔが生じ、それに対して第４積分器１８の出力端には負荷位置実際値ΦＬｉｓｔが生じる。これらの両積分器１２および１４はモータ機構２４を成し、それに対して両積分器１６および１８は負荷機構２６を例示する。モータ機構２４および負荷機構２６はシャフト４もしくは伝動装置８により互いに結合されている。制御技術的には、この機械的結合がばね要素２８によって示されており、そのばね要素２８の比例係数はシャフト４もしくは伝動装置８の弾性に相当する。第４積分器１８の出力端に生じる負荷位置実際値ΦＬｉｓｔは、加算器２２に負帰還入力される。ばね要素２８のばねトルクＭＦが減算器２０に導かれ、この減算器２０にはモータトルク実際値Ｍｉｓｔが入力されている。さらに、ばねトルクＭＦは、他の加算器３０により負荷トルクＭＬに重畳される。
【０００４】
モータおよび負荷の慣性とシャフト４もしくは減速機８の弾性との特定の関係において、モータ６と負荷２との間に、負荷振動とも呼ばれる低周波の振動が発生する。この負荷振動は、しばしば非常に障害となり、制御技術的に抑制困難である。
【０００５】
以下においては、例示のために回転運動に限定して説明するが、その考察は直線運動又は直線／回転混合運動についても同様に当てはまる。
【０００６】
振動を生じる系では、このような負荷振動を減衰させるために、しばしば状態調節器が使用される。しかし、この調節器はしばしば非常に複雑であるので、学術的な制御専門家によってしか適用できない。従って、広範な製品ソリューション、とりわけ運転開始に関する製品ソリューションのために、このような状態調節器は適当でないと思われる。このような自動的な運転開始を拒否する場合、専門家による手動での介入しかできない。状態調節器の運転開始の問題は、複数のフィードバックを同時に調整しなければならないことにある。というのは、これらのフィードバックは相互に影響し合うからである。トルクに対する介入値を発生させる際にも、原則的にこの問題に遭遇する。というのは、回転数調節器がその介入を部分的に再び打ち消して影響を及ぼすからである。これは、モータ回転数調節器を緩慢に設定すれば防止できるであろう。しかし、その際には緩慢な、あまり強力でない調節器で我慢しなければならない。従って良好な外乱特性は殆ど達成できない。専門寄稿論文では、かなり頻繁に「仮想センサ」が宣伝されており、その「仮想センサ」は、その振動を生じる制御区間の可制御モデルを用いて、不足する測定量を調達しなければならない。これらのアプローチは高価であり、制御区間の変更に対してあまり頑強でない。
【０００７】
その他の公知の解決策は、モータ６の角速度目標値への回転数差フィードバックおよび位置差フィードバックを使用する。さらに、上位に置かれたモータ回転数調節器も、角速度目標値を供給し、この角速度目標値が回転数差フィードバックおよび位置差フィードバックに加算される。それにより、調整のむずかしい古典的な状態調節器の構成に似た複雑な構成が得られる。モータ回転数調節器はフィードバック値を部分的に補償することから、モータ回転数調節器の調整は一般に介入作用に強く影響する。
【０００８】
逃げ道は、直接に負荷回転数をモータ回転数調節器なしに調節することであろう。しかし、それも問題である。なぜならば、この場合には制御区間は安定エッジに３つの極を有し、零点は持っておらず、このことは安定な制御を狭い帯域内でしか可能にしない。ここでは指摘するだけであるが、調節器のＩ成分によって安定エッジに１つのさらに別の極が付加される。従って、運転開始は困難である。
【０００９】
現在のところ負荷測定なしに負荷振動を能動的に減衰させる手段は存在しない。負荷振動を能動的に減衰させる手段を使用しない場合には、運動制御によって振動励起を回避しなければならない。これは、運動過程が比較的長く続き、僅かな制御安定性しか得られない結果となる。その際に外乱は、能動的に減衰させられない振動を励起し得る。目標値変更による振動励起を回避するために、確かに目標値フィルタが存在するが、その目標値フィルタは経路設定の全ての量に対して適用されなければならないであろう。従って、負荷モーメント変化／外乱による励起は減衰させられない。
【００１０】
