モータ駆動装置

【課題】最適なゲイン設定ができるゲイン切換判定手段を有したモータ駆動装置を提供する。
【解決手段】トルク指令２５どおりにモータを駆動させるよう制御する電流制御手段３と、ゲイン切換信号３４で選択されたゲインで制御する速度フィードフォワード手段４と、ゲイン切換信号３４で選択されたゲインで制御するトルクフィードフォワード手段５と、モータ速度３０を算出する速度検出手段６と、位置指令速度３１を算出する位置指令速度検出手段７と、ゲイン切換信号３４をオン／オフするゲイン切換判定手段８と、判定遅延時間設定手段９と、判定閾値設定手段１０とを有し、ゲイン切換判定手段８にて判定遅延時間３２経過後の位置指令速度３１の絶対値が判定閾値３３以下であればゲイン切換信号３４をオンし、判定閾値３３より大きい場合はゲイン切換信号３４をオフのままとする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ位置を指令位置に追従させるよう制御を行い、かつゲイン切換機能を有するモータ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
サーボモータの位置決め制御では、上位コントローラから出力される位置指令に対し、モータ位置を追従させるよう制御される。その場合、要求される性能として、整定時間の短縮や、振動の低減などがある。
【０００３】
要求性能を満たすために、各種制御ゲインを調整することになるが、モータの動作条件に応じて制御ゲインを切替えることで、整定時間の短縮や振動の低減などを実現する方法などが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この方法は、モータの動作状態を加減速状態、一定速状態、停止状態の３つに分類し、その状態に応じた制御ゲインを適用するというものであり、加減速時の応答性向上とオーバシュートの低減、一定速状態時の安定性といった要求仕様にそれぞれ別の制御ゲインで対応することができるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２９３２３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した技術は、ある特定の位置指令パターンに対しては効果があるものの、位置指令の形状が変化した場合などの異なる仕様には、機器の仕様と要求仕様とに整合性し得ない場合も考察される。例えば、加減速度が同じという条件でも、位置指令距離が短い場合は、位置指令速度の形状は三角波になり、位置指令距離が長い場合は台形波になる。上述した技術で台形波に対し制御ゲインを最適化しても、指令が三角波に変わると再度振動等が発生してしまう。つまり、異なる位置指令距離に対する制御ゲインの最適化にまで対応した技術ではない点で、更なる高性能化を求められるケースもあり、これを課題とされる場合もあった。
【０００７】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、更なる高性能化の要望に対応することを旨に、位置指令距離が異なる場合に対し、個別に制御ゲインを最適化できるモータ駆動装置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】
【０００８】
第１の発明は、モータ位置を位置指令に追従させるよう制御するモータ制御装置において、ゲイン切換信号にて選択された位置制御ゲインを用いて位置偏差を０に収束させるよう位置制御出力を算出する位置制御手段と、ゲイン切換信号にて選択された速度制御ゲインを用いて速度偏差を０に収束させるよう速度制御出力を算出する速度制御手段と、トルク指令どおりにモータを駆動させるよう電流制御出力を算出する電流制御手段と、ゲイン切換信号にて選択された速度フィードフォワードゲインを用いて位置指令から速度フィードフォーワード出力を算出する速度フィードフォワード手段と、ゲイン切換信号にて選択されたトルクフィードフォワードゲインを用いて速度フィードフォワード出力からトルクフィードフォーワード出力を算出するトルクフィードフォワード手段と、モータ位置からモータ速度を算出する速度検出手段と、位置指令から位置指令速度を算出する位置指令速度検出手段と、位置指令速度と判定遅延時間と判定閾値からゲイン切換信号をオン／オフするゲイン切換判定手段と、判定遅延時間を設定する判定遅延時間設定手段と、判定閾値を設定する判定閾値設定手段とを有し、ゲイン切換判定手段にて判定遅延時間経過後の位置指令速度の絶対値が判定閾値以下であればゲイン切換信号をオンし、判定閾値より大きい場合はゲイン切換信号をオフのままとする構成を具備するモータ駆動装置である。
