JP2001231280A - 位置制御方法及び位置制御装置 - Google Patents
位置制御方法及び位置制御装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、スティックスリップにより生じる
位置誤差を抑制した位置制御方法及び位置制御装置を提
供することを目的とする。 【解決手段】 本発明による位置制御方法は、角度指令
(θref)とＡＣサーボモータ(7)の回転角(θ)とに基づき
速度制御部(1)にてＡＣサーボモータ(7)への電圧指令(v
ref)を演算し、電圧指令(vref)に基づいてＡＣサーボモ
ータ(7)をＰＩ駆動制御する位置制御方法において、速
度制御部(1)は、ＡＣサーボモータ(7)に接続された制御
対象が静止状態から動き出すと、制御対象のクーロン摩
擦トルク(Dfrc)をＡＣサーボモータの極対数(p)及びモ
ータ巻線の鎖交磁束数(Φfa)で除算して得る電流指令(i
(k)ref)に基づいて電圧指令(vref)を演算し、ＡＣサー
ボモータ駆動制御する構成である。
位置誤差を抑制した位置制御方法及び位置制御装置を提
供することを目的とする。 【解決手段】 本発明による位置制御方法は、角度指令
(θref)とＡＣサーボモータ(7)の回転角(θ)とに基づき
速度制御部(1)にてＡＣサーボモータ(7)への電圧指令(v
ref)を演算し、電圧指令(vref)に基づいてＡＣサーボモ
ータ(7)をＰＩ駆動制御する位置制御方法において、速
度制御部(1)は、ＡＣサーボモータ(7)に接続された制御
対象が静止状態から動き出すと、制御対象のクーロン摩
擦トルク(Dfrc)をＡＣサーボモータの極対数(p)及びモ
ータ巻線の鎖交磁束数(Φfa)で除算して得る電流指令(i
(k)ref)に基づいて電圧指令(vref)を演算し、ＡＣサー
ボモータ駆動制御する構成である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、位置制御方法及び
位置制御装置に関し、特に、スティックスリップを抑制
するようにするための新規な改良に関する。
位置制御装置に関し、特に、スティックスリップを抑制
するようにするための新規な改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の制御方法に用いられてい
た装置としては図４で示される、例えば位置サーボ系制
御装置の構成を挙げることができる。すなわち、位置サ
ーボ系制御装置は、図４のように、速度制御部１と電流
制御部２とをマイナーループとするものである。速度制
御部１の入力側に位置制御部３を設け、また、速度制御
部１及び電流制御部２内に設けた速度積分制御部４、ｄ
軸積分制御部５、ｑ軸積分制御部６及びＡＣサーボモー
タ７を備え、速度制御部１と電流制御部２をそれぞれ積
分制御（ＰＩ制御）することによりロバストな位置サー
ボ系を構成している。このような位置サーボ系制御装置
では、ＡＣサーボモータ７への角度指令θre fとＡＣサ
ーボモータ７の回転角θとに基づき速度制御部１にてＡ
Ｃサーボモータ７への電圧指令ｖrefを演算し、この電
圧指令ｖrefに基づいてＡＣサーボモータ７をＰＩ駆動
制御している。
た装置としては図４で示される、例えば位置サーボ系制
御装置の構成を挙げることができる。すなわち、位置サ
ーボ系制御装置は、図４のように、速度制御部１と電流
制御部２とをマイナーループとするものである。速度制
御部１の入力側に位置制御部３を設け、また、速度制御
部１及び電流制御部２内に設けた速度積分制御部４、ｄ
軸積分制御部５、ｑ軸積分制御部６及びＡＣサーボモー
タ７を備え、速度制御部１と電流制御部２をそれぞれ積
分制御（ＰＩ制御）することによりロバストな位置サー
ボ系を構成している。このような位置サーボ系制御装置
では、ＡＣサーボモータ７への角度指令θre fとＡＣサ
ーボモータ７の回転角θとに基づき速度制御部１にてＡ
Ｃサーボモータ７への電圧指令ｖrefを演算し、この電
圧指令ｖrefに基づいてＡＣサーボモータ７をＰＩ駆動