マクロアクチュエータによって弱く減衰させられる固有周波数の能動的な減衰は、例えば特許文献１に記載されて、ＡＰＣ（advanced Position control）という名称により公知である方法によって行われる。しかしながら、少なからぬ場合において、能動的な減衰はできないか、又はできたとしても非常に困難である。
【００１１】
特許文献２から、モータおよび負荷を有する駆動装置における低周波の負荷振動を減衰するための方法および制御構成は公知である。調節器カスケードの分配および振動の減衰は負荷回転数調節器においてやっと行われる。その場合に負荷加速度のための介入点としてモータトルクではなくて、速やかに制御されるモータ回転数調節器のモータ回転数目標値が選択される。
【００１２】
さらに、特許文献３は、負荷が機械的にモータに結合されている被制御駆動装置において低周波の負荷振動を減衰させるための方法を開示している。被制御駆動装置の回転数調節回路の信号から、減衰させられるべき少なくとも１つの低周波の負荷振動の固有周波数を有する固有周波数信号が検出される。さらに、この固有周波数信号は、予め定められた減衰比に依存して増幅され、この増幅された信号は予め定められたモータ回転数目標値に対して負帰還結合される。従って、低周波の負荷振動を減衰させるための方法が得られ、その低周波の負荷振動は、もはや負荷回路の信号に依存しておらず、かつ被制御駆動装置の駆動制御部の積分成分である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】独国特許第１０２４６０９３号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０１３７４９６号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第１０３４０４００号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
従って、本発明の課題は、モータと負荷を有する駆動装置において低周波の負荷振動を減衰させるための可能性を見出すことにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この方法に関する課題は、負荷が機械的にモータにばね要素を介して結合されている被制御駆動装置を有する負荷機構において負荷振動を減衰させるための方法であって、次のステップ、即ち、
少なくとも１つの角速度実際値を求めるステップと、
モータ慣性モーメントを決定するステップと、
モータトルク値、特にモータトルク実際値を求めるステップと、
前記角速度実際値と、前記モータ慣性モーメントと、前記モータトルク、特に前記モータトルク実際値とからばねトルクを算定するステップと、
負荷振動を減衰させるための減衰介入要素に前記ばねトルクを供給するステップと
を有する方法によって解決される。  
【００１６】
装置に関する課題は、負荷が機械的にモータにばね要素を介して結合されている被制御駆動装置を有する負荷機構において負荷振動を減衰させるための装置であって、少なくとも角速度実際値とモータトルク、特にモータトルク実際値とを求める手段と、モータ慣性モーメントを決定する手段とが設けられており、続いて前記角速度実際値と前記モータ慣性モーメントと前記モータトルク値、特に前記モータトルク実際値とからばねトルクを算定する手段と、負荷振動を減衰させるための減衰介入要素にこのばねトルクを供給する手段とが設けられている、負荷振動を減衰させるための装置によって解決される。
【００１７】
特に、この装置は、本発明による方法の実施に適している。
【００１８】
従って、ばねトルクが負荷加速度をもたらす２つの成分の１つであることが認識された。即ち、ばねトルクは、振動をもたらす負荷加速度の成分を含んでいるのに対して、負荷トルクの成分は、通常は振動に関係しない。それによって、ばねトルクは、振動減衰のために使用することができる。入力量としては、モータトルク値、角速度実際値およびモータ慣性モーメントだけが必要であり、これらは、一般的には既知であるか、もしくは算定される量として又は測定量として存在する。  
