モータ制御装置及び制御方法
【課題】 いかなる条件でサーボシステムが不安定になった場合にも発振して暴走するような危険な状態を回避することができるモータ制御装置及び制御方法を提供する。
【解決手段】 駆動系の発振状態を検出する発振検出部１０３と、トルク指令ｕｒｅｆを予め設定したリミット値ＴＬＩＭＴ以下に制限するリミット演算部５と、発振検出部１０３が発振を検知して発振中であると判断している間のみ、トルク指令ｕｒｅｆをリミット演算部５を介して出力する切り替えスイッチ１、及び積分制御器３への入力をオフとする切り替えスイッチ２とを備えた。
【解決手段】 駆動系の発振状態を検出する発振検出部１０３と、トルク指令ｕｒｅｆを予め設定したリミット値ＴＬＩＭＴ以下に制限するリミット演算部５と、発振検出部１０３が発振を検知して発振中であると判断している間のみ、トルク指令ｕｒｅｆをリミット演算部５を介して出力する切り替えスイッチ１、及び積分制御器３への入力をオフとする切り替えスイッチ２とを備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械装置を駆動制御するサーボシステムの発振による暴走を回避できるモータ制御装置及びその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のモータ制御装置は、発振検出部が発振と判断した場合にゲインを小さくする処理を行っていた。（例えば、特許文献１参照）。
また、位置決め時のオーバシュートを小さくする目的で、トルクリミットの値を小さい値に切り替える処理をしているものもある（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
図７は従来例１の特許文献１の処理を示すフローチャートである。同図において、６１から６４はシステムが発振しているかどうかを検出する発振検出部の処理である。６４の判断で発振と判断された場合６５に進み制御ゲインを下げるという処理を行うようになっている。
【０００４】
図８は従来例２の特許文献２の構成を示すブロック図である。この実施形態では、加減速処理部が２つの直線形加減速処理１，２で構成されるベル形加減速処理を適用している。ＣＮＣ（数値制御装置）等の制御装置から分配された移動指令Ｐ０を第１段目の加減速処理１に入力し該加減速処理１の出力Ｐ１を第２段目の加減速処理２に入力し、該第２段目の加減速処理２の出力Ｐ２を求める。この２段目の加減速処理の出力Ｐ２を位置ループ処理の移動指令としてエラーカウンタに加算入力し、機械可動部に取付けられたスケール等の検出器からの位置のフィードバック値Ｐｆをエラーカウンタに減算入力して位置偏差を求める。該エラーカウンタに記憶する位置偏差に位置ループゲインＫｐを乗じて速度指令Ｖｃを求め、該速度指令Ｖｃからスケール等の検出器からの速度フードバック値Ｖｆを減じて速度偏差を求め、該速度偏差を積分器７５で積算して積分ゲインｋ１を乗じた値と上記速度偏差に比例ゲインを乗じた値を加算してトルク指令Ｔｃを求めるＰＩ（比例積分）制御の速度ループ処理を行う。速度ループ処理によって求められたトルク指令Ｔｃをトルクリミット回路７７を通して所定値以下のトルク指令Ｔｃ´として、電流ループに渡し電流ループ処理（図示せず）を行いサーボモータを駆動し、機械可動部を駆動することになる。
【０００５】
この発明の特徴は、エラーカウンタに入力される移動指令が「０」になる僅か前に積分器７５の値を減少させる点である。この実施形態においては、加減速処理部の第１段目の加減速処理１から出力される移動指令Ｐ１が「０」となると積分器７５で行う積分処理を不完全積分処理に変え、その時使用する係数を小さな値（０〜１未満）とし、さらに加減速処理２の出力Ｐ２が「０」となると積分器７５の不完全積分の上記係数を少し大きい値に変え、設定時間が経過すると、通常の積分処理に変えるようにしていること。さらには、加減速処理１の出力Ｐ１が「０」になるとトルクリミット回路のトルクリミット値も小さな値にし、加減速処理２の出力Ｐ２が「０」となると該トルクリミット値を通常の大きい値に変えるようにしている。
【０００６】
このように、位置決め時に移動指令がまだ残っている段階で積分器７５の積分値を小さな値に設定することによって、トルク指令Ｔｃの値を減少させ、さらには、トルクリミット回路によって小さな値に制限するからサーボモータの出力トルクは減少し、その結果サーボモータと機械可動部間の機械系のねじれは解消し、エラーカウンタに記憶する位置偏差値がほとんど「０」となり位置決めが完了した段階では、上記機械系のねじれはほとんどなく、機械可動部はオーバシュートすることなく位置決めされることになる。
【０００７】
このように、特許文献１のモータ制御装置は、発振検出時に制御ゲインの値を小さくすることで発振を回避するのである。
また、特許文献２のモータ制御装置は、位置決め完了時に積分値を小さな値に設定し、かつトルクリミットの値を小さな値に切り替え、位置決め完了時に少しずつしかトルクが出ないようにすることで、オーバシュートを小さくするのである。
【特許文献１】国際公開第０４／００８６２４号パンフレット（第７頁、図８）
【特許文献２】特許３６２８１１９号公報（第３−６頁、図１，３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来例１の特許文献１のモータ制御装置は、発振と判断した場合にゲインを小さくする（たとえば半分にする）ようになっているため、ゲインを小さくする値によっては、ゲインを小さくした後も発振状態が持続する可能性があり、なかなか発振状態がおさまらない場合があるといった問題があった。これにより、不快な発振状態が続く上に、場合によっては装置の一部を破損する可能性があるという問題もあった。また、どれくらいゲインを小さくすれば発振を回避できるかは機械の構成や摩擦などの条件により異なり、ゲインの値をどれくらい小さくするかの決定が難しいという問題もあった。さらに、オブザーバ推定値のフィードバックなどを行っている場合は、それらのゲインも同様に小さくしてやる必要があり、それらのゲインをどれくらい小さくすれば良いかの判断がさらに難しくなるという問題もあった。最悪の場合、ゲインを小さくすることによって余計にシステムが不安定になり、機械が暴走する可能性があるという問題もあった。
【０００９】
従来例２の特許文献２のモータ制御装置は、本発明と同じくトルクリミット値を可変とするものであるが、目的は位置決め時にトルクが少ししか出ないように制限することでオーバシュートを軽減するものであり、位置指令のタイミングでトルク制限の値を小さくする従来例２の方法では、発振を回避することは全くできない。
【００１０】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、発振検出部が発振と判断した場合にのみ、トルク指令をリミットがかかったトルク指令に切り替えるとともに積分制御器への入力をオフに切り替えることで、ゲインの上げ過ぎや負荷変動、経年変化、慣性モーメント設定値の誤設定、機械のガタなどのいかなる条件でサーボシステムが不安定になった場合にも発振して暴走するような危険な状態を回避することができるモータ制御装置及び制御方法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】
【００１１】
上記問題を解決するため、本発明は、次のような構成及び制御方法としたものである。
請求項１に記載の発明は、位置制御部または速度制御部のいずれか一方に積分制御器を備え、位置指令及び／または速度指令を入力し、位置及び／または速度検出信号をフィードバックして機械装置を駆動制御する演算を行い、トルク指令を出力するモータ制御装置において、