制御している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の位置サーボ系制
御装置は以上のように構成されていたため、次のような
課題が存在していた。すなわち、速度制御部１の内部に
積分機能付きの速度積分制御部４があり、さらに速度制
御部１の内部に積分機能付きの電流制御部２があるサー
ボ系制御装置において、ＡＣサーボモータ７を駆動して
制御対象（図示せず）を駆動しようとする場合に、制御
対象が目標位置で停止している間は、積分機能により静
止摩擦トルクに相当する電流指令が速度積分制御部４に
積分項として蓄積される。このような制御は、位置偏差
を生じさせることなく制御対象を目標位置に移動させる
ためには必要不可欠であるが、静止摩擦トルクの方が動
摩擦トルクよりも明らかに大きいような状況において、
僅かな位置増分指令等を送信すると、制御対象が静止状
態から動き出したとたんに、制御対象にかかる摩擦トル
クが静止摩擦トルクから動摩擦トルクに変化するため、
位置増分指令が過剰な電流指令となり、制御対象が目標
位置を行き過ぎてしまうスティックスリップ現象が生じ
ていた。
御装置は以上のように構成されていたため、次のような
課題が存在していた。すなわち、速度制御部１の内部に
積分機能付きの速度積分制御部４があり、さらに速度制
御部１の内部に積分機能付きの電流制御部２があるサー
ボ系制御装置において、ＡＣサーボモータ７を駆動して
制御対象（図示せず）を駆動しようとする場合に、制御
対象が目標位置で停止している間は、積分機能により静
止摩擦トルクに相当する電流指令が速度積分制御部４に
積分項として蓄積される。このような制御は、位置偏差
を生じさせることなく制御対象を目標位置に移動させる
ためには必要不可欠であるが、静止摩擦トルクの方が動
摩擦トルクよりも明らかに大きいような状況において、
僅かな位置増分指令等を送信すると、制御対象が静止状
態から動き出したとたんに、制御対象にかかる摩擦トル
クが静止摩擦トルクから動摩擦トルクに変化するため、
位置増分指令が過剰な電流指令となり、制御対象が目標
位置を行き過ぎてしまうスティックスリップ現象が生じ
ていた。
【０００４】特に、位置サーボ系において、零速制御時
（静止時）や微少送り制御を行う場合には、スティック
スリップ現象による振動が発生し、制御性能を悪化させ
る原因となっていた。それは、例えば、位置応答、速度
応答がそれぞれ振動的になったり、また、回転中のモー
タが停止するとき、速度にアンダーシュートがあると静
止摩擦力に阻まれ、モータは目標位置手前で停止してし
まう。さらに、微小送り時では、最大静止摩擦力を超え
るトルクが発生しないため、位置誤差が生じていた。こ
こで速度制御部の補償器に積分器が含まれている場合に
は、これらの位置誤差が積分器に溜まっていき、最大静
止摩擦力を超えると再び回転を始めることがあった。但
し、物体が動き始めた瞬間、摩擦負荷は静止摩擦力から
動摩擦力に切り替わり、駆動トルクに対して負荷トルク
が急に小さくなる。このため速度が大きくなりすぎ、目
標位置を通り過ぎてしまう。このような速度の行き過ぎ
による繰り返しがスティックスリップの振動現象となっ
ていた。
（静止時）や微少送り制御を行う場合には、スティック
スリップ現象による振動が発生し、制御性能を悪化させ
る原因となっていた。それは、例えば、位置応答、速度
応答がそれぞれ振動的になったり、また、回転中のモー
タが停止するとき、速度にアンダーシュートがあると静
止摩擦力に阻まれ、モータは目標位置手前で停止してし
まう。さらに、微小送り時では、最大静止摩擦力を超え
るトルクが発生しないため、位置誤差が生じていた。こ
こで速度制御部の補償器に積分器が含まれている場合に
は、これらの位置誤差が積分器に溜まっていき、最大静
止摩擦力を超えると再び回転を始めることがあった。但
し、物体が動き始めた瞬間、摩擦負荷は静止摩擦力から
動摩擦力に切り替わり、駆動トルクに対して負荷トルク
が急に小さくなる。このため速度が大きくなりすぎ、目
標位置を通り過ぎてしまう。このような速度の行き過ぎ
による繰り返しがスティックスリップの振動現象となっ
ていた。