【００１９】
本発明によって、負荷振動を引き起こす加速度を分離することができる。それによって、その加速度を負荷側での実際値と同じやり方で減衰のために使用することができる。その際に、振動減衰のための既存の基礎設備は、殆ど追加費用なしに利用することができる。
【００２０】
この解決策の利点は、追加の測定装置を作動させなければならないということなしに負荷振動を減衰させることができることである。さらに、この解決策は、他の解決策に比べて安定している。というのは、この解決策は既存の測定量と変化しないモータ慣性モーメントにしかアクセスしないからである。負荷特性（ばね剛性、負荷慣性）は、もはや重要ではない。もちろん、制御区間は固有周波数に影響し、従ってフィードバックゲインの最適調整にも影響するが、しかしこの場合には安定している調整を選ぶことができる。というのは、最適でない調整の場合にも減衰作用が得られたまま残るからである。本発明による方法／装置は、ほんの少しの調整だけで異なった公知の減衰方法の従来構成に組み込むことができ、それによって公知の調整規則を適用することができる。
【００２１】
モータ慣性モーメントは決定されるだけでよいことを留意すべきである。これは、例えば、取扱説明書等におけるデータをチェックすることによっても達成することができる。というのは、多くのモータ製造元がモータ慣性モーメントを示しているからである。
【００２２】
モータトルク値、特にモータトルク実際値は、実際値としてモデルからもたらすことができるし、あるいは目標値であってもよい。後者は、特に調節器が迅速に十分に整定して誤差がそれほど重要でない場合である。事情によっては、モータ回転数実際値の場合にもモータ回転数目標値を使用することができる。
【００２３】
従属請求項には、他の利点を得るために任意に互いに組み合わせ得る他の有利な措置が記載されている。
【００２４】
好ましくは、先ず、センサおよび／又は測定システムによって少なくとも角度実際値の検出が行われ、この角度実際値から前記角速度実際値が求められる。本発明は、公知の方法、例えば振動減衰のためのＡＰＣシステムに有利に適合させることがでる。というのは、これらの公知の方法は負荷側におけるセンサ／測定システムにより動作するからである。このセンサは、角速度目標値に端を発する負荷回転数又は負荷加速度を供給する。振動減衰のための既存の基礎設備に、僅かな追加費用で本発明を組み込むことができる。
【００２５】
前記角速度実際値に対する時間による１次微分と、前記モータ慣性モーメントの付与、特に前記モータ慣性モーメントとの乗算とを適用することによって、第１中間値が求められる。この場合にモータ慣性モーメントは定数であることに留意すべきである。従って、前記角速度実際値に対する時間による１次微分は、前記モータ慣性モーメントとの乗算の後又は前に適用することができる。
【００２６】
好ましい実施形態では、前記負荷機構が、さらに前記被制御駆動装置に前置接続された電流調節器を備えたモータモデルを含み、電流調節器から前記モータトルク値、特に前記モータトルク実際値が決定される。通常は、記モータトルク値、特に前記モータトルク実際値が測定された電流とモータモデルから決定される。これらは、センサなしのモータモデルによっても生成できるので、モータセンサは絶対に必要というわけではない。もちろん、より少なく動的なモデル実際値は、かなり低い周波数のための減衰にのみ使用することができる。
【００２７】
好ましくは、前記モータトルク値、特に前記モータトルク実際値が、第２中間値を形成するために、フィルタリング、特に平滑、即ち平滑機能を有するフィルタに供給される。前記ばねトルクこの場合には平滑されて生成される。というのは、微分のために、ノイズを除去するのに平滑は有意義であるからである。
【００２８】
他の好ましい実施形態では、前記ばねトルクを算定するために、前記第１中間値および前記第２中間値が減算器に供給される。その際に、前記ばねトルクは、前記第２中間値から前記第１中間値を減算することによって生じる。
【００２９】