前記機械装置と前記モータ制御装置から成る駆動系の発振状態を検出する発振検出部と、前記トルク指令を予め設定したリミット値以下に制限するリミット演算部と、前記発振検出部が発振を検知して発振中であると判断している間のみ、前記トルク指令を前記リミット演算部を介して出力する切り替えスイッチ１、及び前記積分制御器への入力をオフとする切り替えスイッチ２と、を備えたことを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、位置制御部または速度制御部のいずれか一方に積分制御器を備え、位置指令及び／または速度指令を入力し、位置及び／または速度検出信号をフィードバックして機械装置を駆動制御する演算を行い、トルク指令を出力するモータ制御装置において、
前記機械装置と前記モータ制御装置から成る駆動系の発振状態を検出する発振検出部と、前記トルク指令を予め設定したリミット値以下に制限するリミット演算部と、前記発振検出部が発振を検知して発振中であると判断している間のみ、前記トルク指令を前記リミット演算部を介して出力する切り替えスイッチ１、及び前記積分制御器への入力をオフとする切り替えスイッチ２、及び前記積分制御器の出力にゲインを乗じた信号を前記スイッチ１の出力に加算する切り替えスイッチ３と、を備えたことを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のモータ制御装置において、前記発振検出部が発振を検知して発振中であると判断している時間が予め設定した一定時間を超えた場合に、前記リミット演算部のリミット値を徐々に小さくし、所定のリミット値に達したらサーボオフすることを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載のモータ制御装置において、前記発振検出部が発振を検知して発振中であると判断している時間が予め設定した一定時間を超えた場合に、前記位置制御部及び／または速度制御部で使用しているゲインの値を前記発振検出部が発振中であると判断しなくなるまで徐々に小さくすることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、位置制御部または速度制御部のいずれか一方に積分制御器を備え、位置指令及び／または速度指令を入力し、位置及び／または速度検出信号をフィードバックして機械装置を駆動制御する演算を行いトルク指令を出力し、前記機械装置とモータ制御装置から成る駆動系の発振状態を検出する発振検出部を有し、前記発振状態を抑制制御するモータ制御方法において、
前記発振検出部が発振を検知して発振中であると判断している間のみ、前記トルク指令を予め設定したリミット値以下に制限するリミット演算処理をして出力し、さらに前記積分制御器への入力をオフとする切り替え処理を実行することを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明は、位置制御部または速度制御部のいずれか一方に積分制御器を備え、位置指令及び／または速度指令を入力し、位置及び／または速度検出信号をフィードバックして機械装置を駆動制御する演算を行いトルク指令を出力し、前記機械装置とモータ制御装置から成る駆動系の発振状態を検出する発振検出部を有し、前記発振状態を抑制制御するモータ制御方法において、
前記発振検出部が発振を検知して発振中であると判断している間のみ、前記トルク指令を予め設定したリミット値以下に制限するリミット演算処理をして出力し、さらに前記積分制御器への入力をオフとする切り替え処理をし、かつ、前記積分制御器の出力にゲインを乗じて前記リミット演算処理をしたトルク指令に加算してトルク指令ｔｒｅｆとすることを特徴とするものである。
請求項７に記載の発明は、請求項５または６に記載のモータ制御方法において、前記発振検出部が発振を検知して発振中であると判断している時間が予め設定した一定時間を超えた場合に、前記リミット演算処理のリミット値を徐々に小さくし、所定のリミット値に達したらサーボオフすることを特徴とするものである。
請求項８に記載の発明は、請求項５または６に記載のモータ制御方法において、前記発振検出部が発振を検知して発振中であると判断している時間が予め設定した一定時間を超えた場合に、前記位置制御部及び／または速度制御部で使用しているゲインの値を前記発振検出部が発振中であると判断しなくなるまで徐々に小さくすることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１及び５に記載の発明によると、ゲインの上げ過ぎや負荷変動、経年変化、慣性モーメント設定値の誤設定、機械のガタなどのいかなる条件でサーボシステムが不安定になった場合も、発振状態であると判断している間はトルク指令を制限したトルク指令に切り替え、かつ積分制御器への入力をオフとすることで、強制的にサーボシステムを安定にすることができ、機械が発振して暴走するような危険な状態を回避することができる。
また、請求項２及び６に記載の発明によると、ゲインの上げ過ぎや負荷変動、経年変化、慣性モーメント設定値の誤設定、機械のガタなどのいかなる条件でサーボシステムが不安定になった場合も、発振状態であると判断している間はトルク指令を制限したトルク指令に切り替え、かつ積分制御器への入力オフとし、かつ、積分制御器の出力にゲインを乗じた信号を制限されたトルク指令値に加算することで、重力やケーブルの張力等一定の外力が加わっている場合でも、それら外力の影響で機械が勝手に動くことなく、また、トルクリミットの値を一定の外力よりも小さく設定することができるようになり、強制的にサーボシステムを安定にすることができ、機械が発振して暴走するような危険な状態を回避することができる。
【００１４】
また、請求項３及び７に記載の発明によると、発振状態がある一定時間続いた場合にトルクリミットの値を徐々に小さくして最後にはサーボオフすることで、ゲインの上げ過ぎや負荷変動、経年変化、慣性モーメント設定値の誤設定、機械のガタなどのいかなる条件でサーボシステムが不安定になった場合も、強制的にサーボシステムを安定にすることができ、機械が発振して暴走するような危険な状態を回避しながら最終的には安全にサーボオフすることができる。
また、請求項４及び８に記載の発明によると、発振状態がある一定時間続いた場合に、位置制御部及び／または速度制御部で使用しているゲインの値を発振状態でなくなるまで徐々に小さくすることができ、発振状態でなくなった後は、直ちにトルク制限及び積分制御器への入力が元の状態へ切り替わることで、少しの間のみトルク制限がかかるが、発振回避後はゲインが適正な値に設定された状態にあるので、安全に問題なく動作を続けることができる。また、この方法では、予めどれくらいゲインを小さくすれば良いかを決めておく必要がなく、機械の構成や摩擦の大きさ等にかかわらず、自動的に安定に動作するゲインに設定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図１〜図６を参照して説明する。実際のサーボシステムやモータ制御装置においては、様々な機能や制御手段を備えているが、以下に示す図には本発明に関係する機能や制御手段のみを記載して説明する。
【実施例１】
【００１６】
先ず、本発明におけるサーボシステムの全体構成を図４に示す。同図において、１００は位置・速度制御部を表し、位置指令ｐｒｅｆと位置検出値ｘｆｂを入力し、制御演算を行いトルク指令ｔｒｅｆを算出する。通常、この後に電流制御部の処理が行われるがここでは省略する。１０１は制御対象を表し、１０２は制御対象の位置を検出する検出器を表す。１０３は発振検出部を表し、サーボシステムが発振状態にあるかどうかを判断し、発振と判断された場合は発振フラグｆｇに１を立てる。発振フラグｆｇは発振と判断されていないときは０に設定されている。
