JP7200560B2 - Servo controller and servo system - Google Patents

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Description

本発明は、エンコーダにより回転子位置を検出しながらモータを駆動するサーボ制御装置及びサーボシステムに関し、特にモータの低速回転時にも高精度に位置制御を行うための技術に関する。 The present invention relates to a servo control device and a servo system that drive a motor while detecting the position of a rotor with an encoder, and more particularly to a technique for performing position control with high accuracy even when the motor rotates at low speed.

駆動対象物の位置や速度を制御するサーボ制御装置では、モータの回転子位置の検出にエンコーダが用いられており、この種のエンコーダでは、物理的な目盛間隔（ロータリーエンコーダであれば、隣り合うスリット相互の間隔）を更に内挿することで高い分解能を実現している。
しかし、内挿には誤差が存在するため、エンコーダによる位置検出値には、前述した物理的目盛間隔を周期とした周期的誤差が含まれる。このような周期的誤差を含む位置検出値やこれを微分した速度検出値を用いて位置制御、速度制御を行う場合、モータ及びモータに結合された駆動対象物には振動が発生する。 In a servo control device that controls the position and speed of a driven object, an encoder is used to detect the rotor position of a motor. A high resolution is realized by further interpolating the interval between the slits.
However, since there is an error in the interpolation, the position detection value by the encoder contains a periodic error with the period of the physical scale intervals described above. When position control and speed control are performed using a position detection value including such a periodic error and a speed detection value obtained by differentiating the same, vibration is generated in the motor and the object to be driven coupled to the motor.

上述した位置検出値の内挿誤差に起因する振動の抑制手段として、例えば特許文献１には、位置検出値をノッチフィルタ処理する位置検出器が記載されている。
図５は、この位置検出器５０のブロック図であり、６０はモータ（図示せず）により駆動される位置検出対象、５０ａは位置検出部、５０ｂは検出位置に応じた誤差を補正量として出力する位置検出補正データ部、５０ｃは補正前位置検出値と補正量とを加算して補正後位置検出値を演算する加算器、５０ｄは補正後位置検出値を微分して速度を算出する速度算出部、５０ｅは算出速度に応じたノッチ周波数を設定するノッチフィルタ周波数設定部、５０ｆは補正後位置検出値からノッチ周波数成分を除去するノッチフィルタ部である。
この従来技術は、位置検出値の内挿誤差に起因する振動の周波数がモータ速度に依存する点に着目したものであり、算出速度に応じてノッチ周波数を変化させることにより上記の振動を抑制している。 As means for suppressing the vibration caused by the interpolation error of the position detection value described above, for example, Patent Document 1 describes a position detector that notch-filters the position detection value.
FIG. 5 is a block diagram of the position detector 50. 60 is a position detection target driven by a motor (not shown), 50a is a position detection unit, and 50b outputs an error corresponding to the detected position as a correction amount. 50c is an adder for calculating the post-correction position detection value by adding the pre-correction position detection value and the correction amount; and 50d is a speed calculator for calculating the speed by differentiating the post-correction position detection value. 50e is a notch filter frequency setting unit that sets a notch frequency according to the calculated speed; 50f is a notch filter unit that removes the notch frequency component from the position detection value after correction.
This prior art focuses on the fact that the frequency of vibration caused by the interpolation error of the position detection value depends on the motor speed, and suppresses the above vibration by changing the notch frequency according to the calculated speed. ing.

また、特許文献２には、モータの回転周波数と位置検出器の物理的な目盛数によって決まる基本周波数の整数倍周波数を持つ正弦波を複数合成して補正量を生成し、この補正量を用いて、位置検出値の内挿誤差に起因した速度検出誤差を低減するモータ制御装置が記載されている。
図６は、このモータ制御装置のブロック図であり、５１はモータＭの回転子位置を検出するエンコーダ等の位置検出部、５２は位置検出値を微分して速度を求める速度検出部、５３は位置検出値に基づいて補正量を求める補正量算出部、５４は速度検出値を補正する減算器、５５は速度指令生成部、５６は補正後の速度検出値が速度指令に一致するようにトルク指令を生成するトルク指令生成部、５７はトルク指令に従い半導体スイッチング素子をオン・オフさせてモータＭを駆動する電力変換器である。 Further, in Patent Document 2, a correction amount is generated by synthesizing a plurality of sine waves having an integer multiple frequency of the fundamental frequency determined by the rotation frequency of the motor and the physical scale number of the position detector, and the correction amount is used. A motor controller is described that reduces speed detection errors caused by interpolation errors in position detection values.
FIG. 6 is a block diagram of this motor control device. Reference numeral 51 denotes a position detector such as an encoder for detecting the rotor position of the motor M; 54 is a subtractor for correcting the detected speed value; 55 is a speed command generator; 56 is torque so that the corrected speed detected value matches the speed command; A torque command generator 57 for generating a command is a power converter that drives the motor M by turning on/off a semiconductor switching element according to the torque command.

図７は、特許文献２における速度検出値の補正原理を示している。
図６の速度検出部５２から出力される速度検出値には、位置検出部５１に固有の内挿誤差に起因して周期λで繰り返し発生する速度検出誤差が含まれる。補正量算出部５３は、位置検出値に基づいて生成した複数の正弦波を重ね合わせて補正量を算出し、減算器５４により上記補正量を速度検出値（速度検出誤差）から減算して速度検出誤差を低減している。 FIG. 7 shows the principle of correcting the speed detection value in Patent Document 2. As shown in FIG.
The speed detection value output from the speed detection unit 52 in FIG. 6 includes a speed detection error that occurs repeatedly at a period λ due to an interpolation error specific to the position detection unit 51 . A correction amount calculator 53 calculates a correction amount by superimposing a plurality of sine waves generated based on the position detection value, and subtracts the correction amount from the speed detection value (speed detection error) by a subtractor 54 to obtain the speed. It reduces detection error.