【０００９】
第２の発明は、モータ位置を位置指令に追従させるよう制御するモータ制御装置において、ゲイン切換信号にて選択された位置制御ゲインを用いて位置偏差を０に収束させるよう位置制御出力を算出する位置制御手段と、ゲイン切換信号にて選択された速度制御ゲインを用いて速度偏差を０に収束させるよう速度制御出力を算出する速度制御手段と、トルク指令どおりにモータを駆動させるよう電流制御出力を算出する電流制御手段と、ゲイン切換信号にて選択された速度フィードフォワードゲインを用いて位置指令から速度フィードフォーワード出力を算出する速度フィードフォワード手段と、ゲイン切換信号にて選択されたトルクフィードフォワードゲインを用いて速度フィードフォワード出力からトルクフィードフォーワード出力を算出するトルクフィードフォワード手段と、モータ位置からモータ速度を算出する速度検出手段と、位置指令から位置指令速度を算出する位置指令速度検出手段と、位置指令速度と判定遅延時間と判定閾値からゲイン切換信号をオン／オフするゲイン切換判定手段と、判定遅延時間を設定する判定遅延時間設定手段と、判定閾値を設定する判定閾値設定手段と、ゲイン切換継続時間を設定するゲイン切換継続時間設定手段を有し、ゲイン切換判定手段にて判定遅延時間経過後の位置指令速度の絶対値が判定閾値以下であればゲイン切換継続時間だけゲイン切換信号をオンし、判定閾値より大きい場合はゲイン切換信号をオフのままとする構成を具備するモータ駆動装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のモータ駆動装置によれば、位置指令距離が異なる２つの状態に対し、それぞれの状態に最適な制御ゲインを適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１におけるモータ駆動装置のブロック図
【図２】本発明の実施例１におけるモータ駆動装置のタイミング図
【図３】本発明の実施例２におけるモータ駆動装置のブロック図
【図４】本発明の実施例２におけるモータ駆動装置のタイミング図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施例によって本発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００１３】
図１は、第１の発明のモータ駆動装置におけるブロックである。図１において、位置制御手段１は、位置指令２０とモータ位置２９との差分である位置偏差２１とゲイン切換信号３４から位置制御出力２２を出力し、速度制御手段２は位置制御出力２２と速度フィードフォワード出力２７との加算値とモータ速度３０との差分である速度偏差２３とゲイン切換信号３４から速度制御出力２４を出力し、電流制御手段３は、速度制御出力２４とトルクフィードフォワード出力２８との加算値であるトルク指令２５から電流制御出力２６を出力し、速度フィードフォワード手段４は、位置指令２０とゲイン切換信号３４から速度フィードフォワード出力２７を出力し、トルクフィードフォワード手段５は、速度フィードフォワード出力２７とゲイン切換信号３４からトルクフィードフォワード出力２８を出力し、速度検出手段６は、モータ位置２９のサンプリング間の差分からモータ速度３０を算出し、位置指令速度検出手段７は、位置指令２０のサンプリング間の差分から位置指令速度３１を算出し、ゲイン切換判定手段８は、位置指令速度３１と判定遅延時間３２と判定閾値３３からゲイン切換信号３４を出力し、判定遅延時間設定手段９は判定遅延時間３２を設定し、判定閾値設定手段１０は判定閾値３３を設定するものである。
【００１４】