ここで発振検出部１０３の処理方法はどのようなものでも良いが、たとえば、実際の速度フィードバック信号の値から、一般的なオブザーバで推定した速度推定値を減じた信号を監視しておき、その偏差信号の振動成分が予め設定した閾値より大きい場合に発振と判断する方法等を用いればよい。
【００１７】
図５は発振検出部１０３の構成例を示す図である。同図において、３１はオブザーバを表し、トルク指令ｔｒｅｆと位置検出値ｘｆｂから速度推定値ｖｈａｔを算出する。オブザーバの構成は特に限定しないが、式（１）で示すように一般的な全次元のオブザーバを用いればよい。
【００１８】
【数１】
【００１９】
ここで、式（１）中の各変数はそれぞれ、ｘｈａｔ：位置推定値、ｖｈａｔ：速度推定値、ｄｈａｔ：外乱推定値、Ｔｓ:制御サンプリング周期、Ｊｎ：慣性モーメントノミナル値、ｋ：サンプリング（ｋ＝１，２，３，・・・）である。
また、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３はオブザーバゲインであり、推定誤差に対する収束速度を決定する変数である。Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の値は、実速度に現れる発振時の振動が、速度推定値ｖｈａｔに現れないような小さな値に設定しておく。
また、図５において、３２は減算器であり、位置検出値ｘｆｂを微分して求めた速度Ｖｆｂから、オブザーバ３１で演算した速度推定値ｖｈａｔを減じて速度Ｖｆｂ中の振動成分を抽出する。３３は閾値比較部を表し、抽出した振動成分が予め設定した閾値より大きい場合に発振と判断し発振フラグｆｇを１に設定する。
【００２０】
次に、本発明の第１実施例を説明する。図１は、本発明の第１実施例を示すモータ制御装置における制御処理の要部ブロック図である。同図において、１は位置制御部の比例ゲインを表し、ここでは位置指令ｐｒｅｆと位置検出値ｘｆｂの偏差εｐを減算器１４にて求め、この偏差εｐに比例ゲインＫｐを乗じて比例制御を行い、速度指令ｖｒｅｆを算出する。２は速度制御部の比例ゲインを表し、ｖｒｅｆと位置検出値ｘｆｂを微分した速度ｖｆｂとの偏差εｖを減算器１５で求め、偏差εｖに速度制御比例ゲインＫｖを乗じａｒｅｆを算出する。３は積分制御器を表し、速度制御積分ゲインＫｉを用いて積分制御しｉｒｅｆを算出する。１６は加算器でありａｒｅｆとｉｒｅｆとの和を算出する。４は慣性モーメントノミナル値Ｊｎを表しａｒｅｆとｉｒｅｆとの和にＪｎを乗じてトルク指令ｕｒｅｆを算出する。５はリミット演算部を表し、トルク指令ｕｒｅｆを予め設定したリミット値ＴＬＩＭＩＴ以下に制限してｕｌｉｍとする。６はスイッチ１を表し、通常のトルク指令ｕｒｅｆと制限のかかったトルク指令ｕｌｉｍを切り替える。７はスイッチ２を表し、積分制御器３への入力ａｒｅｆをオフし、すでに積分演算したｉｒｅｆの値を保持する。
【００２１】
次にリミット値ＴＬＩＭＩＴの設定方法を説明する。ＴＬＩＭＩＴの値はどのように設定しても良いが、たとえば、モータの定格トルクの５％などのようにモータ定格トルクに対してその比率を設定するか、あるいは、振動する加速度のピーク値を設定し、その加速度のピーク値に慣性モーメントノミナル値Ｊｎを乗じた値を設定しても良い。また、実際にゲインを高めに設定し、リミットの値を変えながら音を確認し、発振音が不快にならない程度に実機で調整を行って設定しても良い。
【００２２】
本発明が従来技術と異なる部分は、発振と判断された場合にサーボゲインの値を変更することなく、発振中であると判断されている間のみ発振フラグｆｇが１となりスイッチ１、６を制限されたトルク指令ｕｌｉｍを使用するように切り替え、かつ、スイッチ２、７によって積分制御器３への入力をオフにし、発振と判断されなくなったら発振フラグｆｇが０となり各スイッチは自動的に元に戻るようにした点である。
【００２３】
次に本発明を使用したときの発振抑制効果をシミュレーションの結果で説明する。
図６は負荷慣性モーメント比１：１、共振周波数１００Ｈｚの２慣性系の制御対象に対して速度ループ比例ゲインＫｖを上げていった場合のシミュレーションである。制御周期は５００μｓとし、各ゲインの値はＫｐ＝７１（１／ｓ）、Ｋｖ＝７１０（１／ｓ）、Ｋｉ＝７１（１／ｓ）であり、トルクリミットはＴＬＩＭＩＴ＝０．０２（Ｎ・ｍ）とした。
図６（ａ）は発振と判断しても各スイッチを切り替えない場合の応答であり、同図（ｂ）が本発明の通り、発振と判断した時にスイッチ１及び２を切り替える場合の応答である。図６から明らかように、（ａ）では完全に発散してしまい暴走するのに対して、（ｂ）では発散することなくきちんと応答していることが分かる。
【００２４】
このように、サーボゲインの上げ過ぎや負荷変動、経年変化、慣性モーメント設定値の誤設定、機械のガタなどのいかなる条件下でもサーボシステムが不安定になった場合、発振と判断している間はトルク指令を制限したトルク指令に切り替え、かつ積分制御器への入力をオフとすることで、強制的にサーボシステムを安定にすることができ、機械が発振して暴走するような危険な状態を回避することができる。
【実施例２】
【００２５】
図２は本発明の第２実施例を示すモータ制御装置における制御処理の要部ブロック図である。本実施例では実施例１に加え、積分制御器３の出力ｉｒｅｆを切り替えるスイッチ３、８とゲイン演算器１１の慣性モーメントノミナル値Ｊｎを追加した点が実施例１と異なる。第２実施例では、発振フラグｆｇが０の場合、実施例１の図１と同一の構成となるが、発振フラグｆｇが１になると、スイッチ３、８を切り替え、ｉｒｅｆにゲイン演算器１１の慣性モーメントノミナル値Ｊｎを乗じた信号を、スイッチ１、６の出力側に設けた加算器１７で加算してトルク指令ｔｒｅｆを算出するように動作する。
【００２６】
このように、積分制御器３の出力ｉｒｅｆにゲイン演算器１１の慣性モーメントノミナル値Ｊｎを乗じた値を、制限されたトルク指令ｕｌｉｍに加えることで、重力やケーブルのテンション等一定の外力が作用する場合も、トルクリミットの値をそれらの一定の外力の大きさよりも小さく設定することができるため、発振時の騒音も小さくなり、また機械に与える振動も小さくでき、さらに安全なモータ制御装置を実現できるのである。
【実施例３】
【００２７】
図３は本発明の第３実施例を示すモータ制御装置における制御処理の要部ブロック図である。本実施例は、速度制御部ではなく位置制御部に積分制御器１３がある場合を示すものである。図３のスイッチ４、９とスイッチ５、１０はそれぞれ実施例２で説明したように発振フラグｆｇによって同様の切り替え処理を行う。この場合、スイッチ４、９が切り替わった後に乗じるゲインの大きさがゲイン演算器１２に示すように、Ｋｖ・Ｊｎとなるところが、実施例２と異なる。
【００２８】
このように、位置制御部に積分制御器がある場合も、何の問題もなく本発明を適用することができる。
【実施例４】
【００２９】
次に本発明の第４実施例に関して説明する。本実施例では、実施例１から実施例３の処理を行った後に、発振中であると判断されている状態が予め設定した時間を超えた場合に、トルクリミットＴＬＩＭＩＴの値を徐々に小さくしていく。たとえば、毎制御周期ごとにトルクリミットＴＬＩＭＩＴの値を０．９などのように１以下の正数を乗じた値にすればよい。そして、たとえばトルクリミットＴＬＩＭＩＴが０．１以下になった時点でサーボオフにすればよい。トルクリミットＴＬＩＭＩＴを小さくする方法はどのようなものでもよく、また、サーボオフするタイミングも適当に設定すればよい。
【００３０】