好ましくは、第１中間値が、微分された角速度実際値とモータ慣性モーメントとの積によって求められ、第２中間値が、前記モータトルク値、特に前記モータトルク実際値によって決定され、第１中間値と第２中間値とが前記ばねトルクを算定するために減算器に供給される。
【００３０】
好ましくは、前記減衰介入要素が少なくとも２つの減衰器通路を有する。この場合に、第２減衰器通路には、実施例として前記ばねモーメントではなくて、回転数、即ち積分ばねモーメントが供給される。これは、第３中間値を決定するために、求められた角速度実際値とモータ慣性モーメントと乗算され、次に高域通過フィルタに供給されることによって達成される。さらに第４中間値を決定するために、求められたモータトルク値、特に求められたモータトルク実際値のオフセットなしの積分が行われる。積分ばねモーメントを決定するために、第３中間値および第４中間値が減算器に供給される。その結果が今や第２減衰器通路に供給される。
【００３１】
好ましくは、前記ばねトルクがＡＰＣシステムに減衰介入要素として供給される。しかし、それはあらゆるその他の減衰システムに供給することができる。
【００３２】
好ましい実施形態では、前記減衰介入要素が、少なくとも１つの負荷振動を減衰させるための固有周波数を有する少なくとも１つの減衰周波数を求めるために少なくとも１つの第１減衰通路によって構成され、特に予め定められた角速度目標値に対する負帰還接続によって構成される。好ましくは、第１減衰通路が入力側に、少なくとも前記ばねトルクを供給される少なくとも１つの第１帯域通過要素を有する。その減衰によってひき起こされ得るさらに別の固有周波数が存在することから、異なる周波数範囲への反作用を回避するために、その減衰が作用すべき周波数領域が帯域通過要素により選択される。即ち、その際には（他の）帯域通過要素がそれ相応の範囲をフィルタ処理で取り除く。他の固有周波数については、場合によっては負荷加速度ではなくて負荷回転数がフィードバックされなければならないことが分かった。
【００３３】
以下において添付図面を参照して説明することにより、本発明の他の特徴事項、特性および利点を明らかにする。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１はモータと負荷を有する第１の駆動装置構成を示す概略図である。
【図２】図２はモータと負荷を有する第２の駆動装置構成を示す概略図である。
【図３】図３は主要な固有周波数のための制御区間を示すブロック図である。
【図４】図４は被制御駆動装置において本発明による方法を実施するための装置を示す第１の機能ブロックである。
【図５】図５は被制御駆動装置において本発明による方法を実施するための装置を示す第２の機能ブロック図である。
【図６】図６は本発明による減衰の一例の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本発明は細部において好ましい実施例によってさらに詳細に図解し説明しているが、本発明は開示された例によって限定されない。これに関する変形は、後続の請求項によって定義されているような本発明の保護範囲を逸脱することなく、当業者によって導き出すことができる。
【００３６】
図４には、モータ６および負荷２を有する被制御駆動装置の駆動制御装置３０が示されており、この駆動制御装置３０の一部が詳細に示されている。市販の駆動制御装置３０は、操作要素３４、例えば電力変換器、特に自励式パルス幅変調形インバータと、フィードバック制御装置３６とを有する。このフィードバック制御装置３６は、例えば電流調節器３８と回転数調節回路４０と位置調節回路４２とからなる。これらの調節回路３８，４０および４２は制御減衰器通路をなしている。
【００３７】
即ち、回転数調節回路４０の上位には位置調節回路４２が設けられ、電流調節器３８を有するモータモデルの上位には回転数調節回路４０が設けられている。調節回路３８および４２は、ここでは詳細な説明はしない。というのは、これらは本発明の理解のためには必要とされないからである。
【００３８】