【０００５】本発明は、以上のような課題を解決するた
めになされたもので、特に、スティックスリップの発生
を抑制した位置制御性能の極めて高い位置制御方法を提
供することを目的とする。
めになされたもので、特に、スティックスリップの発生
を抑制した位置制御性能の極めて高い位置制御方法を提
供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の位置制御方法
は、角度指令とＡＣサーボモータの回転角とに基づき速
度制御部にてＡＣサーボモータへの電圧指令を演算し、
前記電圧指令に基づいて前記ＡＣサーボモータをＰＩ駆
動制御する位置制御方法において、前記速度制御部は、
前記ＡＣサーボモータに接続された制御対象が静止状態
から動き出すと、前記制御対象のクーロン摩擦トルクを
前記ＡＣサーボモータの極対数及びモータ巻線の鎖交磁
束数で除算して得る電流指令に基づいて前記電圧指令を
演算し、前記ＡＣサーボモータ駆動制御する構成であ
り、また、前記電流指令の演算に用いるクーロン摩擦ト
ルクは、前記制御対象にかかる摩擦トルクを角速度と共
に線形的に増大するように近似した摩擦トルク特性に基
づいて得たクーロン摩擦トルクである構成であり、ま
た、前記制御対象が動き出したことは前記ＡＣサーボモ
ータの角速度に基づいて検出され、前記制御対象のクー
ロン摩擦トルクに基づく前記電流指令の演算は、ω(k-
1)＝０からω(k)≠０となった場合にのみ行われる構成
であり、また、前記速度制御部の電流制御部内にｑ軸電
流積分制御部を備え、前記ｑ軸電流積分制御部におい
て、前記速度積分制御部から出力される前記電流指令に
前記ＡＣサーボモータのインピーダンスを乗算して得ら
れる電圧指令を演算し、前記電圧指令に基づいて前記Ａ
Ｃサーボモータを駆動制御する構成であり、さらに、前
記クーロン摩擦トルクは、外乱オブザーバの検出値に基
づいて予め演算された値である構成である。また、本発
明の位置制御装置は、前記のいずれかの制御方法を行う
制御手段を備え、前記制御手段は前記ＡＣサーボモータ
を駆動する構成である。
は、角度指令とＡＣサーボモータの回転角とに基づき速
度制御部にてＡＣサーボモータへの電圧指令を演算し、
前記電圧指令に基づいて前記ＡＣサーボモータをＰＩ駆
動制御する位置制御方法において、前記速度制御部は、
前記ＡＣサーボモータに接続された制御対象が静止状態
から動き出すと、前記制御対象のクーロン摩擦トルクを
前記ＡＣサーボモータの極対数及びモータ巻線の鎖交磁
束数で除算して得る電流指令に基づいて前記電圧指令を
演算し、前記ＡＣサーボモータ駆動制御する構成であ
り、また、前記電流指令の演算に用いるクーロン摩擦ト
ルクは、前記制御対象にかかる摩擦トルクを角速度と共
に線形的に増大するように近似した摩擦トルク特性に基
づいて得たクーロン摩擦トルクである構成であり、ま
た、前記制御対象が動き出したことは前記ＡＣサーボモ
ータの角速度に基づいて検出され、前記制御対象のクー
ロン摩擦トルクに基づく前記電流指令の演算は、ω(k-
1)＝０からω(k)≠０となった場合にのみ行われる構成
であり、また、前記速度制御部の電流制御部内にｑ軸電
流積分制御部を備え、前記ｑ軸電流積分制御部におい
て、前記速度積分制御部から出力される前記電流指令に
前記ＡＣサーボモータのインピーダンスを乗算して得ら
れる電圧指令を演算し、前記電圧指令に基づいて前記Ａ
Ｃサーボモータを駆動制御する構成であり、さらに、前
記クーロン摩擦トルクは、外乱オブザーバの検出値に基
づいて予め演算された値である構成である。また、本発
明の位置制御装置は、前記のいずれかの制御方法を行う
制御手段を備え、前記制御手段は前記ＡＣサーボモータ
を駆動する構成である。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、図面と共に本発明による位
置制御方法の好適な実施の形態について詳細に説明す
る。なお、従来装置と同一または同等部分には同一符号
を付し、その説明を省略する。
置制御方法の好適な実施の形態について詳細に説明す
る。なお、従来装置と同一または同等部分には同一符号
を付し、その説明を省略する。