このように、本発明の実施例１から実施例３の処理を行った上で、徐々にトルクリミットを小さくし最終的にサーボオフすることで、発振時にただちにサーボオフしたときに機械が惰走して破損するといった問題を起こさずに安全にサーボオフすることができるのである。
【実施例５】
【００３１】
次に本発明の第５実施例に関して説明する。本実施例では、実施例１から実施例３の処理を行った後に、発振中であると判断されている状態が予め設定した時間を超えた場合に、位置・速度制御部で使用しているゲインの値を、発振検出部が発振と判断しなくなるまで徐々に小さくして、発振と判断しなくなった時の各ゲインの値を保持すればよい。ゲインを小さくする方法はどのようなものでもよく、たとえば各ゲイン全てを毎制御周期ごとに０．９などのように１以下の正数を乗じるようにすればよい。
【００３２】
このように、本発明の実施例１から実施例３の処理を行った上で、徐々に位置・速度制御部のゲインを小さくして、発振中であると判断しなくなった時点で、その時のゲインを保持することで、自動的に、その時の機械の状態に応じた安定なゲイン設定ができるため、安全なモータ制御装置が実現できるのである。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
発振状態を検出して発振中であると判断している間のみ、積分制御器の入力をオフすると共にトルクに制限のかかったトルク指令に切り替えることによって、いかなる場合も発振による暴走や機械装置の破損を回避できる安全なモータ制御装置を提供することができるので、ロボットや工作機械、その他の一般産業機械及び化学プラントという用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１実施例を示すモータ制御装置における制御処理の要部ブロック図
【図２】本発明の第２実施例を示すモータ制御装置における制御処理の要部ブロック図
【図３】本発明の第３実施例を示すモータ制御装置における制御処理の要部ブロック図
【図４】本発明におけるサーボシステムの全体構成を示す図
【図５】本発明における発振検出部１０３の構成例を示す図
【図６】本発明のモータ制御装置における発振抑制の効果を示すシミュレーション結果
【図７】従来例１のモータ制御装置における振動抑制方法を示すゲイン調整の処理フロー
【図８】従来例２のモータ制御装置における制御処理の要部ブロック図
【符号の説明】
【００３５】
１ 位置制御部の比例ゲイン
２ 速度制御部の比例ゲイン
３ 速度制御部の積分制御器
４ 慣性モーメントノミナル値
５ リミット演算部
６ スイッチ１
７ スイッチ２
８ スイッチ３
９ スイッチ４
１０ スイッチ５
１１、１２ ゲイン演算器
１３ 位置制御部の積分制御器
１４、１５、３２ 減算器
１６、１７、１８ 加算器
１９、３４ 微分器
３１ オブザーバ
３３ 閾値比較部
７１ 加減速処理１
７２ 加減速処理２
７３ エラーカウンタ
７４ 比例ゲイン
７５ 積分器
７６ 比例ゲイン
７７ トルクリミット回路
１００ 位置・速度制御部
１０１ 制御対象
１０２ 検出器
１０３ 発振検出部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械装置を駆動制御するサーボシステムの発振による暴走を回避できるモータ制御装置及びその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のモータ制御装置は、発振検出部が発振と判断した場合にゲインを小さくする処理を行っていた。（例えば、特許文献１参照）。
また、位置決め時のオーバシュートを小さくする目的で、トルクリミットの値を小さい値に切り替える処理をしているものもある（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
図７は従来例１の特許文献１の処理を示すフローチャートである。同図において、６１から６４はシステムが発振しているかどうかを検出する発振検出部の処理である。６４の判断で発振と判断された場合６５に進み制御ゲインを下げるという処理を行うようになっている。
【０００４】
図８は従来例２の特許文献２の構成を示すブロック図である。この実施形態では、加減速処理部が２つの直線形加減速処理１，２で構成されるベル形加減速処理を適用している。ＣＮＣ（数値制御装置）等の制御装置から分配された移動指令Ｐ０を第１段目の加減速処理１に入力し該加減速処理１の出力Ｐ１を第２段目の加減速処理２に入力し、該第２段目の加減速処理２の出力Ｐ２を求める。この２段目の加減速処理の出力Ｐ２を位置ループ処理の移動指令としてエラーカウンタに加算入力し、機械可動部に取付けられたスケール等の検出器からの位置のフィードバック値Ｐｆをエラーカウンタに減算入力して位置偏差を求める。該エラーカウンタに記憶する位置偏差に位置ループゲインＫｐを乗じて速度指令Ｖｃを求め、該速度指令Ｖｃからスケール等の検出器からの速度フードバック値Ｖｆを減じて速度偏差を求め、該速度偏差を積分器７５で積算して積分ゲインｋ１を乗じた値と上記速度偏差に比例ゲインを乗じた値を加算してトルク指令Ｔｃを求めるＰＩ（比例積分）制御の速度ループ処理を行う。速度ループ処理によって求められたトルク指令Ｔｃをトルクリミット回路７７を通して所定値以下のトルク指令Ｔｃ´として、電流ループに渡し電流ループ処理（図示せず）を行いサーボモータを駆動し、機械可動部を駆動することになる。
【０００５】
この発明の特徴は、エラーカウンタに入力される移動指令が「０」になる僅か前に積分器７５の値を減少させる点である。この実施形態においては、加減速処理部の第１段目の加減速処理１から出力される移動指令Ｐ１が「０」となると積分器７５で行う積分処理を不完全積分処理に変え、その時使用する係数を小さな値（０〜１未満）とし、さらに加減速処理２の出力Ｐ２が「０」となると積分器７５の不完全積分の上記係数を少し大きい値に変え、設定時間が経過すると、通常の積分処理に変えるようにしていること。さらには、加減速処理１の出力Ｐ１が「０」になるとトルクリミット回路のトルクリミット値も小さな値にし、加減速処理２の出力Ｐ２が「０」となると該トルクリミット値を通常の大きい値に変えるようにしている。
【０００６】
このように、位置決め時に移動指令がまだ残っている段階で積分器７５の積分値を小さな値に設定することによって、トルク指令Ｔｃの値を減少させ、さらには、トルクリミット回路によって小さな値に制限するからサーボモータの出力トルクは減少し、その結果サーボモータと機械可動部間の機械系のねじれは解消し、エラーカウンタに記憶する位置偏差値がほとんど「０」となり位置決めが完了した段階では、上記機械系のねじれはほとんどなく、機械可動部はオーバシュートすることなく位置決めされることになる。
【０００７】
このように、特許文献１のモータ制御装置は、発振検出時に制御ゲインの値を小さくすることで発振を回避するのである。
また、特許文献２のモータ制御装置は、位置決め完了時に積分値を小さな値に設定し、かつトルクリミットの値を小さな値に切り替え、位置決め完了時に少しずつしかトルクが出ないようにすることで、オーバシュートを小さくするのである。
【特許文献１】国際公開第０４／００８６２４号パンフレット（第７頁、図８）
