(57)【要約】【課題】ＰＬＬ制御のゲイン切替えにおいて、切替時のショックをなくし高剛性で安定した高精度回転速度制御方法を提供する。【解決手段】電動機速度制御装置の制御ゲイン切替え方法において、一定速度領域において前記第１ＰＬＬ制御ループを適用する場合に引込み時における比例制御器の比例ゲイン1およびＰＬＬロック時における比例制御器の比例ゲイン２をそれぞれ持ち、ＰＬＬロック完了に伴い比例制御器の比例ゲインを比例ゲイン１から比例ゲイン２へローパスフィルタを用いて連続的に変化させるものである。【選択図】    図１
2005151713.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
速度指令発生器と基準指令クロック発生器と位相比較器と比例制御器と位相進み遅れ補償制御器とローパスフィルタとパルス変換器から成る第１ＰＬＬ制御ループと電動機とエンコーダを備えた電動機速度制御装置の制御ゲイン切替え方法において、
一定速度領域において前記第１ＰＬＬ制御ループを適用する場合に引込み時における比例制御器の比例ゲイン1およびＰＬＬロック時における比例制御器の比例ゲイン２を予め設定し、ＰＬＬロック完了に伴い比例制御器の比例ゲインを比例ゲイン１から比例ゲイン２へローパスフィルタを用いて連続的に変化させることを特徴とする電動機速度制御装置の制御ゲイン切替え方法。
【請求項２】
前記一定速度領域において前記第１ＰＬＬ制御ループを適用する場合に引込み時における位相進み遅れ補償制御器の位相進み遅れ補償ゲイン1およびＰＬＬロック時における位相進み遅れ補償制御器の位相進み遅れ補償ゲイン２を予め設定し、ＰＬＬロック完了に伴い位相進み遅れ補償制御器の位相進み遅れ補償ゲインを位相進み遅れ補償ゲイン１から位相進み遅れ補償ゲイン２へローパスフィルタを用いて連続的に変化させることを特徴とする請求項１記載の電動機速度制御装置の制御ゲイン切替え方法。
【請求項３】
前記一定速度領域において前記第１ＰＬＬ制御ループを適用する場合に引込み時における比例制御器の比例ゲイン1、位相進み遅れ補償制御器の位相進み遅れ補償ゲイン1およびＰＬＬロック時における比例制御器の比例ゲイン２、位相進み遅れ補償制御器の位相進み遅れ補償ゲイン２を予め設定し、ＰＬＬロック完了に伴い比例制御器の比例ゲインを比例ゲイン１から比例ゲイン２へローパスフィルタを用いて連続的に変化させると同時に位相進み遅れ補償ゲインを位相進み遅れ補償ゲイン１から位相進み遅れ補償ゲイン２へローパスフィルタを用いて連続的に変化させることを特徴とする請求項１記載の電動機速度制御装置の制御ゲイン切替え方法。
【請求項４】
前記制御ゲイン切替え方法では、一定速度領域において前記第１ＰＬＬ制御ループを適用する場合に引込み時における比例制御器の比例ゲイン1、位相進み遅れ補償制御器の位相進み遅れ補償ゲイン1およびＰＬＬロック時における比例制御器の比例ゲイン２、位相進み遅れ補償制御器の位相進み遅れ補償ゲイン２を予め設定し、ＰＬＬロック完了に伴い比例制御器の比例ゲインを比例ゲイン１から比例ゲイン２へ、位相進み遅れ補償制御器の位相進み遅れ補償ゲインを位相進み遅れ補償ゲイン１から位相進み遅れ補償ゲイン２へ移動平均による直線補間を用いて連続的に変化させることを特徴とする請求項１に記載の電動機速度制御装置の制御ゲイン切替え方法。
【請求項５】
速度指令発生器と基準指令クロック発生器と位相比較器と比例制御器とＰＤ制御器とローパスフィルタとパルス変換器から成る第２ＰＬＬ制御ループと電動機とエンコーダを備えた電動機速度制御装置の制御ゲイン切替え方法において、