さらに、この駆動制御装置３０は減衰介入要素４４を有し、この減衰介入要素４４の出力信号は加算器４６により、既に設定された角速度目標値ωＬｓｏｌｌに対して加算される。この角速度目標値ωＬｓｏｌｌは加算器４６の非反転入力端に入力されており、減衰介入要素４４の出力側は加算器４６の反転入力端に接続されている。それによって、減衰介入要素４４の出力信号Ｄｆａｌｌが角速度目標値ωＬｓｏｌｌに対して負帰還結合される。
【００３９】
回転数調節器４０は、入力側に比較器４８を有し、出力側に調節器５０を有する。この調節器５０の入力側は比較器４８の出力端に結合されている。この比較器４８により、制御偏差、ここでは予め定められた角速度目標値ωＭｓｏｌｌからの角速度実際値ωＭｉｓｔの偏差ωｅが決定される。調節器５０により、制御偏差ωｅが零になるように供給される操作量が生成される。従って、角速度ωＭｉｓｔが角速度目標値ωＬｓｏｌｌに追従する。調節器５０の操作量として回転数調節回路４０においてモータトルク目標値Ｍｓｏｌｌが得られ、このモータトルク目標値Ｍｓｏｌｌに、例えば外乱トルクＭＺ、例えばコギングが、加算器５２により重畳される。従って、この加算器５２の出力端には、変更されたモータトルク目標値Ｍ’ｓｏｌｌが生じ、これが、フィルタ５４により、電流調節器３８を有する下位に置かれたモータモデルの入力端に結合されている。
【００４０】
減衰介入要素４４の入力側には、今や本発明に従って、現在のばねトルクＭＦが減衰作用のために供給される。
【００４１】
本発明によれば、ばねトルクＭＦは、負荷加速度をもたらす２つの成分のうちの１つであることが認識された。その際に、ばねトルクＭＦは次式によって生じることが認識された。
・            ＭＦ＝Ｍｉｓｔ−ＪＭ＊（ｄωＭｉｓｔ／ｄｔ）
ただし、ωＭｉｓｔ＝角速度実際値
ＪＭ＝モータ慣性モーメント
Ｍｉｓｔ＝モータトルク実際値
である。
【００４２】
ばねトルクＭＦは、負荷側の加速度をもたらす。同様に負荷加速度ｄωＬｉｓｔ／ｄｔについての関係が認識された。
・          ｄωＬｉｓｔ／ｄｔ＝ＭＦ−ＭＬ
【００４３】
従って、ばねトルクＭＦは、負荷加速度ｄωＬｉｓｔ／ｄｔをもたらす２つの成分のうちの１つである。ばねトルクＭＦは振動をもたらす負荷加速度の成分を含むのに対して、負荷トルク成分ＭＬは通常振動に関係しない。それによって、上記（１）式によるばねトルクＭＦは負荷振動を減衰させるために利用することができる。入力量としては、モータトルク値、特にモータトルク実際値Ｍｉｓｔと、角速度実際値ωＭｉｓｔと、モータ慣性モーメントＪＭだけが必要である。モータ慣性モーメントＪＭは通常既知であり、もしくは算定量又は測定量として存在する。
【００４４】
センサ又は測定システムが角度実際値ΦＭｉｓｔを測定し、その角度実際値ΦＭｉｓｔから角速度実際値ωＭｉｓｔが決定される。即ち、モータ回転数は既知である。モータ回転数は、センサなしのモータモデルによっても生成することができるので、モータセンサが強制的に必要というわけではない。もちろん、僅かに動的なモデル実際値は、相応に低い周波数に対する減衰のためにしか使用することができない。角速度実際値ωＭｉｓｔは、今や、乗算器８０により、モータ慣性モーメントＪＭと乗算される。引き続いて、その乗算結果は、第１中間結果ＺＷ１を形成するべく、時間ｔで微分される（微分器８１）。もちろん、先ず時間ｔで微分してから、次にモータ慣性モーメントＪＭと乗算してもよい。というのは、モータ慣性モーメントは定数であるからである。
【００４５】
さらに、電流調節器３８を有するモータモデルと、測定された電流とから、モータトルク値、特にモータトルク実際値Ｍｉｓｔが決定される。センサなしの運転では角速度実際値ωＭｉｓｔがモータモデルからも決定されるが、しかし通常は測定値に比べて遅れる。しかし、それはモータトルク値、特にモータトルク実際値Ｍｉｓｔには当てはまらず、その値はセンサなしの運転でも殆ど遅れなしに存在する。その値は平滑フィルタ８２、即ち第２中間値ＺＷ２を形成するための平滑関数を有するフィルタに供給される。もちろん、あらゆる他の適切なフィルタも使用することができる。
【００４６】