位置制御手段１と速度制御手段２と速度フィードフォワード手段４とトルクフィードフォワード手段５は、内部で２種類の制御ゲインを保有し、ゲイン切換信号３４がオフの場合は第１の制御ゲインを適用、オンの場合は第２の制御ゲインを適用するものである。この制御ゲインはパラメータ設定などであらかじめ設定しておく。
【００１５】
ゲイン切換判定手段８では、位置指令速度３１の絶対値が０より大になった時点から判定遅延時間３２経過後に、そのときの位置指令速度３１の絶対値が判定閾値３３以下の場合はゲイン切換信号３４をオンする。位置指令速度３１の絶対値が判定閾値３３より大きい場合はゲイン切換信号３４は初期状態のオフのままとする。これにより、判定遅延時間３２経過後の位置指令速度３１が一定値以上にならない場合のみゲイン切換信号３４はオフ／オンし、それ以外の場合はゲイン切換信号３４はオフのまま、という２つの状態を作り出すことができる。また、ゲイン切換信号３４がオンのときに、位置指令速度３１の絶対値が０から０より大の変化を検出した場合にはゲイン切換信号３４をオフに戻す。
【００１６】
つぎに位置指令距離の違いに対応できるかについて、図２を用いて説明する。図２において、（ａ）は位置指令距離が短い場合（ショートピッチ）、（ｂ）は位置指令距離が長い場合（ロングピッチ）を示している。それぞれの位置指令速度３１は図に示すとおりであり、ショートピッチの場合は三角波指令、ロングピッチの場合は台形波指令になる。判定閾値３３をショートピッチ時の最大値に設定し、判定遅延時間３２をショートピッチの減速中程度の時間に設定すると、図に示すように、ゲイン切換信号３４は、ショートピッチではオフ／オンの変化があり、ロングピッチではオフのままとなる。まずロングピッチに対し、ゲイン切換信号３４がオフの状態で適用される制御ゲインを最適化する。その後、ショートピッチに対しては、ゲイン切換信号３４がオンの状態で適用される制御ゲインをショートピッチ用に最適化する。このショートピッチ用に最適化した制御ゲインはロングピッチに対しては全く影響を与えないため、独立した最適化を実現できる。また、判定閾値３３や判定遅延時間３２を微調整することでゲイン切換時の衝撃が少ないタイミング、例えばトルク指令２５が０付近、またはモータ速度３０付近などで切り換えるよう調整することができる。
【００１７】
なお、判定遅延時間設定手段９や判定閾値設定手段１０では、判定遅延時間３２や判定閾値３３をパラメータ等で可変にしておき、通信や前面パネル操作などから変更できるようにしておくとよい。
【００１８】
また、位置制御手段１、速度制御手段２、速度フィードフォワード手段４、トルクフィードフォワード手段５にてゲイン切換を行っているが、ゲインを変更したくない部分はゲイン切換信号３４がオン／オフどちらでも同じ制御ゲイン設定にしておけばよい。
【００１９】
また、位置制御手段１内には一般的には位置比例ゲイン、位置積分ゲイン、速度制御手段２内には速度比例ゲイン、速度積分ゲイン、速度フィードフォワード手段４内には、速度フィードフォワードゲイン、速度フィードフォワードフィルタ時定数、トルクフィードフォワード手段５内にはトルクフィードフォワードゲイン、トルクフィードフォワードフィルタ時定数などの各制御ゲインを有し、それぞれにおいてゲイン切換信号３４がオン用、オフ用の２種類のゲインをもっておけばよい。これ以外にも制御系に応じて、加速度フィードバックなどの制御手段を付加し、同様にゲイン切換を行えることは明白である。
【実施例２】
【００２０】
図３は、第２の発明のモータ駆動装置におけるブロックである。図１に対し、ゲイン切換継続時間３５を設定するゲイン切換継続時間設定手段１１を付加した形である。
【００２１】
基本的な構成は実施例１と同じであり、ここでは相違点のみ説明する。ゲイン切換判定手段８では、位置指令速度３１の絶対値が０より大になった時点から判定遅延時間３２経過後に、そのときの位置指令速度３１の絶対値が判定閾値３３以下の場合はゲイン切換信号３４をオンする。位置指令速度３１の絶対値が判定閾値３３より大きい場合はゲイン切換信号３４は初期状態のオフのままとする。ゲイン切換信号３４がオンになった状態からゲイン切換継続時間３５経過後、ゲイン切換信号３４をオフする。
【００２２】