一定速度領域において前記第２ＰＬＬ制御ループを適用する場合に引込み時における比例制御器の比例ゲイン1およびＰＬＬロック時における比例制御器の比例ゲイン２を予め設定し、ＰＬＬロック完了に伴い比例制御器の比例ゲインを比例ゲイン１から比例ゲイン２へローパスフィルタを用いて連続的に変化させることを特徴とする電動機速度制御装置の制御ゲイン切替え方法。
【請求項６】
前記一定速度領域において前記第２ＰＬＬ制御ループを適用する場合に引込み時におけるＰＤ御器の微分ゲイン1およびＰＬＬロック時におけるＰＤ制御器の微分ゲイン２を予め設定し、ＰＬＬロック完了に伴いＰＤ制御器の微分ゲインを微分ゲイン１から微分ゲイン２へローパスフィルタを用いて連続的に変化させることを特徴とする請求項５記載の電動機速度制御装置の制御ゲイン切替え方法。
【請求項７】
前記一定速度領域において前記第２ＰＬＬ制御ループを適用する場合に引込み時における比例制御器の比例ゲイン1、ＰＤ制御器の微分ゲイン1およびＰＬＬロック時における比例制御器の比例ゲイン２、ＰＤ制御器の微分ゲイン２を予め設定し、ＰＬＬロック完了に伴い比例制御器の比例ゲインを比例ゲイン１から比例ゲイン２へローパスフィルタを用いて連続的に変化させると同時にＰＤ制御器の微分ゲインを微分ゲイン１から微分ゲイン２へローパスフィルタを用いて連続的に変化させることを特徴とする請求項５記載の電動機速度制御装置の制御ゲイン切替え方法。
【請求項８】
前記一定速度領域において前記第２ＰＬＬ制御ループを適用する場合に引込み時における比例制御器の比例ゲイン1、ＰＤ制御器の微分ゲイン1およびＰＬＬロック時における比例制御器の比例ゲイン２、ＰＤ制御器の微分ゲイン２を予め設定し、ＰＬＬロック完了に伴い比例制御器の比例ゲインを比例ゲイン１から比例ゲイン２へ、ＰＤ制御器の微分ゲインを微分ゲイン１から微分ゲイン２へ移動平均による直線補間を用いて連続的に変化させることを特徴とする請求項５に記載の電動機速度制御装置の制御ゲイン切替え方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高剛性で安定かつ高精度なＰＬＬ（Phase Locked Loop：以下ＰＬＬという）回転速度制御を行う電動機速度制御装置の制御ゲイン切替え方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高精度な回転速度制御を実現するために速度制御ループとＰＬＬ制御ループを用い、目標速度への素早い引込みやロック時の安定性を以下のようにゲイン切替えやフィルタ効果で実現している。
ＰＬＬ制御では、引込み時のゲインおよびロック時のゲインを持ち、これらを切替えることによって目標速度への素早い引込みと高精度な回転速度制御を実現している（特願2003-172059）。加速度領域では、速度制御ループを適用し、電動機速度があらかじめ変更可能なパラメータで設定されている切替え速度範囲内に到達した後、一定速度領域とみなしＰＬＬ制御ループを適用するようになっており、図７あるいは図８に示す引込み用の比例ゲイン、位相進み遅れ補償ゲインあるいは微分ゲインにて引込み動作を行い、ＰＬＬロック完了とともにこれらのゲインをＰＬＬロック時用ゲインに切替えることによって、目標速度への引込みを素早く行っている（特願2003-172059）。
また、速度範囲や制御の安定性から判断してあらかじめ設定されたゲインに設定するものもある（例えば、特許文献１参照）。
また、デジタルフィルタを用いてロック時のフィルタ特性を変化させ係数を切替えることでロック時の連続性を保つようにしているものもある（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平5-168270号公報