特開平１１－２５９１１０号公報（［０００９］～［００１２］、図１等）Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-259110 ([0009] to [0012], FIG. 1, etc.) 特許第５８５０９６０号公報（［００１８］～［００２６］、図１，図２等）Japanese Patent No. 5850960 ([0018] to [0026], FIG. 1, FIG. 2, etc.)

特許文献１に記載された従来技術では、位置制御や速度制御の応答速度に対してノッチ周波数が十分高い場合には問題ないが、モータを極低速で運転する場合には、ノッチフィルタ部５０ｆに設定されるノッチ周波数が低くなり、位置制御や速度制御に悪影響を及ぼす恐れがある。 In the prior art disclosed in Patent Document 1, there is no problem when the notch frequency is sufficiently high relative to the response speed of position control or speed control. The notch frequency to be set becomes low, which may adversely affect position control and speed control.

また、特許文献２に記載された従来技術については、これをそのまま位置制御系にも適用することができない。すなわち、位置制御系では一般に、位置指令と位置検出値とから速度指令を生成し、この速度指令と速度検出値とを用いてトルク指令を生成する。このため、特許文献２に記載の技術を用いて速度検出値を補正したとしても、位置検出値には内挿誤差による周期的誤差が含まれており、この位置検出値に基づいて生成された速度指令にも誤差が含まれ、結果的にトルク指令にも周期的誤差が含まれる。
従って、特許文献２により速度指令値に対して行う補正と同様の補正を位置検出値に対して行おうとすると、補正のためのパラメータ調整が難しくなるという問題がある。 In addition, the prior art described in Patent Document 2 cannot be applied to the position control system as it is. That is, the position control system generally generates a speed command from a position command and a detected position value, and generates a torque command using this speed command and the detected speed value. Therefore, even if the detected speed value is corrected using the technique described in Patent Document 2, the detected position value contains a periodic error due to the interpolation error. The speed command also contains errors, and as a result, the torque command also contains periodic errors.
Therefore, if the position detection value is corrected in the same way as the speed command value is corrected according to Patent Document 2, there is a problem that the parameter adjustment for the correction becomes difficult.

そこで、本発明の解決課題は、モータを極低速で駆動する場合も含めて、簡単な構成により位置検出値の内挿誤差を補正して高精度な位置制御を可能にしたサーボ制御装置及びサーボシステムを提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a servo control apparatus and a servo control apparatus which enable highly accurate position control by correcting an interpolation error of a position detection value with a simple configuration, including when a motor is driven at an extremely low speed. It is to provide a system.

上記課題を解決するため、請求項１に係るサーボ制御装置は、エンコーダにより得たモータの回転子の位置検出値を補正用パラメータに従って補正する位置検出値補正部と、
前記位置検出値補正部から出力される補正後位置検出値から速度検出値を算出する速度検出部と、
前記回転子の位置指令と前記補正後位置検出値とから速度指令を生成する位置制御部と、
前記速度指令と前記速度検出値とからトルク指令を生成する速度制御部と、
前記トルク指令に基づいて前記モータにトルク電流を通流させる電流制御部と、
前記エンコーダの物理的目盛間隔の内挿誤差に起因する位置検出誤差を複数の正弦波状関数の和によって近似するための関数パラメータを、検出誤差情報として出力する検出誤差情報生成部と、
所定の運転条件の下で、前記検出誤差情報に基づいて前記補正用パラメータを更新可能とする補正用パラメータ調整部と、を備えたことを特徴とする。 In order to solve the above problem, a servo control device according to claim 1 includes a position detection value correcting unit that corrects a position detection value of a rotor of a motor obtained by an encoder according to a correction parameter;
a speed detection unit that calculates a speed detection value from the corrected position detection value output from the position detection value correction unit;
a position control unit that generates a speed command from the rotor position command and the corrected position detection value;
a speed control unit that generates a torque command from the speed command and the speed detection value;
a current control unit that causes a torque current to flow through the motor based on the torque command;
a detection error information generator that outputs, as detection error information, a function parameter for approximating a position detection error caused by an interpolation error of a physical scale interval of the encoder by a sum of a plurality of sinusoidal functions;
and a correction parameter adjustment unit that can update the correction parameter based on the detected error information under predetermined operating conditions.

請求項２に係るサーボ制御装置は、請求項１に記載したサーボ制御装置において、
前記運転条件が、速度指令または速度検出値の大きさが所定の速度下限値以上であり、かつ、前記速度指令または前記速度検出値の瞬時値と当該瞬時値をローパスフィルタに通した値との差の絶対値が所定の速度変動上限値以下である状態が、所定時間以上継続するという条件であることを特徴とする。 A servo control device according to claim 2 is the servo control device according to claim 1,
The operating condition is that the magnitude of the speed command or the speed detection value is equal to or greater than a predetermined speed lower limit, and the instantaneous value of the speed command or the speed detection value and the value obtained by passing the instantaneous value through a low-pass filter. The condition is that the absolute value of the difference is equal to or less than a predetermined speed fluctuation upper limit value and continues for a predetermined time or longer.