【特許文献２】特許３６２８１１９号公報（第３−６頁、図１，３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来例１の特許文献１のモータ制御装置は、発振と判断した場合にゲインを小さくする（たとえば半分にする）ようになっているため、ゲインを小さくする値によっては、ゲインを小さくした後も発振状態が持続する可能性があり、なかなか発振状態がおさまらない場合があるといった問題があった。これにより、不快な発振状態が続く上に、場合によっては装置の一部を破損する可能性があるという問題もあった。また、どれくらいゲインを小さくすれば発振を回避できるかは機械の構成や摩擦などの条件により異なり、ゲインの値をどれくらい小さくするかの決定が難しいという問題もあった。さらに、オブザーバ推定値のフィードバックなどを行っている場合は、それらのゲインも同様に小さくしてやる必要があり、それらのゲインをどれくらい小さくすれば良いかの判断がさらに難しくなるという問題もあった。最悪の場合、ゲインを小さくすることによって余計にシステムが不安定になり、機械が暴走する可能性があるという問題もあった。
【０００９】
従来例２の特許文献２のモータ制御装置は、本発明と同じくトルクリミット値を可変とするものであるが、目的は位置決め時にトルクが少ししか出ないように制限することでオーバシュートを軽減するものであり、位置指令のタイミングでトルク制限の値を小さくする従来例２の方法では、発振を回避することは全くできない。
【００１０】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、発振検出部が発振と判断した場合にのみ、トルク指令をリミットがかかったトルク指令に切り替えるとともに積分制御器への入力をオフに切り替えることで、ゲインの上げ過ぎや負荷変動、経年変化、慣性モーメント設定値の誤設定、機械のガタなどのいかなる条件でサーボシステムが不安定になった場合にも発振して暴走するような危険な状態を回避することができるモータ制御装置及び制御方法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】
【００１１】
上記問題を解決するため、本発明は、次のような構成及び制御方法としたものである。
請求項１に記載の発明は、位置制御部または速度制御部のいずれか一方に積分制御器を備え、位置指令及び／または速度指令を入力し、位置及び／または速度検出信号をフィードバックして機械装置を駆動制御する演算を行い、トルク指令を出力するモータ制御装置において、
前記機械装置と前記モータ制御装置から成る駆動系の発振状態を検出する発振検出部と、前記トルク指令を予め設定したリミット値以下に制限するリミット演算部と、前記発振検出部が発振を検知して発振中であると判断している間のみ、前記トルク指令を前記リミット演算部を介して出力する切り替えスイッチ１、及び前記積分制御器への入力をオフとする切り替えスイッチ２と、を備えたことを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、位置制御部または速度制御部のいずれか一方に積分制御器を備え、位置指令及び／または速度指令を入力し、位置及び／または速度検出信号をフィードバックして機械装置を駆動制御する演算を行い、トルク指令を出力するモータ制御装置において、
前記機械装置と前記モータ制御装置から成る駆動系の発振状態を検出する発振検出部と、前記トルク指令を予め設定したリミット値以下に制限するリミット演算部と、前記発振検出部が発振を検知して発振中であると判断している間のみ、前記トルク指令を前記リミット演算部を介して出力する切り替えスイッチ１、及び前記積分制御器への入力をオフとする切り替えスイッチ２、及び前記積分制御器の出力にゲインを乗じた信号を前記スイッチ１の出力に加算する切り替えスイッチ３と、を備えたことを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のモータ制御装置において、前記発振検出部が発振を検知して発振中であると判断している時間が予め設定した一定時間を超えた場合に、前記リミット演算部のリミット値を徐々に小さくし、所定のリミット値に達したらサーボオフすることを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載のモータ制御装置において、前記発振検出部が発振を検知して発振中であると判断している時間が予め設定した一定時間を超えた場合に、前記位置制御部及び／または速度制御部で使用しているゲインの値を前記発振検出部が発振中であると判断しなくなるまで徐々に小さくすることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、位置制御部または速度制御部のいずれか一方に積分制御器を備え、位置指令及び／または速度指令を入力し、位置及び／または速度検出信号をフィードバックして機械装置を駆動制御する演算を行いトルク指令を出力し、前記機械装置とモータ制御装置から成る駆動系の発振状態を検出する発振検出部を有し、前記発振状態を抑制制御するモータ制御方法において、
前記発振検出部が発振を検知して発振中であると判断している間のみ、前記トルク指令を予め設定したリミット値以下に制限するリミット演算処理をして出力し、さらに前記積分制御器への入力をオフとする切り替え処理を実行することを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明は、位置制御部または速度制御部のいずれか一方に積分制御器を備え、位置指令及び／または速度指令を入力し、位置及び／または速度検出信号をフィードバックして機械装置を駆動制御する演算を行いトルク指令を出力し、前記機械装置とモータ制御装置から成る駆動系の発振状態を検出する発振検出部を有し、前記発振状態を抑制制御するモータ制御方法において、
前記発振検出部が発振を検知して発振中であると判断している間のみ、前記トルク指令を予め設定したリミット値以下に制限するリミット演算処理をして出力し、さらに前記積分制御器への入力をオフとする切り替え処理をし、かつ、前記積分制御器の出力にゲインを乗じて前記リミット演算処理をしたトルク指令に加算してトルク指令ｔｒｅｆとすることを特徴とするものである。
請求項７に記載の発明は、請求項５または６に記載のモータ制御方法において、前記発振検出部が発振を検知して発振中であると判断している時間が予め設定した一定時間を超えた場合に、前記リミット演算処理のリミット値を徐々に小さくし、所定のリミット値に達したらサーボオフすることを特徴とするものである。
請求項８に記載の発明は、請求項５または６に記載のモータ制御方法において、前記発振検出部が発振を検知して発振中であると判断している時間が予め設定した一定時間を超えた場合に、前記位置制御部及び／または速度制御部で使用しているゲインの値を前記発振検出部が発振中であると判断しなくなるまで徐々に小さくすることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１及び５に記載の発明によると、ゲインの上げ過ぎや負荷変動、経年変化、慣性モーメント設定値の誤設定、機械のガタなどのいかなる条件でサーボシステムが不安定になった場合も、発振状態であると判断している間はトルク指令を制限したトルク指令に切り替え、かつ積分制御器への入力をオフとすることで、強制的にサーボシステムを安定にすることができ、機械が発振して暴走するような危険な状態を回避することができる。
また、請求項２及び６に記載の発明によると、ゲインの上げ過ぎや負荷変動、経年変化、慣性モーメント設定値の誤設定、機械のガタなどのいかなる条件でサーボシステムが不安定になった場合も、発振状態であると判断している間はトルク指令を制限したトルク指令に切り替え、かつ積分制御器への入力オフとし、かつ、積分制御器の出力にゲインを乗じた信号を制限されたトルク指令値に加算することで、重力やケーブルの張力等一定の外力が加わっている場合でも、それら外力の影響で機械が勝手に動くことなく、また、トルクリミットの値を一定の外力よりも小さく設定することができるようになり、強制的にサーボシステムを安定にすることができ、機械が発振して暴走するような危険な状態を回避することができる。