【特許文献２】特開平6-319283号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来のゲイン切替え方法では、ゲインがステップ状に変化するため切替えゲイン間の差が大きい場合には切替え時のショックにより系が不安定となりロックが解除される場合が発生するためにロック時の剛性を上げられないという問題があった。
本発明はこのような様々な問題点に鑑みてなされたものであり、ＰＬＬ制御のロック完了とともに引込み時用ゲインからロック時用ゲインへローパスフィルタや移動平均による直線補間を用いて連続的に変化させることによって切替時のショックをなくす。あらかじめ設定されているそれぞれのゲインに対し、フィルタを用いている。このようにして、高剛性で安定した高精度回転速度制御を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記問題を解決するため、本発明は、一定速度領域においてＰＬＬ制御を行なう場合に引込み時用ゲインを使用して目標速度への素早い引込みを行った後、ロック完了とともにゲインをロック時用に切り換えるが、この時ゲインを引込み時用からロック時用へローパスフィルタや移動平均による直線補間を用いて連続的に変化させることによって切替え時のショックを抑え高剛性で安定かつ高精度な回転速度制御を実現させることを特徴とするものである。
ＰＬＬ制御では引込み中は図１の制御ブロックに示す位相進み遅れ補償制御器のゲインあるいは図２の制御ブロックに示すＰＤ制御器の微分ゲインを高めに設定することにより目標速度への引込みを素早く行う。この場合、比例ゲインは低めに設定しておく必要がある。ロック中は剛性を上げるために比例ゲインを高く設定する必要がある。この場合、外乱に反応しやすく速度リップル等に影響を与える位相進み遅れ補償制御器のゲインあるいはＰＤ制御器の微分ゲインは低めに設定する必要がある。
これらの考えから、以下のように行う。
あらかじめ変更可能なパラメータにより引込み時用の比例ゲイン、位相進み遅れ補償ゲインあるいは微分ゲインおよびロック時用の比例ゲイン、位相進み遅れ補償ゲインあるいは微分ゲインの設定を行っておく。
ＰＬＬ制御を開始し、引込み時用ゲインを使用して引込み動作を行う。ＰＬＬロック完了とともに各ゲインをロック時用に切替える。このとき各ゲインを初期値引込み時用ゲインから最終値ロック時用ゲインとなるようにローパスフィルタや移動平均による直線補間を用いて連続的に切替える。
これらのゲイン切替えについては、比例ゲインのみを連続的に切替える、位相進み遅れ補償ゲインあるいは微分ゲインのみを連続的に切替える、および比例ゲイン、位相進み遅れ補償ゲインあるいは微分ゲインのどちらも連続的に切替えるのいずれの選択も可能なようにしておく。
このような制御ゲイン切替えにより切替え時のショックを抑え高剛性で安定かつ高精度な回転速度制御が可能となる。
【発明の効果】
【０００５】
本発明の方法によれば、電動機をＰＬＬ制御にて一定回転制御を行う場合において、ＰＬＬロック完了時に切替時のショックがなくなり高剛性で安定した高精度回転速度制御が実現できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の方法の具体的実施例について、図に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００７】
図１は、本発明の方法を実施する第１実施例としての電動機速度制御装置のブロック図である。電動機５を回転制御するための速度指令を与える速度指令発生器３とＰＬＬ制御を行う第1ＰＬＬ制御ループ１と前記第1ＰＬＬ制御ループから出力される電流指令をパワーに変換して前記電動機へ与えるパワー変換器４と前記電動機回転情報を出力するエンコーダ６を有している。前記第１ＰＬＬ制御ループ１は、前記速度指令発生器３からの速度指令に応じて基準指令となるクロックを発生させる基準指令クロック発生器１１と前記基準指令クロック発生器１１から出力される時間カウンタと前記エンコーダ６からの信号をパルスに変換するパルス変換器１６より得られる時間カウンタの差を算出する位相比較器１２と前記位相比較器１２の出力を比例制御する比例制御器１３と前記比例制御器１３の出力に対し位相進み遅れ分の補償を行う位相進み遅れ補償制御器１４と前記位相進み遅れ補償制御器１４の出力に対しフィルタ処理を行い電流指令を算出するローパスフィルタ１５を有する。