請求項３に係るサーボ制御装置は、請求項１または２に記載したサーボ制御装置において、
前記検出誤差情報は、前記エンコーダの物理的目盛を所定の自然数により除算した値を単位周期とし、かつ、前記位置検出値または前記補正後位置検出値に基づいて算出した物理的目盛内位置を位相とする信号を前記複数の正弦波状関数にそれぞれ入力した場合の出力と、前記位置検出値の微分値を第１のカットオフ周波数を有するハイパスフィルタに通して得た出力と、の乗算結果を、第２のカットオフ周波数を有するローパスフィルタに通した値であることを特徴とする。 A servo control device according to claim 3 is the servo control device according to claim 1 or 2,
The detection error information has a unit period of a value obtained by dividing the physical scale of the encoder by a predetermined natural number, and a phase of a position within the physical scale calculated based on the detected position value or the detected position value after correction. and the output obtained by passing the differentiated value of the position detection value through a high-pass filter having a first cutoff frequency. It is characterized by being a value passed through a low-pass filter having a second cutoff frequency.

請求項４に係るサーボ制御装置は、請求項３に記載したサーボ制御装置において、
前記第１のカットオフ周波数及び前記第２のカットオフ周波数が、前記モータを速度下限値にて運転した時の前記位置検出値の微分値に含まれるリプルの周波数より低いことを特徴とする A servo control device according to claim 4 is the servo control device according to claim 3,
The first cutoff frequency and the second cutoff frequency are lower than the ripple frequency included in the differential value of the position detection value when the motor is operated at the lower speed limit.

請求項５に係るサーボシステムは、エンコーダによる回転子の位置検出値を補正するための補正用パラメータが記憶される不揮発メモリを備えたモータと、
前記位置検出値を前記補正用パラメータに従って補正する位置検出値補正部、前記位置検出値補正部から出力される補正後位置検出値から速度検出値を算出する速度検出部、前記回転子の位置指令と前記補正後位置検出値とから速度指令を生成する位置制御部、前記速度指令と前記速度検出値とからトルク指令を生成する速度制御部、前記トルク指令に基づいて前記モータにトルク電流を通流させる電流制御部、前記エンコーダの物理的目盛間隔の内挿誤差に起因する位置検出誤差を複数の正弦波状関数の和によって近似するための関数パラメータを検出誤差情報として出力する検出誤差情報生成部、及び、所定の運転条件の下で前記検出誤差情報に基づいて前記補正用パラメータを更新可能とする補正用パラメータ調整部、を備えた制御装置と、
を備え、
前記制御装置の起動時に、前記補正用パラメータ調整部が前記不揮発メモリから前記補正用パラメータを読み出すことを特徴とする。 A servo system according to claim 5 is a motor having a non-volatile memory that stores a correction parameter for correcting a position detection value of a rotor by an encoder;
A position detection value correction section for correcting the position detection value according to the correction parameter, a speed detection section for calculating a speed detection value from the corrected position detection value output from the position detection value correction section, and a rotor position command. and the corrected position detection value to generate a speed command, a speed control unit to generate a torque command from the speed command and the speed detection value, and a torque current to the motor based on the torque command. A current control unit for causing current to flow, and a detection error information generation unit for outputting, as detection error information, function parameters for approximating a position detection error caused by an interpolation error of the physical scale intervals of the encoder by summing a plurality of sinusoidal functions. , and a correction parameter adjustment unit that can update the correction parameter based on the detection error information under a predetermined operating condition;
with
The correction parameter adjusting unit reads out the correction parameter from the nonvolatile memory when the control device is activated.

請求項６に係るサーボシステムは、請求項５に記載したサーボシステムにおいて、
前記運転条件が、速度指令または速度検出値の大きさが所定の速度下限値以上であり、かつ、前記速度指令または前記速度検出値の瞬時値と当該瞬時値をローパスフィルタに通した値との差の絶対値が所定の速度変動上限値以下である状態が、所定時間以上継続するという条件であることを特徴とする。 A servo system according to claim 6 is the servo system according to claim 5,
The operating condition is that the magnitude of the speed command or the speed detection value is equal to or greater than a predetermined speed lower limit, and the instantaneous value of the speed command or the speed detection value and the value obtained by passing the instantaneous value through a low-pass filter. The condition is that the absolute value of the difference is equal to or less than a predetermined speed fluctuation upper limit value and continues for a predetermined time or longer.

請求項７に係るサーボシステムは、請求項５または６に記載したサーボシステムにおいて、
前記検出誤差情報は、前記エンコーダの物理的目盛を所定の自然数により除算した値を単位周期とし、かつ、前記位置検出値または前記補正後位置検出値に基づいて算出した物理的目盛内位置を位相とする信号を前記複数の正弦波状関数にそれぞれ入力した場合の出力と、前記位置検出値の微分値を第１のカットオフ周波数を有するハイパスフィルタに通して得た出力と、の乗算結果を、第２のカットオフ周波数を有するローパスフィルタに通した値であることを特徴とする。 A servo system according to claim 7 is the servo system according to claim 5 or 6,
The detection error information has a unit period of a value obtained by dividing the physical scale of the encoder by a predetermined natural number, and a phase of a position within the physical scale calculated based on the detected position value or the detected position value after correction. and the output obtained by passing the differentiated value of the position detection value through a high-pass filter having a first cutoff frequency. It is characterized by being a value passed through a low-pass filter having a second cutoff frequency.

請求項８に係るサーボシステムは、請求項７に記載したサーボ制御装置において、
前記第１のカットオフ周波数及び前記第２のカットオフ周波数が、前記モータを速度下限値にて運転した時の前記位置検出値の微分値に含まれるリプルの周波数より低いことを特徴とする。 The servo system according to claim 8 is the servo control device according to claim 7,
The first cutoff frequency and the second cutoff frequency are lower than the ripple frequency included in the differential value of the position detection value when the motor is operated at the lower speed limit.