【００１４】
また、請求項３及び７に記載の発明によると、発振状態がある一定時間続いた場合にトルクリミットの値を徐々に小さくして最後にはサーボオフすることで、ゲインの上げ過ぎや負荷変動、経年変化、慣性モーメント設定値の誤設定、機械のガタなどのいかなる条件でサーボシステムが不安定になった場合も、強制的にサーボシステムを安定にすることができ、機械が発振して暴走するような危険な状態を回避しながら最終的には安全にサーボオフすることができる。
また、請求項４及び８に記載の発明によると、発振状態がある一定時間続いた場合に、位置制御部及び／または速度制御部で使用しているゲインの値を発振状態でなくなるまで徐々に小さくすることができ、発振状態でなくなった後は、直ちにトルク制限及び積分制御器への入力が元の状態へ切り替わることで、少しの間のみトルク制限がかかるが、発振回避後はゲインが適正な値に設定された状態にあるので、安全に問題なく動作を続けることができる。また、この方法では、予めどれくらいゲインを小さくすれば良いかを決めておく必要がなく、機械の構成や摩擦の大きさ等にかかわらず、自動的に安定に動作するゲインに設定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図１〜図６を参照して説明する。実際のサーボシステムやモータ制御装置においては、様々な機能や制御手段を備えているが、以下に示す図には本発明に関係する機能や制御手段のみを記載して説明する。
【実施例１】
【００１６】
先ず、本発明におけるサーボシステムの全体構成を図４に示す。同図において、１００は位置・速度制御部を表し、位置指令ｐｒｅｆと位置検出値ｘｆｂを入力し、制御演算を行いトルク指令ｔｒｅｆを算出する。通常、この後に電流制御部の処理が行われるがここでは省略する。１０１は制御対象を表し、１０２は制御対象の位置を検出する検出器を表す。１０３は発振検出部を表し、サーボシステムが発振状態にあるかどうかを判断し、発振と判断された場合は発振フラグｆｇに１を立てる。発振フラグｆｇは発振と判断されていないときは０に設定されている。
ここで発振検出部１０３の処理方法はどのようなものでも良いが、たとえば、実際の速度フィードバック信号の値から、一般的なオブザーバで推定した速度推定値を減じた信号を監視しておき、その偏差信号の振動成分が予め設定した閾値より大きい場合に発振と判断する方法等を用いればよい。
【００１７】
図５は発振検出部１０３の構成例を示す図である。同図において、３１はオブザーバを表し、トルク指令ｔｒｅｆと位置検出値ｘｆｂから速度推定値ｖｈａｔを算出する。オブザーバの構成は特に限定しないが、式（１）で示すように一般的な全次元のオブザーバを用いればよい。
【００１８】
【数１】
【００１９】
ここで、式（１）中の各変数はそれぞれ、ｘｈａｔ：位置推定値、ｖｈａｔ：速度推定値、ｄｈａｔ：外乱推定値、Ｔｓ:制御サンプリング周期、Ｊｎ：慣性モーメントノミナル値、ｋ：サンプリング（ｋ＝１，２，３，・・・）である。
また、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３はオブザーバゲインであり、推定誤差に対する収束速度を決定する変数である。Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の値は、実速度に現れる発振時の振動が、速度推定値ｖｈａｔに現れないような小さな値に設定しておく。
また、図５において、３２は減算器であり、位置検出値ｘｆｂを微分して求めた速度Ｖｆｂから、オブザーバ３１で演算した速度推定値ｖｈａｔを減じて速度Ｖｆｂ中の振動成分を抽出する。３３は閾値比較部を表し、抽出した振動成分が予め設定した閾値より大きい場合に発振と判断し発振フラグｆｇを１に設定する。
【００２０】
次に、本発明の第１実施例を説明する。図１は、本発明の第１実施例を示すモータ制御装置における制御処理の要部ブロック図である。同図において、１は位置制御部の比例ゲインを表し、ここでは位置指令ｐｒｅｆと位置検出値ｘｆｂの偏差εｐを減算器１４にて求め、この偏差εｐに比例ゲインＫｐを乗じて比例制御を行い、速度指令ｖｒｅｆを算出する。２は速度制御部の比例ゲインを表し、ｖｒｅｆと位置検出値ｘｆｂを微分した速度ｖｆｂとの偏差εｖを減算器１５で求め、偏差εｖに速度制御比例ゲインＫｖを乗じａｒｅｆを算出する。３は積分制御器を表し、速度制御積分ゲインＫｉを用いて積分制御しｉｒｅｆを算出する。１６は加算器でありａｒｅｆとｉｒｅｆとの和を算出する。４は慣性モーメントノミナル値Ｊｎを表しａｒｅｆとｉｒｅｆとの和にＪｎを乗じてトルク指令ｕｒｅｆを算出する。５はリミット演算部を表し、トルク指令ｕｒｅｆを予め設定したリミット値ＴＬＩＭＩＴ以下に制限してｕｌｉｍとする。６はスイッチ１を表し、通常のトルク指令ｕｒｅｆと制限のかかったトルク指令ｕｌｉｍを切り替える。７はスイッチ２を表し、積分制御器３への入力ａｒｅｆをオフし、すでに積分演算したｉｒｅｆの値を保持する。
【００２１】
次にリミット値ＴＬＩＭＩＴの設定方法を説明する。ＴＬＩＭＩＴの値はどのように設定しても良いが、たとえば、モータの定格トルクの５％などのようにモータ定格トルクに対してその比率を設定するか、あるいは、振動する加速度のピーク値を設定し、その加速度のピーク値に慣性モーメントノミナル値Ｊｎを乗じた値を設定しても良い。また、実際にゲインを高めに設定し、リミットの値を変えながら音を確認し、発振音が不快にならない程度に実機で調整を行って設定しても良い。
【００２２】
本発明が従来技術と異なる部分は、発振と判断された場合にサーボゲインの値を変更することなく、発振中であると判断されている間のみ発振フラグｆｇが１となりスイッチ１、６を制限されたトルク指令ｕｌｉｍを使用するように切り替え、かつ、スイッチ２、７によって積分制御器３への入力をオフにし、発振と判断されなくなったら発振フラグｆｇが０となり各スイッチは自動的に元に戻るようにした点である。
【００２３】
次に本発明を使用したときの発振抑制効果をシミュレーションの結果で説明する。
図６は負荷慣性モーメント比１：１、共振周波数１００Ｈｚの２慣性系の制御対象に対して速度ループ比例ゲインＫｖを上げていった場合のシミュレーションである。制御周期は５００μｓとし、各ゲインの値はＫｐ＝７１（１／ｓ）、Ｋｖ＝７１０（１／ｓ）、Ｋｉ＝７１（１／ｓ）であり、トルクリミットはＴＬＩＭＩＴ＝０．０２（Ｎ・ｍ）とした。
図６（ａ）は発振と判断しても各スイッチを切り替えない場合の応答であり、同図（ｂ）が本発明の通り、発振と判断した時にスイッチ１及び２を切り替える場合の応答である。図６から明らかように、（ａ）では完全に発散してしまい暴走するのに対して、（ｂ）では発散することなくきちんと応答していることが分かる。
【００２４】
このように、サーボゲインの上げ過ぎや負荷変動、経年変化、慣性モーメント設定値の誤設定、機械のガタなどのいかなる条件下でもサーボシステムが不安定になった場合、発振と判断している間はトルク指令を制限したトルク指令に切り替え、かつ積分制御器への入力をオフとすることで、強制的にサーボシステムを安定にすることができ、機械が発振して暴走するような危険な状態を回避することができる。
【実施例２】
【００２５】
図２は本発明の第２実施例を示すモータ制御装置における制御処理の要部ブロック図である。本実施例では実施例１に加え、積分制御器３の出力ｉｒｅｆを切り替えるスイッチ３、８とゲイン演算器１１の慣性モーメントノミナル値Ｊｎを追加した点が実施例１と異なる。第２実施例では、発振フラグｆｇが０の場合、実施例１の図１と同一の構成となるが、発振フラグｆｇが１になると、スイッチ３、８を切り替え、ｉｒｅｆにゲイン演算器１１の慣性モーメントノミナル値Ｊｎを乗じた信号を、スイッチ１、６の出力側に設けた加算器１７で加算してトルク指令ｔｒｅｆを算出するように動作する。