こうすることにより、図４に示すように、ショートピッチ時に、ゲイン切換信号３４がオンしている区間を任意に設定できるようになるため、制御ゲインの最適化の自由度を向上させることができる。
【００２３】
なお、ゲイン切換継続時間設定手段１１では、判定遅延時間設定手段９や判定閾値設定手段１０と同様に、ゲイン切換継続時間３５をパラメータ等で可変にしておき、通信や前面パネル操作などから変更できるようにしておくとよい。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明のモータ駆動装置は、位置決め制御だけでなく、速度制御などにも有用である。
【符号の説明】
【００２５】
１位置制御手段
２速度制御手段
３電流制御手段
４速度フィードフォワード手段
５トルクフィードフォワード手段
６速度検出手段
７位置指令速度検出手段
８ゲイン切換判定手段
９判定遅延時間設定手段
１０判定閾値設定手段
１１ゲイン切換継続時間設定手段
２０位置指令
２１位置偏差
２２位置制御出力
２３速度偏差
２４速度制御出力
２５トルク指令
２６電流制御出力
２７速度フィードフォワード出力
２８トルクフィードフォワード出力
２９モータ位置
３０モータ速度
３１位置指令速度
３２判定遅延時間
３３判定閾値
３４ゲイン切換信号
３５ゲイン切換継続時間

【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ位置を位置指令に追従させるよう制御するモータ制御装置において、ゲイン切換信号にて選択された位置制御ゲインを用いて位置偏差を０に収束させるよう位置制御出力を算出する位置制御手段と、ゲイン切換信号にて選択された速度制御ゲインを用いて速度偏差を０に収束させるよう速度制御出力を算出する速度制御手段と、トルク指令どおりにモータを駆動させるよう電流制御出力を算出する電流制御手段と、ゲイン切換信号にて選択された速度フィードフォワードゲインを用いて位置指令から速度フィードフォーワード出力を算出する速度フィードフォワード手段と、ゲイン切換信号にて選択されたトルクフィードフォワードゲインを用いて速度フィードフォワード出力からトルクフィードフォーワード出力を算出するトルクフィードフォワード手段と、モータ位置からモータ速度を算出する速度検出手段と、位置指令から位置指令速度を算出する位置指令速度検出手段と、位置指令速度と判定遅延時間と判定閾値からゲイン切換信号をオン／オフするゲイン切換判定手段と、判定遅延時間を設定する判定遅延時間設定手段と、判定閾値を設定する判定閾値設定手段とを有し、ゲイン切換判定手段にて判定遅延時間経過後の位置指令速度の絶対値が判定閾値以下であればゲイン切換信号をオンし、判定閾値より大きい場合はゲイン切換信号をオフのままとする構成を具備するモータ駆動装置。
【請求項２】
モータ位置を位置指令に追従させるよう制御するモータ制御装置において、ゲイン切換信号にて選択された位置制御ゲインを用いて位置偏差を０に収束させるよう位置制御出力を算出する位置制御手段と、ゲイン切換信号にて選択された速度制御ゲインを用いて速度偏差を０に収束させるよう速度制御出力を算出する速度制御手段と、トルク指令どおりにモータを駆動させるよう電流制御出力を算出する電流制御手段と、ゲイン切換信号にて選択された速度フィードフォワードゲインを用いて位置指令から速度フィードフォーワード出力を算出する速度フィードフォワード手段と、ゲイン切換信号にて選択されたトルクフィードフォワードゲインを用いて速度フィードフォワード出力からトルクフィードフォーワード出力を算出するトルクフィードフォワード手段と、モータ位置からモータ速度を算出する速度検出手段と、位置指令から位置指令速度を算出する位置指令速度検出手段と、位置指令速度と判定遅延時間と判定閾値からゲイン切換信号をオン／オフするゲイン切換判定手段と、判定遅延時間を設定する判定遅延時間設定手段と、判定閾値を設定する判定閾値設定手段と、ゲイン切換継続時間を設定するゲイン切換継続時間設定手段を有し、ゲイン切換判定手段にて判定遅延時間経過後の位置指令速度の絶対値が判定閾値以下であればゲイン切換継続時間だけゲイン切換信号をオンし、判定閾値より大きい場合はゲイン切換信号をオフのままとする構成を具備するモータ駆動装置。

【図１】