本発明によれば、所定の速度範囲内でモータがほぼ等速運動していることを条件に補正用パラメータを更新して位置検出誤差を補正することにより、モータを極低速で駆動する場合も含めて高精度な位置制御を行うことができる。 According to the present invention, the correction parameters are updated under the condition that the motor is moving at a substantially uniform speed within a predetermined speed range to correct the position detection error. High-precision position control can be performed including.

本発明に係るサーボ制御装置の実施形態を示すブロック図である。1 is a block diagram showing an embodiment of a servo control device according to the present invention; FIG. 図１における検出誤差情報推定部のブロック図である。2 is a block diagram of a detection error information estimator in FIG. 1; FIG. 図１における補正条件調整許可フラグの生成手段のブロック図である。2 is a block diagram of means for generating a correction condition adjustment permission flag in FIG. 1; FIG. 本発明に係るサーボシステムの実施形態を示すブロック図である。1 is a block diagram showing an embodiment of a servo system according to the invention; FIG. 特許文献１に記載された位置検出器のブロック図である。It is a block diagram of the position detector described in patent document 1. FIG. 特許文献２に記載されたモータ制御装置のブロック図である。1 is a block diagram of a motor control device described in Patent Document 2; FIG. 特許文献２における速度検出値の補正原理の説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram of the correction principle of the speed detection value in Patent Document 2;

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明に係るサーボ制御装置を示すブロック図である。図１において、エンコーダ１１により検出したモータＭの回転子の位置検出値は位置検出値補正部１４に入力され、後述する補正用パラメータを用いて位置検出値を補正した補正後位置検出値がフィードバック信号として位置制御部１５に入力されている。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a servo control device according to the present invention. In FIG. 1, the position detection value of the rotor of the motor M detected by the encoder 11 is input to the position detection value correction unit 14, and the corrected position detection value obtained by correcting the position detection value using a correction parameter described later is fed back. It is input to the position control section 15 as a signal.

位置制御部１５では、補正後位置検出値が位置指令に一致するように演算を行って速度指令を出力する。また、補正後位置検出値は速度検出部としての微分手段１６により微分されて速度検出値が求められ、この速度検出値は速度指令と共に速度制御部１７に入力される。
速度制御部１７は速度検出値が速度指令に一致するように演算を行ってトルク指令を生成し、電流制御部１８はこのトルク指令に従ってモータＭに供給するトルク電流を制御している。 The position control unit 15 performs calculations so that the corrected position detection value matches the position command, and outputs a speed command. Further, the corrected position detection value is differentiated by the differentiating means 16 as a speed detection section to obtain a speed detection value, which is input to the speed control section 17 together with the speed command.
The speed control unit 17 performs calculations so that the speed detection value matches the speed command to generate a torque command, and the current control unit 18 controls the torque current supplied to the motor M according to this torque command.

一方、位置検出値は検出誤差情報推定部１２に入力され、この検出誤差情報推定部１２により推定された検出誤差情報が補正用パラメータ調整部１３に入力される。補正用パラメータ調整部１３では、補正条件調整許可フラグがＯＮである場合に、検出誤差情報に基づく補正用パラメータを位置検出値補正部１４に送り、位置検出値補正部１４は上記の補正用パラメータを用いて位置検出値を補正する。なお、補正用パラ―メータは、後述するように、検出誤差情報推定部１２から出力される検出誤差情報としての正弦波を重ね合わせた正弦波状関数の振幅及び位相に相当する。 On the other hand, the detected position value is input to the detection error information estimation section 12 , and the detection error information estimated by the detection error information estimation section 12 is input to the correction parameter adjustment section 13 . When the correction condition adjustment permission flag is ON, the correction parameter adjustment unit 13 sends correction parameters based on the detection error information to the position detection value correction unit 14, and the position detection value correction unit 14 adjusts the correction parameters. is used to correct the position detection value. As will be described later, the correction parameter corresponds to the amplitude and phase of a sinusoidal function obtained by superimposing sinusoidal waves as detection error information output from the detection error information estimating section 12 .

次に、図２は検出誤差情報推定部１２のブロック図である。
図２において、１２ａはエンコーダ１１から出力される位置検出値を微分する微分手段、１２ｂは第１のカットオフ周波数ｆｃ１を有するハイパスフィルタ、１２ｃは位置検出値からエンコーダ１１の物理的目盛間隔（例えば、ロータリーエンコーダの隣り合うスリット相互の間隔）内の位置を抽出する物理的目盛内位置抽出手段、１２ｄは物理的目盛内位置抽出手段１２ｃの出力のｃｏｓ値を演算するｃｏｓ関数、１２ｅは同じくｓｉｎ値を演算するｓｉｎ関数、１２ｆ，１２ｇは各関数１２ｄ，１２ｅの出力とハイパスフィルタ１２ｂの出力とを乗算する乗算手段、１２ｈ，１２ｉは乗算手段１２ｆ，１２ｇの出力がそれぞれ与えられて第２のカットオフ周波数ｆｃ２を有するローパスフィルタであり、これらのローパスフィルタ１２ｈ，１２ｉの出力が検出誤差情報として図１の補正用パラメータ調整部１３に送られている。
この検出誤差情報は、エンコーダ１１の物理的目盛間隔の内挿誤差に起因する位置検出誤差を複数の正弦波状関数の和により近似する関数パラメータとしての意義を有する。 Next, FIG. 2 is a block diagram of the detection error information estimation unit 12. As shown in FIG.
In FIG. 2, 12a is differentiating means for differentiating the detected position value output from the encoder 11, 12b is a high-pass filter having a first cutoff frequency f c1 , and 12c is the physical scale interval of the encoder 11 from the detected position value ( 12d is a cosine function for calculating the cos value of the output of the physical in-scale position extraction means 12c, and 12e is the same 12f and 12g are multiplier means for multiplying the outputs of the functions 12d and 12e and the output of the high-pass filter 12b; The outputs of these low-pass filters 12h and 12i are sent as detection error information to the correction parameter adjusting section 13 in FIG.
This detection error information has significance as a function parameter for approximating the position detection error caused by the interpolation error of the physical graduation interval of the encoder 11 by the sum of a plurality of sinusoidal functions.