【０００８】
図３は第1実施例の制御ゲイン切替えシーケンスのフローチャートを示す。一定速度領域にて制御モードを第１ＰＬＬ制御ループとする（ステップＳ１）。
この時、前記比例制御器の比例ゲインあるいは前記位相進み遅れ補償制御器の位相進み遅れ補償ゲインをあらかじめパラメータで設定してある引込み時用ゲインへ切替える（ステップＳ２）。引込み用設定で目標速度への素早い引込みが行われる。ＰＬＬロックが完了したか否かを判断する。この判断方法としては、具体的には位相比較器の出力結果である時間カウンタの差と予め設定された設定値を比較し、設定値より小さい場合に許容値以内に入ったものと判断する。（ステップＳ３）。ＰＬＬロックが完了と判断した場合は、前記比例制御器の比例ゲインあるいは前記位相進み遅れ補償制御器の位相進み遅れ補償ゲインをあらかじめパラメータで設定してあるロック時用ゲインへ切替える。このとき切替えをスムーズに行うために引込み時用ゲインからロック時用ゲインへローパスフィルタを用いて連続的に変化させる。（ステップＳ４）。
【０００９】
図５は第1実施例の制御ゲイン切替えのブロック図を示す。
前記比例制御器の引込み時用比例ゲインを比例ゲイン１、ロック時用比例ゲインを比例ゲイン２とすると切替え時の比例ゲインは、
比例ゲイン＝比例ゲイン1＋ＬＰＦ（比例ゲイン２−比例ゲイン１）とする。
前記ＬＰＦ（比例ゲイン２−比例ゲイン１）は、（比例ゲイン２−比例ゲイン１）のローパスフィルタの出力を表す（図５（a））。
前記位相進み遅れ補償御器の引込み時用位相進み遅れ補償ゲインを位相進み遅れ補償ゲイン１、ロック時用位相進み遅れ補償ゲインを位相進み遅れ補償ゲイン２とすると切替え時の位相進み遅れ補償ゲインは、
位相進み遅れ補償ゲイン＝位相進み遅れ補償ゲイン1−ＬＰＦ（位相進み遅れ補償ゲイン１−位相進み遅れ補償ゲイン２）とする。
前記ＬＰＦ（位相進み遅れ補償ゲイン１−位相進み遅れ補償ゲイン２）は、（位相進み遅れ補償ゲイン１−位相進み遅れ補償ゲイン２）のローパスフィルタの出力を表す（図５（b））。
これらのゲイン切替えは、あらかじめ設定可能なパラメータで比例ゲインのみローパスフィルタをかける場合、位相進み遅れ補償ゲインのみローパスフィルタをかける場合および両方ともローパスフィルタをかける場合の選択ができるようにしておくことにより、図５に示すフィルタ有り／無しのスイッチとして働く。また、このローパスフィルタの部分は移動平均による直線補間でも良い。
こうしてスムーズな切替えが行われ高剛性で安定かつ高精度な回転速度制御状態となる。
【実施例２】
【００１０】
図２は本発明の方法を実施する第２実施例としての電動機速度制御装置のブロック図である。第２ＰＬＬ制御ループ２は、前記速度指令発生器からの速度指令に応じて基準指令となるクロックを発生させる基準指令クロック発生器２１と前記基準指令発生器から出力される時間カウンタと前記エンコーダからの信号をパルスに変換するパルス変換器２６より得られる時間カウンタの差を算出する位相比較器２２と前記位相比較器の出力を比例制御する比例制御器２３と前記比例制御器の出力に対し比例微分制御を行うＰＤ制御器２４と前記ＰＤ制御器の出力に対しフィルタ処理を行い電流指令を算出するローパスフィルタ２５を有する。