形成された中間値ＺＷ１およびＺＷ２は、今や減算器８３に供給される。そこで、第１中間値ＺＷ１が第２中間値ＺＷ２から差し引かれ、それによりばねトルクＭＦが形成される。このばねトルクＭＦは、今や減衰介入要素４４に供給される。減衰介入要素４４は、少なくとも１つ又は複数の減衰器通路５６１および５６２からなる。ここでは、出力側で他の加算器６０により互いに結合された２つの減衰器通路５６１および５６２が示されている。
【００４７】
減衰器通路５６１もしくは５６２は入力側に帯域通過要素６２１もしくは６２２を有し、その帯域通過要素６２１もしくは６２２にはフィルタ６４１もしくは６４２が後置接続されている。さらに、減衰器通路５６１もしくは５６２は出力側に増幅器６６１もしくは６６２を有し、その増幅器６６１もしくは６６２の入力側はフィルタ６４１もしくは６４２の出力端に接続されている。さらに、増幅器６６１もしくは６６２は、調整可能な係数要素６８１もしくは６８２に接続されている。２つの通路を有するこの減衰介入要素４４により、低周波の負荷振動の２つの固有周波数ｆ１およびｆ２が減衰させられなければならず、これらの両周波数ｆ１，ｆ２は違うように減衰させられなければならない。というのは、増幅器６６１および６６２にそれぞれ異なる増幅係数Ｋ１およびＫ２が供給されるからである。各増幅器６６１および６６２の出力端には、減衰器通路５６１および５６２の出力信号Ｄｆ１およびＤｆ２が生じる。これらの減衰器通路５６１および５６２の出力信号Ｄｆ１およびＤｆ２は、加算器６０により減衰介入要素４４の出力信号Ｄｆａｌｌに合成される。
【００４８】
被制御駆動装置３２において発生する低周波の負荷振動が測定される。図示の例では、２つの固有周波数ｆ１およびｆ２が低周波の負荷振動から分離される。帯域通過要素６２１もしくは６２２の出力端には、帯域通過フィルタリングされた信号Ｄｆ１ ０もしくはＤｆ２ ０が生じる。運転開始時に、ここでは、発生する低周波の負荷振動の少なくとも固有周波数ｆ１およびｆ２が測定される。これらの測定に基づいて、少なくとも減衰介入要素４４の減衰器通路５６１の帯域通過要素６２１は、負荷振動の固有周波数ｆ１のみが通過させられるように調整される。この帯域通過要素６１1の出力端では、帯域通過フィルタリングされた固有周波数ｆ１を有する信号が得られる。固有周波数ｆ１および減衰の程度に依存して増幅係数Ｋ１が選択される。同様のことが周波数ｆ２にも当てはまる。減衰介入要素４４の出力信号Ｄｆａｌｌの負帰還結合による介入によって、低周波の負荷振動の固有周波数ｆ１，ｆ２が減衰させられる。
【００４９】
この場合に、ばねトルクＭＦは、本発明によれば平滑化されて生成される。微分のために、ノイズを除去するのに平滑は有意義である。１つの帯域通過要素６２１,２により、異なった周波数範囲へのフィードバックを回避するために、減衰が作用しなければならない周波数範囲が選択される。というのは、例えば減衰によってひき起こされ得るなおも別の固有周波数が存在しているからである。本発明は、図６に示されているように、成功裡に確かめられた。
【００５０】
図５は他の実施例を示す。ここでも、減衰介入要素４４は２つの減衰器通路５６１，２により構成されている。第２減衰器通路５６２には、ここでは、上述のようにして算定されたばねトルクＭＦではなくて、回転数∫ＭＦが供給されるとよい。これは、第３中間値ＺＷ３を決定するために、求められた角速度実際値ωＭｉｓｔがモータ慣性モーメントＪＭと乗算され、次に高域通過フィルタ９１に供給される。さらに、第４中間値ＺＷ４を決定するために、求められたモータトルク値、特に求められたモータトルク実際値Ｍｉｓｔのオフセットなしに積分される。それから、積分ばねトルク∫ＭＦを決定するために、第３中間値ＺＷ３および第４中間値ＺＷ４が減算器９３に供給される。決定された積分ばねトルク∫ＭＦは第２減衰器通路４４に供給される。
【００５１】
従って、この場合に、第２減衰器通路は、ばねトルクＭＦ（＝加速度）ではなくて、回転数を、従って後続接続された高域通過をともなうばねトルクＭＦの積分を使用する。微分器および積分器は互いに打ち消し合うので、その構成を新たに作図して微分の際の平滑を省略することができる。
【００５２】