図２においては、エンコーダ１１から出力される位置検出値が微分手段１２ａ及び物理的目盛内位置抽出手段１２ｃに入力されているが、図１の位置検出値補正部１４から出力される補正後位置検出値を各手段１２ａ，１２ｃに入力しても良い。
ここで、ハイパスフィルタ１２ｂの第１のカットオフ周波数ｆｃ１、及びローパスフィルタ１２ｈ，１２ｉの第２のカットオフ周波数ｆｃ２は、モータＭを下限速度で運転した場合に位置検出値の微分値、すなわち速度検出値に含まれるリプルの周波数よりも低くなるように設定される。 In FIG. 2, the position detection value output from the encoder 11 is input to the differentiation means 12a and the physical scale position extraction means 12c. A detected value may be input to each means 12a and 12c.
Here, the first cutoff frequency f c1 of the high-pass filter 12b and the second cut-off frequency f c2 of the low-pass filters 12h and 12i are the differential value of the position detection value when the motor M is operated at the lower limit speed, That is, it is set to be lower than the ripple frequency included in the speed detection value.

位置検出値を微分した信号には複数の周波数成分のリプルが含まれる場合があるが、以下では、話を簡単にするために一つの周波数成分に関する検出誤差情報を生成する方法を説明する。
図２において、物理的目盛内位置抽出手段１２ｃは、位置検出値（または補正後位置検出値）からエンコーダ１１の物理的目盛間隔内の位置、すなわち物理的目盛内位置を算出し、物理的目盛間隔を所定の自然数により除算した値を単位周期とし、前記物理的目盛内位置を位相とした信号を生成してｃｏｓ関数１２ｄ及びｓｉｎ関数１２ｅに与える。 Although the signal obtained by differentiating the position detection value may contain ripples of a plurality of frequency components, a method of generating detection error information regarding one frequency component will be described below for the sake of simplicity.
In FIG. 2, the physical scale position extracting means 12c calculates the position within the physical scale interval of the encoder 11 from the detected position value (or the corrected position detected value), that is, the position within the physical scale. A value obtained by dividing the interval by a predetermined natural number is defined as a unit period, and a signal having a phase corresponding to the position within the physical scale is generated and applied to the cos function 12d and the sin function 12e.

位置検出値を微分して得た速度検出値をハイパスフィルタ１２ｂに通し、その出力にｃｏｓ関数１２ｄ及びｓｉｎ関数１２ｅの出力をそれぞれ乗算してローパスフィルタ１２ｈ，１２ｉを通すことにより検出誤差情報を得る。
なお、上記速度検出値に含まれるリプルの周期は、速度検出値にモータ１回転当たりのエンコーダ１１の物理的目盛数と上記自然数とを乗じた値として得られる。 A velocity detection value obtained by differentiating the position detection value is passed through a high-pass filter 12b, the output of which is multiplied by the outputs of a cosine function 12d and a sin function 12e, respectively, and passed through low-pass filters 12h and 12i to obtain detection error information. .
The period of the ripple contained in the speed detection value is obtained by multiplying the speed detection value by the physical scale number of the encoder 11 per one rotation of the motor and the natural number.

エンコーダ１１の物理的目盛間隔の内挿誤差に起因する位置検出誤差は、上記の物理的目盛間隔を単位周期として周期的に発生する。このため、図１の補正用パラメータ調整部１３は、物理的目盛間隔を所定の自然数により除算して得た値を単位周期とする正弦波（ローパスフィルタ１２ｈ，１２ｉから出力される検出誤差情報）を重ね合わせて正弦波状関数を生成し、各単位周期の正弦波状関数の振幅及び位相を補正用パラメータとして位置検出値補正部１４に出力する。 A position detection error caused by an interpolation error of the physical scale interval of the encoder 11 occurs periodically with the physical scale interval as a unit cycle. For this reason, the correction parameter adjustment unit 13 of FIG. 1 uses a sine wave (detection error information output from the low-pass filters 12h and 12i) whose unit period is a value obtained by dividing the physical scale interval by a predetermined natural number. are superimposed to generate a sinusoidal function, and the amplitude and phase of the sinusoidal function of each unit period are output to the position detection value correction unit 14 as correction parameters.