【００２６】
このように、積分制御器３の出力ｉｒｅｆにゲイン演算器１１の慣性モーメントノミナル値Ｊｎを乗じた値を、制限されたトルク指令ｕｌｉｍに加えることで、重力やケーブルのテンション等一定の外力が作用する場合も、トルクリミットの値をそれらの一定の外力の大きさよりも小さく設定することができるため、発振時の騒音も小さくなり、また機械に与える振動も小さくでき、さらに安全なモータ制御装置を実現できるのである。
【実施例３】
【００２７】
図３は本発明の第３実施例を示すモータ制御装置における制御処理の要部ブロック図である。本実施例は、速度制御部ではなく位置制御部に積分制御器１３がある場合を示すものである。図３のスイッチ４、９とスイッチ５、１０はそれぞれ実施例２で説明したように発振フラグｆｇによって同様の切り替え処理を行う。この場合、スイッチ４、９が切り替わった後に乗じるゲインの大きさがゲイン演算器１２に示すように、Ｋｖ・Ｊｎとなるところが、実施例２と異なる。
【００２８】
このように、位置制御部に積分制御器がある場合も、何の問題もなく本発明を適用することができる。
【実施例４】
【００２９】
次に本発明の第４実施例に関して説明する。本実施例では、実施例１から実施例３の処理を行った後に、発振中であると判断されている状態が予め設定した時間を超えた場合に、トルクリミットＴＬＩＭＩＴの値を徐々に小さくしていく。たとえば、毎制御周期ごとにトルクリミットＴＬＩＭＩＴの値を０．９などのように１以下の正数を乗じた値にすればよい。そして、たとえばトルクリミットＴＬＩＭＩＴが０．１以下になった時点でサーボオフにすればよい。トルクリミットＴＬＩＭＩＴを小さくする方法はどのようなものでもよく、また、サーボオフするタイミングも適当に設定すればよい。
【００３０】
このように、本発明の実施例１から実施例３の処理を行った上で、徐々にトルクリミットを小さくし最終的にサーボオフすることで、発振時にただちにサーボオフしたときに機械が惰走して破損するといった問題を起こさずに安全にサーボオフすることができるのである。
【実施例５】
【００３１】
次に本発明の第５実施例に関して説明する。本実施例では、実施例１から実施例３の処理を行った後に、発振中であると判断されている状態が予め設定した時間を超えた場合に、位置・速度制御部で使用しているゲインの値を、発振検出部が発振と判断しなくなるまで徐々に小さくして、発振と判断しなくなった時の各ゲインの値を保持すればよい。ゲインを小さくする方法はどのようなものでもよく、たとえば各ゲイン全てを毎制御周期ごとに０．９などのように１以下の正数を乗じるようにすればよい。
【００３２】
このように、本発明の実施例１から実施例３の処理を行った上で、徐々に位置・速度制御部のゲインを小さくして、発振中であると判断しなくなった時点で、その時のゲインを保持することで、自動的に、その時の機械の状態に応じた安定なゲイン設定ができるため、安全なモータ制御装置が実現できるのである。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
発振状態を検出して発振中であると判断している間のみ、積分制御器の入力をオフすると共にトルクに制限のかかったトルク指令に切り替えることによって、いかなる場合も発振による暴走や機械装置の破損を回避できる安全なモータ制御装置を提供することができるので、ロボットや工作機械、その他の一般産業機械及び化学プラントという用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１実施例を示すモータ制御装置における制御処理の要部ブロック図
【図２】本発明の第２実施例を示すモータ制御装置における制御処理の要部ブロック図
【図３】本発明の第３実施例を示すモータ制御装置における制御処理の要部ブロック図
【図４】本発明におけるサーボシステムの全体構成を示す図
【図５】本発明における発振検出部１０３の構成例を示す図
【図６】本発明のモータ制御装置における発振抑制の効果を示すシミュレーション結果
【図７】従来例１のモータ制御装置における振動抑制方法を示すゲイン調整の処理フロー
【図８】従来例２のモータ制御装置における制御処理の要部ブロック図
【符号の説明】
【００３５】
１ 位置制御部の比例ゲイン
２ 速度制御部の比例ゲイン
３ 速度制御部の積分制御器
４ 慣性モーメントノミナル値
５ リミット演算部
６ スイッチ１
７ スイッチ２
８ スイッチ３
９ スイッチ４
１０ スイッチ５
１１、１２ ゲイン演算器
１３ 位置制御部の積分制御器
１４、１５、３２ 減算器
１６、１７、１８ 加算器
１９、３４ 微分器
３１ オブザーバ
３３ 閾値比較部
７１ 加減速処理１
７２ 加減速処理２
７３ エラーカウンタ
７４ 比例ゲイン
７５ 積分器
７６ 比例ゲイン
７７ トルクリミット回路
１００ 位置・速度制御部
１０１ 制御対象
１０２ 検出器
１０３ 発振検出部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置制御部または速度制御部のいずれか一方に積分制御器を備え、位置指令及び／または速度指令を入力し、位置及び／または速度検出信号をフィードバックして機械装置を駆動制御する演算を行い、トルク指令を出力するモータ制御装置において、
前記機械装置と前記モータ制御装置から成る駆動系の発振状態を検出する発振検出部と、前記トルク指令を予め設定したリミット値以下に制限するリミット演算部と、前記発振検出部が発振を検知して発振中であると判断している間のみ、前記トルク指令を前記リミット演算部を介して出力する切り替えスイッチ１、及び前記積分制御器への入力をオフとする切り替えスイッチ２と、を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
位置制御部または速度制御部のいずれか一方に積分制御器を備え、位置指令及び／または速度指令を入力し、位置及び／または速度検出信号をフィードバックして機械装置を駆動制御する演算を行い、トルク指令を出力するモータ制御装置において、
前記機械装置と前記モータ制御装置から成る駆動系の発振状態を検出する発振検出部と、前記トルク指令を予め設定したリミット値以下に制限するリミット演算部と、前記発振検出部が発振を検知して発振中であると判断している間のみ、前記トルク指令を前記リミット演算部を介して出力する切り替えスイッチ１、及び前記積分制御器への入力をオフとする切り替えスイッチ２、及び前記積分制御器の出力にゲインを乗じた信号を前記スイッチ１の出力に加算する切り替えスイッチ３と、を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項３】
前記発振検出部が発振を検知して発振中であると判断している時間が予め設定した一定時間を超えた場合に、前記リミット演算部のリミット値を徐々に小さくし、所定のリミット値に達したらサーボオフすることを特徴とする請求項１または２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記発振検出部が発振を検知して発振中であると判断している時間が予め設定した一定時間を超えた場合に、前記位置制御部及び／または速度制御部で使用しているゲインの値を前記発振検出部が発振中であると判断しなくなるまで徐々に小さくすることを特徴とする請求項１または２に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