図６は３質量振動系を有する図４のシミュレーションの結果を示し、低周波の固有周波数がこの方法により減衰させられる。最初に１０ｌ／ｓへの回転数目標値跳躍が行われ、０．３ｓにおいて２Ｎｍなる負荷トルクが跳躍的に投入される。ここでは、角速度実際値ωＭｉｓｔが番号１００を有し、角速度目標値ωＭｓｏｌｌが番号１０１を有し、信号Ｄｆａｌｌ、即ち減衰演算値がここでは番号１０２を有し、負荷トルクＭＬが番号１０３を有し、モータトルク実際値Ｍｉｓｔが番号１０４を有し、そして（実際の）ばねトルクＭＦが１０５として示される。このシミュレーションにおいて、固有振動成分は固有減衰を全く持たない。調節器は、制御特性においても負荷特性においても良好に減衰させる。その減衰は、制御区間の固有周波数が変化する場合にも設定変更なしに有効である。
【００５３】
この本発明の利点は、追加の測定装置を作動させなければならないということなしに、負荷振動を減衰させることができるところにある。さらに、この解決法は、例えば他の解決法に比べて頑強である。というのは、この解決法は、既存の測定量および不変のモータ慣性モーメントＪＭだけを呼び出せばよいからである。負荷特性（ばね剛性、負荷慣性）はもはや重要ではない。もちろん制御区間は固有周波数に影響し、従ってフィードバック増幅度および帯域通過要素の最適調整に影響するが、しかし安定した調整を選択することができる。というのは、最適でない調整の場合にも、たとえ完全に強力ではないものの減衰作用が得られたまま残るからである。本発明は、特にＡＰＣシステムと接続して使用でき、またその他のどのシステムにも使用できる。
【符号の説明】
【００５４】
２          負荷
４          シャフト
６          モータ
８          伝動装置
１０        電流調節器
１２        第１積分器
１４        第２積分器
１６        第３積分器
１８        第４積分器
２０        減算器
２２        加算器
２４        モータ機構
２６        負荷機構
２８        ばね要素
３０        他の加算器
３２        被制御駆動装置
３４        操作要素
３６        フィードバック制御装置
３８        電流調節器
４０        回転数調節回路
４２        位置調節回路
４４        減衰介入要素
４６        加算器
４８        比較器
５０        調節器
５２        加算器
５４        フィルタ
５６１，２    減衰器通路
６０        加算器
６４１，２    帯域通過要素
６４１，２    フィルタ
６６１，２    増幅器
６８１，２    調整可能な係数
８０        乗算器
８１        微分器
８２        平滑フィルタ
８３        減算器
９１        高域通過フィルタ
９３        減算器
Ｄｆ１        減衰器通路の出力信号
Ｄｆ２        減衰器通路の出力信号
Ｄｆ１−０      帯域通過フィルタ信号
Ｄｆ２−０      帯域通過フィルタ信号
Ｄｆａｌｌ      減衰介入要素の出力信号
ｆ１          固有周波数
ｆ２          固有周波数
ＪＭ          モータ慣性モーメント
ＭＦ          ばねトルク
ＭＬ          負荷トルク
Ｍｉｓｔ        モータトルク実際値
Ｍｓｏｌｌ      モータトルク目標値
∫ＭＦ        積分ばねトルク
ΦＭｉｓｔ      角度実際値
ωｅ          制御偏差
ωＬｉｓｔ      負荷回転数実際値
ωＬｓｏｌｌ      角速度目標値
ωＭｉｓｔ      角速度実際値
ＺＷ１        第１中間値
ＺＷ２        第２中間値
ＺＷ３        第３中間値
ＺＷ４        第４中間値
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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