補正用パラメータ調整部１３では、後述する補正条件調整許可フラグがＯＮである場合に限り、検出誤差情報に基づいて補正用パラメータを更新する。
内挿誤差による位置検出誤差の一成分として、実際位置θに対してＡｓｉｎ（Ｎθ＋φ）の検出誤差が生じる場合（Ａは振幅、Ｎはエンコーダのスリット数、φは物理的目盛内位置としての位相）、位置検出値を微分するとＡＮωｃｏｓ（Ｎθ＋φ）（ω＝ｄθ／ｄｔ）なるリプルが生ずる。後述するように、補正条件調整許可フラグがＯＮになるのはほぼ等速運転中とみなせる場合に限定しているので、上記リプルの振幅と位相とが求まれば位置検出誤差に関する振幅と位相とが決まり、これをもって適切な補正用パラメータを得ることができる。 The correction parameter adjustment unit 13 updates the correction parameter based on the detection error information only when a correction condition adjustment permission flag, which will be described later, is ON.
As one component of the position detection error due to the interpolation error, when a detection error of Asin (Nθ + φ) occurs with respect to the actual position θ (A is the amplitude, N is the number of encoder slits, φ is the phase as the position within the physical scale) ), and when the position detection value is differentiated, a ripple ANωcos(Nθ+φ) (ω=dθ/dt) is generated. As will be described later, the correction condition adjustment permission flag is turned ON only when it can be regarded as a substantially constant speed operation. is determined, and appropriate correction parameters can be obtained.

図３は、補正条件調整許可フラグの生成手段を示すブロック図である。この生成手段は、ローパスフィルタ２１、減算手段２２、絶対値検出手段２３，２５、比較手段２４，２６、論理積手段２７、及びオンディレイ手段２８から構成されている。
図３において、補正条件調整許可フラグは、以下の第１の条件及び第２の条件が共に成立している状態（論理積手段２７の出力が「Ｈｉｇｈ」レベル）がオンディレイ手段２８の設定時間以上、継続した場合にＯＮとなる。
すなわち、第１の条件は、速度指令または速度検出値の絶対値が所定の速度下限値以上であること（比較手段２６の出力が「Ｈｉｇｈ」レベル）、第２の条件は、速度指令または速度検出値の瞬時値とこの瞬時値をローパスフィルタに通した値との差の絶対値が、所定の速度変動上限値以下であること（比較手段２４の出力が「Ｈｉｇｈ」レベル）、であり、言い換えれば、所定の速度範囲内でモータＭがほぼ等速運動していることである。
上記の第１，第２の条件は、以下の理由により規定されている。 FIG. 3 is a block diagram showing means for generating a correction condition adjustment permission flag. This generating means comprises a low-pass filter 21, a subtracting means 22, absolute value detecting means 23, 25, comparing means 24, 26, an AND means 27, and an on-delay means .
In FIG. 3, the correction condition adjustment permission flag indicates that the set time of the on-delay means 28 is the state in which the following first condition and second condition are both established (the output of the AND means 27 is "High" level). As described above, it is turned ON when it continues.
That is, the first condition is that the speed command or the absolute value of the speed detection value is equal to or greater than a predetermined speed lower limit (the output of the comparison means 26 is at a "High" level), and the second condition is that the speed command or the speed The absolute value of the difference between the instantaneous value of the detected value and the value obtained by passing this instantaneous value through a low-pass filter is equal to or less than a predetermined speed fluctuation upper limit (the output of the comparison means 24 is at "High"level); In other words, the motor M is moving at a substantially uniform speed within a predetermined speed range.
The above first and second conditions are defined for the following reasons.

まず、第１の条件に関して、速度が下限値より著しく低く、速度のリプル周波数が速度制御のゲイン交差周波数よりも低くなる場合は、適切な検出誤差補正がされていなくても、位置検出誤差に起因する周期的誤差を含んだ速度検出値に見かけ上、速度リプルが抑えられるように速度制御が働き、検出誤差情報推定部１２により得られる検出誤差情報も誤ったものになる。従って、このような場合には補正条件調整許可フラグをＯＦＦにして補正用パラメータを更新しないこととした。 First, regarding the first condition, if the speed is significantly lower than the lower limit value and the ripple frequency of the speed is lower than the gain crossover frequency of the speed control, the position detection error will be The speed control acts to suppress the speed ripple in the speed detection value containing the resulting periodic error, and the detection error information obtained by the detection error information estimator 12 becomes erroneous. Therefore, in such a case, the correction condition adjustment permission flag is turned OFF and the correction parameters are not updated.

次に、第２の条件に関して、位置検出値の微分値に含まれるリプルの振幅及び位相から位置検出誤差に関する振幅及び位相を換算する際には、速度がほぼ一定であること、つまりほぼ等速運転されていることが必要であり、この等速運転状態か否かの判断は、速度の瞬時値とこの瞬時値をローパスフィルタに通した値との差の絶対値（速度変動量）を上限値と比較すれば評価できるためである。
更に、速度に関する上記の第１，第２の条件が成立してから検出誤差情報が正しく得られるようになるのは、少なくとも、図２の各フィルタ１２ｂ，１２ｈ，１２ｉの時定数より時間が十分に経過してからであるため、オンディレイ手段２８を設けている。 Next, regarding the second condition, when converting the amplitude and phase related to the position detection error from the amplitude and phase of the ripple included in the differentiated value of the position detection value, the speed must be substantially constant, that is, the speed must be substantially constant. The judgment as to whether or not the vehicle is in constant speed operation is based on the absolute value of the difference between the instantaneous value of the speed and the value obtained by passing this instantaneous value through a low-pass filter (speed fluctuation amount) as the upper limit. This is because it can be evaluated by comparing with a value.
Furthermore, it takes at least more time than the time constants of the filters 12b, 12h and 12i in FIG. , the on-delay means 28 is provided.