位置制御部または速度制御部のいずれか一方に積分制御器を備え、位置指令及び／または速度指令を入力し、位置及び／または速度検出信号をフィードバックして機械装置を駆動制御する演算を行いトルク指令を出力し、前記機械装置とモータ制御装置から成る駆動系の発振状態を検出する発振検出部を有し、前記発振状態を抑制制御するモータ制御方法において、
前記発振検出部が発振を検知して発振中であると判断している間のみ、前記トルク指令を予め設定したリミット値以下に制限するリミット演算処理をして出力し、さらに前記積分制御器への入力をオフとする切り替え処理を実行することを特徴とするモータ制御方法。
【請求項６】
位置制御部または速度制御部のいずれか一方に積分制御器を備え、位置指令及び／または速度指令を入力し、位置及び／または速度検出信号をフィードバックして機械装置を駆動制御する演算を行いトルク指令を出力し、前記機械装置とモータ制御装置から成る駆動系の発振状態を検出する発振検出部を有し、前記発振状態を抑制制御するモータ制御方法において、
前記発振検出部が発振を検知して発振中であると判断している間のみ、前記トルク指令を予め設定したリミット値以下に制限するリミット演算処理をして出力し、さらに前記積分制御器への入力をオフとする切り替え処理をし、かつ、前記積分制御器の出力にゲインを乗じて前記リミット演算処理をしたトルク指令に加算してトルク指令ｔｒｅｆとすることを特徴とするモータ制御方法。
【請求項７】
前記発振検出部が発振を検知して発振中であると判断している時間が予め設定した一定時間を超えた場合に、前記リミット演算処理のリミット値を徐々に小さくし、所定のリミット値に達したらサーボオフすることを特徴とする請求項５または６に記載のモータ制御方法。
【請求項８】
前記発振検出部が発振を検知して発振中であると判断している時間が予め設定した一定時間を超えた場合に、前記位置制御部及び／または速度制御部で使用しているゲインの値を前記発振検出部が発振中であると判断しなくなるまで徐々に小さくすることを特徴とする請求項５または６に記載のモータ制御方法。
【請求項１】
位置制御部または速度制御部のいずれか一方に積分制御器を備え、位置指令及び／または速度指令を入力し、位置及び／または速度検出信号をフィードバックして機械装置を駆動制御する演算を行い、トルク指令を出力するモータ制御装置において、
前記機械装置と前記モータ制御装置から成る駆動系の発振状態を検出する発振検出部と、前記トルク指令を予め設定したリミット値以下に制限するリミット演算部と、前記発振検出部が発振を検知して発振中であると判断している間のみ、前記トルク指令を前記リミット演算部を介して出力する切り替えスイッチ１、及び前記積分制御器への入力をオフとする切り替えスイッチ２と、を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
位置制御部または速度制御部のいずれか一方に積分制御器を備え、位置指令及び／または速度指令を入力し、位置及び／または速度検出信号をフィードバックして機械装置を駆動制御する演算を行い、トルク指令を出力するモータ制御装置において、
前記機械装置と前記モータ制御装置から成る駆動系の発振状態を検出する発振検出部と、前記トルク指令を予め設定したリミット値以下に制限するリミット演算部と、前記発振検出部が発振を検知して発振中であると判断している間のみ、前記トルク指令を前記リミット演算部を介して出力する切り替えスイッチ１、及び前記積分制御器への入力をオフとする切り替えスイッチ２、及び前記積分制御器の出力にゲインを乗じた信号を前記スイッチ１の出力に加算する切り替えスイッチ３と、を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項３】
前記発振検出部が発振を検知して発振中であると判断している時間が予め設定した一定時間を超えた場合に、前記リミット演算部のリミット値を徐々に小さくし、所定のリミット値に達したらサーボオフすることを特徴とする請求項１または２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記発振検出部が発振を検知して発振中であると判断している時間が予め設定した一定時間を超えた場合に、前記位置制御部及び／または速度制御部で使用しているゲインの値を前記発振検出部が発振中であると判断しなくなるまで徐々に小さくすることを特徴とする請求項１または２に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
位置制御部または速度制御部のいずれか一方に積分制御器を備え、位置指令及び／または速度指令を入力し、位置及び／または速度検出信号をフィードバックして機械装置を駆動制御する演算を行いトルク指令を出力し、前記機械装置とモータ制御装置から成る駆動系の発振状態を検出する発振検出部を有し、前記発振状態を抑制制御するモータ制御方法において、
前記発振検出部が発振を検知して発振中であると判断している間のみ、前記トルク指令を予め設定したリミット値以下に制限するリミット演算処理をして出力し、さらに前記積分制御器への入力をオフとする切り替え処理を実行することを特徴とするモータ制御方法。
【請求項６】
位置制御部または速度制御部のいずれか一方に積分制御器を備え、位置指令及び／または速度指令を入力し、位置及び／または速度検出信号をフィードバックして機械装置を駆動制御する演算を行いトルク指令を出力し、前記機械装置とモータ制御装置から成る駆動系の発振状態を検出する発振検出部を有し、前記発振状態を抑制制御するモータ制御方法において、
前記発振検出部が発振を検知して発振中であると判断している間のみ、前記トルク指令を予め設定したリミット値以下に制限するリミット演算処理をして出力し、さらに前記積分制御器への入力をオフとする切り替え処理をし、かつ、前記積分制御器の出力にゲインを乗じて前記リミット演算処理をしたトルク指令に加算してトルク指令ｔｒｅｆとすることを特徴とするモータ制御方法。
【請求項７】
前記発振検出部が発振を検知して発振中であると判断している時間が予め設定した一定時間を超えた場合に、前記リミット演算処理のリミット値を徐々に小さくし、所定のリミット値に達したらサーボオフすることを特徴とする請求項５または６に記載のモータ制御方法。
【請求項８】
前記発振検出部が発振を検知して発振中であると判断している時間が予め設定した一定時間を超えた場合に、前記位置制御部及び／または速度制御部で使用しているゲインの値を前記発振検出部が発振中であると判断しなくなるまで徐々に小さくすることを特徴とする請求項５または６に記載のモータ制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−１１９１５５（Ｐ２０１０−１１９１５５Ａ）
【公開日】平成２２年５月２７日（２０１０．５．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２８８３１０（Ｐ２００８−２８８３１０）
【出願日】平成２０年１１月１１日（２００８．１１．１１）
【出願人】（０００００６６２２）株式会社安川電機 (2,482)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月２７日（２０１０．５．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月１１日（２００８．１１．１１）
【出願人】（０００００６６２２）株式会社安川電機 (2,482)
【Ｆターム（参考）】
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