図２は図１の位相進み遅れ補償制御器１４をＰＤ制御器２４に置き換えたものであり、それ以外の部分はすべて同じである。
【００１１】
図４は第２実施例の制御ゲイン切替えシーケンスのフローチャートを示す。一定速度領域にて制御モードを第２ＰＬＬ制御ループ（ステップＳ５）とする。
この時、前記比例制御器の比例ゲインあるいは前記ＰＤ制御器の微分ゲインをあらかじめパラメータで設定してある引込み時用ゲインへ切替える（ステップＳ６）。引込み用設定で目標速度への素早い引込みが行われる。ＰＬＬロックが完了したか否かを判断する（ステップＳ７）。ＰＬＬロックが完了するとともに前記比例制御器の比例ゲインあるいは前記ＰＤ制御器の微分ゲインをあらかじめパラメータで設定してあるロック時用ゲインへ切替える。このとき切替えをスムーズに行うために引込み時用ゲインからロック時用ゲインへローパスフィルタを用いて連続的に変化させる（ステップＳ８）。
【００１２】
図６は第２実施例の制御ゲイン切替えのブロック図を示す。
前記比例制御器の引込み時用比例ゲインを比例ゲイン１、ロック時用比例ゲインを比例ゲイン２とすると切替え時の比例ゲインは、
比例ゲイン＝比例ゲイン1＋ＬＰＦ（比例ゲイン２−比例ゲイン１）とする。
前記ＬＰＦ（比例ゲイン２−比例ゲイン１）は、（比例ゲイン２−比例ゲイン１）のローパスフィルタの出力を表す（図６（a））。
前記ＰＤ制御器の引込み時用微分ゲインを微分ゲイン１、ロック時用微分ゲインを微分ゲイン２とすると切替え時の微分ゲインは、
微分ゲイン＝微分ゲイン1−ＬＰＦ（微分ゲイン１−微分ゲイン２）とする。
前記ＬＰＦ（微分ゲイン１−微分ゲイン２）は、（微分ゲイン１−微分ゲイン２）のローパスフィルタの出力を表す（図６（b））。
こうしてスムーズな切替えが行われ高剛性で安定かつ高精度な回転速度制御状態となる。
これらのゲイン切替えは、あらかじめ設定可能なパラメータで比例ゲインのみローパスフィルタをかける場合、微分ゲインのみローパスフィルタをかける場合および両方ともローパスフィルタをかける場合の選択ができるようにしておくができるようにしておくことにより、図６に示すフィルタ有り／無しのスイッチとして働く。また、このローパスフィルタの部分は移動平均による直線補間でも良い。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第1実施例を示す制御ブロック図
【図２】本発明の第２実施例を示す制御ブロック図
【図３】第1実施例の制御ゲイン切替えシーケンスを示すフローチャート
【図４】第２実施例の制御ゲイン切替えシーケンスを示すフローチャート
【図５】第1実施例の制御ゲイン切替えを示すブロック図
【図６】第２実施例の制御ゲイン切替えを示すブロック図
【図７】従来技術第1実施例の制御ゲイン切替えシーケンスを示すフローチャート
【図８】従来技術第２実施例の制御ゲイン切替えシーケンスを示すフローチャート
【符号の説明】
【００１４】
１  第１ＰＬＬ制御ループ
２  第２ＰＬＬ制御ループ
３  速度指令発生器
４  パワー変換器
５  電動機
６  エンコーダ
７、１５、２５  ローパスフィルタ
１１、２１  基準指令クロック発生器
１２、２２  位相比較器
１３、２３  比例制御器
１４  位相進み遅れ補償制御器
１６、２６  パルス変換器
２４  ＰＤ制御器
【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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【図７】
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【図８】
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