次いで、図４は本発明に係るサーボシステムの実施形態を示すブロック図である。
図１に示したサーボ制御装置の実施形態との相違点は、モータＭと一体的に不揮発メモリ１９を設け、この不揮発メモリ１９に補正用パラメータを記憶するようにした点である。補正用パラメータ調整部１３によって補正用パラメータを更新した際に、その補正用パラメータを不揮発メモリ１９に書き込み、また、制御装置の起動時に不揮発メモリ１９から補正用パラメータを読み出して補正用パラメータ調整部１３に送るように構成されている。 Next, FIG. 4 is a block diagram showing an embodiment of a servo system according to the present invention.
A difference from the embodiment of the servo control device shown in FIG. 1 is that a nonvolatile memory 19 is provided integrally with the motor M, and correction parameters are stored in this nonvolatile memory 19 . When the correction parameter is updated by the correction parameter adjusting unit 13, the correction parameter is written in the nonvolatile memory 19, and when the control device is started, the correction parameter is read out from the nonvolatile memory 19, and the correction parameter adjusting unit 13 configured to send to

上記のように、モータＭ側の不揮発メモリ１９に記憶済みの補正用パラメータをシステムの立ち上げ時に読み出すことにより、サーボ制御装置と組み合わされるモータが変更された場合でも、当該モータと一体化された不揮発メモリ１９内の補正用パラメータが調整済みであれば、補正用パラメータの更なる調整が不要になるという利点がある。 As described above, by reading out the correction parameters stored in the non-volatile memory 19 on the motor M side when starting up the system, even if the motor combined with the servo control device is changed, the motor can be integrated with the motor. If the correction parameters in the non-volatile memory 19 have already been adjusted, there is an advantage that further adjustment of the correction parameters is unnecessary.

Ｍ：モータ
１１：エンコーダ
１２:検出誤差情報推定部
１２ａ：微分手段
１２ｂ：ハイパスフィルタ
１２ｃ：物理的目盛内位置抽出手段
１２ｄ：ｃｏｓ関数
１２ｅ：ｓｉｎ関数
１２ｆ，１２ｇ：乗算手段
１２ｈ，１２ｉ：ローパスフィルタ
１３:補正用パラメータ調整部
１４：位置検出値補正部
１５：位置制御部
１６：微分手段
１７：速度制御部
１８：電流制御部
１９：不揮発メモリ
２１：ローパスフィルタ
２２：減算手段
２３，２５：絶対値検出手段
２４，２６：比較手段
２７：論理積手段
２８：オンディレイ手段 M: motor 11: encoder 12: detection error information estimator 12a: differentiation means 12b: high-pass filter 12c: physical scale position extraction means 12d: cos function 12e: sin function 12f, 12g: multiplication means 12h, 12i: low-pass filter 13: Correction parameter adjustment unit 14: Position detection value correction unit 15: Position control unit 16: Differentiation means 17: Speed control unit 18: Current control unit 19: Non-volatile memory 21: Low pass filter 22: Subtraction means 23, 25: Absolute Value detecting means 24, 26: Comparing means 27: AND means 28: ON-delay means

Claims (8)

エンコーダにより得たモータの回転子の位置検出値を補正用パラメータに従って補正する位置検出値補正部と、
前記位置検出値補正部から出力される補正後位置検出値から速度検出値を算出する速度検出部と、
前記回転子の位置指令と前記補正後位置検出値とから速度指令を生成する位置制御部と、
前記速度指令と前記速度検出値とからトルク指令を生成する速度制御部と、
前記トルク指令に基づいて前記モータにトルク電流を通流させる電流制御部と、
前記エンコーダの物理的目盛間隔の内挿誤差に起因する位置検出誤差を複数の正弦波状関数の和によって近似するための関数パラメータを、検出誤差情報として出力する検出誤差情報生成部と、
所定の運転条件の下で、前記検出誤差情報に基づいて前記補正用パラメータを更新可能とする補正用パラメータ調整部と、
を備えたことを特徴とするサーボ制御装置。 a position detection value correction unit that corrects the position detection value of the rotor of the motor obtained by the encoder according to the correction parameter;
a speed detection unit that calculates a speed detection value from the corrected position detection value output from the position detection value correction unit;
a position control unit that generates a speed command from the rotor position command and the corrected position detection value;
a speed control unit that generates a torque command from the speed command and the speed detection value;
a current control unit that causes a torque current to flow through the motor based on the torque command;
a detection error information generator that outputs, as detection error information, a function parameter for approximating a position detection error caused by an interpolation error of a physical scale interval of the encoder by a sum of a plurality of sinusoidal functions;
a correction parameter adjusting unit capable of updating the correction parameter based on the detection error information under predetermined operating conditions;
A servo control device comprising: 請求項１に記載したサーボ制御装置において、
前記運転条件は、
速度指令または速度検出値の大きさが所定の速度下限値以上であり、かつ、前記速度指令または前記速度検出値の瞬時値と当該瞬時値をローパスフィルタに通した値との差の絶対値が所定の速度変動上限値以下である状態が、所定時間以上継続するという条件であることを特徴としたサーボ制御装置。 In the servo control device according to claim 1,
The operating conditions are
The magnitude of the speed command or the speed detection value is equal to or greater than a predetermined speed lower limit, and the absolute value of the difference between the instantaneous value of the speed command or the speed detection value and the value obtained by passing the instantaneous value through a low-pass filter is A servo control device characterized in that the condition is that a state in which the speed fluctuation is equal to or less than a predetermined upper limit of speed fluctuation continues for a predetermined time or longer. 請求項１または２に記載したサーボ制御装置において、
前記検出誤差情報は、
前記エンコーダの物理的目盛を所定の自然数により除算した値を単位周期とし、かつ、前記位置検出値または前記補正後位置検出値に基づいて算出した物理的目盛内位置を位相とする信号を前記複数の正弦波状関数にそれぞれ入力した場合の出力と、前記位置検出値の微分値を第１のカットオフ周波数を有するハイパスフィルタに通して得た出力と、の乗算結果を、第２のカットオフ周波数を有するローパスフィルタに通した値であることを特徴とするサーボ制御装置。 In the servo control device according to claim 1 or 2,
The detection error information is
The plurality of signals having a unit period of a value obtained by dividing the physical scale of the encoder by a predetermined natural number and a phase of a position within the physical scale calculated based on the position detection value or the corrected position detection value and the output obtained by passing the differentiated value of the position detection value through a high-pass filter having a first cutoff frequency. A servo control device characterized by being a value passed through a low-pass filter having 請求項３に記載したサーボ制御装置において、
前記第１のカットオフ周波数及び前記第２のカットオフ周波数が、前記モータを速度下限値にて運転した時の前記位置検出値の微分値に含まれるリプルの周波数より低いことを特徴とするサーボ制御装置。 In the servo control device according to claim 3,
The servo, wherein the first cutoff frequency and the second cutoff frequency are lower than the ripple frequency included in the differential value of the position detection value when the motor is operated at the lower speed limit. Control device. エンコーダによる回転子の位置検出値を補正するための補正用パラメータが記憶される不揮発メモリを備えたモータと、
前記位置検出値を前記補正用パラメータに従って補正する位置検出値補正部、前記位置検出値補正部から出力される補正後位置検出値から速度検出値を算出する速度検出部、前記回転子の位置指令と前記補正後位置検出値とから速度指令を生成する位置制御部、前記速度指令と前記速度検出値とからトルク指令を生成する速度制御部、前記トルク指令に基づいて前記モータにトルク電流を通流させる電流制御部、前記エンコーダの物理的目盛間隔の内挿誤差に起因する位置検出誤差を複数の正弦波状関数の和によって近似するための関数パラメータを検出誤差情報として出力する検出誤差情報生成部、及び、所定の運転条件の下で前記検出誤差情報に基づいて前記補正用パラメータを更新可能とする補正用パラメータ調整部、を備えた制御装置と、
を備え、
前記制御装置の起動時に、前記補正用パラメータ調整部が前記不揮発メモリから前記補正用パラメータを読み出すことを特徴とするサーボシステム。 a motor having a non-volatile memory that stores a correction parameter for correcting a position detection value of the rotor by an encoder;
A position detection value correction section for correcting the position detection value according to the correction parameter, a speed detection section for calculating a speed detection value from the corrected position detection value output from the position detection value correction section, and a rotor position command. and the corrected position detection value to generate a speed command, a speed control unit to generate a torque command from the speed command and the speed detection value, and a torque current to the motor based on the torque command. A current control unit for causing current to flow, and a detection error information generation unit for outputting, as detection error information, function parameters for approximating a position detection error caused by an interpolation error of the physical scale intervals of the encoder by summing a plurality of sinusoidal functions. , and a correction parameter adjustment unit that can update the correction parameter based on the detection error information under a predetermined operating condition;
with
A servo system according to claim 1, wherein the correction parameter adjusting section reads the correction parameter from the nonvolatile memory when the control device is activated. 請求項５に記載したサーボシステムにおいて、
前記運転条件は、
速度指令または速度検出値の大きさが所定の速度下限値以上であり、かつ、前記速度指令または前記速度検出値の瞬時値と当該瞬時値をローパスフィルタに通した値との差の絶対値が所定の速度変動上限値以下である状態が、所定時間以上継続するという条件であることを特徴としたサーボシステム。 In the servo system according to claim 5,
The operating conditions are
The magnitude of the speed command or the speed detection value is equal to or greater than a predetermined speed lower limit, and the absolute value of the difference between the instantaneous value of the speed command or the speed detection value and the value obtained by passing the instantaneous value through a low-pass filter is A servo system characterized by a condition that a state in which the speed fluctuation is equal to or less than a predetermined upper limit of speed fluctuation continues for a predetermined time or longer. 請求項５または６に記載したサーボシステムにおいて、
前記検出誤差情報は、
前記エンコーダの物理的目盛を所定の自然数により除算した値を単位周期とし、かつ、前記位置検出値または前記補正後位置検出値に基づいて算出した物理的目盛内位置を位相とする信号を前記複数の正弦波状関数にそれぞれ入力した場合の出力と、前記位置検出値の微分値を第１のカットオフ周波数を有するハイパスフィルタに通して得た出力と、の乗算結果を、第２のカットオフ周波数を有するローパスフィルタに通した値であることを特徴とするサーボシステム。 In the servo system according to claim 5 or 6,
The detection error information is
The plurality of signals having a unit period of a value obtained by dividing the physical scale of the encoder by a predetermined natural number and a phase of a position within the physical scale calculated based on the position detection value or the corrected position detection value and the output obtained by passing the differentiated value of the position detection value through a high-pass filter having a first cutoff frequency. A servo system characterized in that the value is low-pass filtered with . 請求項７に記載したサーボシステムにおいて、
前記第１のカットオフ周波数及び前記第２のカットオフ周波数が、前記モータを速度下限値にて運転した時の前記位置検出値の微分値に含まれるリプルの周波数より低いことを特徴とするサーボシステム。 In the servo system as claimed in claim 7,
The servo, wherein the first cutoff frequency and the second cutoff frequency are lower than the ripple frequency included in the differential value of the position detection value when the motor is operated at the lower speed limit. system.
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