【０００８】本発明による位置制御方法を実現するため
の制御装置は、図１に示すように、外乱オブザーバ１０
およびクーロン摩擦同定アルゴリズム手段１１を備え
る。サーボ系の外乱である摩擦トルクは、一般に動摩擦
力と静止摩擦力に分けることができ、それぞれ図２のよ
うな特性を持つことが知られている。物体が動いている
場合に生じる動摩擦トルクには、クーロン摩擦トルクＤ
frcのような固定成分（オフセット成分）と、速度に比
例して大きさが変化する粘性摩擦成分Ｄωがある。動摩
擦力はこれらの摩擦力の和で表され、極低速や速度零付
近では特性が非線形的に変化する。一方、静止摩擦力
は、物体が静止している場合において、一定の値となる
わけではなく、クーロンの作用・反作用の法則にしたが
って最大静止摩擦力（Ｓmaxと−Ｓmax）の間で値が変化
する。
の制御装置は、図１に示すように、外乱オブザーバ１０
およびクーロン摩擦同定アルゴリズム手段１１を備え
る。サーボ系の外乱である摩擦トルクは、一般に動摩擦
力と静止摩擦力に分けることができ、それぞれ図２のよ
うな特性を持つことが知られている。物体が動いている
場合に生じる動摩擦トルクには、クーロン摩擦トルクＤ
frcのような固定成分（オフセット成分）と、速度に比
例して大きさが変化する粘性摩擦成分Ｄωがある。動摩
擦力はこれらの摩擦力の和で表され、極低速や速度零付
近では特性が非線形的に変化する。一方、静止摩擦力
は、物体が静止している場合において、一定の値となる
わけではなく、クーロンの作用・反作用の法則にしたが
って最大静止摩擦力（Ｓmaxと−Ｓmax）の間で値が変化
する。
【０００９】本発明では、図３に示すように、動摩擦力
の摩擦トルクの特性をマクロ的にとらえ、極低速域での
特性の非線形的な変化を無視して線形的に変化する特性
としてとらえると共に、クーロン摩擦力と粘性摩擦係数
が速度に対して対称となるモデル、即ち、角速度ωの正
負で絶対値が等しく符号の反転した特性を用いる。この
ような動摩擦トルクは式１で表すことができる。
の摩擦トルクの特性をマクロ的にとらえ、極低速域での
特性の非線形的な変化を無視して線形的に変化する特性
としてとらえると共に、クーロン摩擦力と粘性摩擦係数
が速度に対して対称となるモデル、即ち、角速度ωの正
負で絶対値が等しく符号の反転した特性を用いる。この
ような動摩擦トルクは式１で表すことができる。
【００１０】
【数１】
【００１１】ここに、Ｄは粘性摩擦係数、Ｄfrcはクー
ロン摩擦力、ωは物体の速度を示しており、クーロン摩
擦力Ｄfrcはクーロン摩擦同定アルゴリズム手段１１に
おいて外乱オブザーバ１０の検出値および角速度ωに基
づいて予め演算された値である。静止摩擦力は、作用・
反作用の法則から、物体に加わる力、即ちアクチュエー
タの発生トルクと外力の大きさとなり、式２で表すこと
ができる。
ロン摩擦力、ωは物体の速度を示しており、クーロン摩
擦力Ｄfrcはクーロン摩擦同定アルゴリズム手段１１に
おいて外乱オブザーバ１０の検出値および角速度ωに基
づいて予め演算された値である。静止摩擦力は、作用・
反作用の法則から、物体に加わる力、即ちアクチュエー
タの発生トルクと外力の大きさとなり、式２で表すこと
ができる。
【００１２】
【数２】
【００１３】但し、Ｓf＜｜Ｓfmax｜であり、ここに、
ｐはモータの極対数、Φfaはモータ巻線の鎖交磁束数、
Ｉqは電機子電流、ＴLは外力である。
ｐはモータの極対数、Φfaはモータ巻線の鎖交磁束数、
Ｉqは電機子電流、ＴLは外力である。
【００１４】そして、本発明の位置制御方法は、ＡＣサ
ーボモータ７を駆動時にスティックスリップが発生した
後に、図３のように、制御対象にかかる摩擦トルクを角
速度ωと共に線形的に増大するように近似してモデル化
した摩擦トルクを用いて制御を行うものである。スティ
ックスリップが発生したことは、クーロン摩擦同定アル
ゴリズム手段１１に送信されるＡＣサーボモータ７の角
速度ωが０でなくなることに基づいて検出することがで
きる。すなわち、制御対象を静止している状態から動か
そうとし、制御対象が動き出してスティックスリップが
発生したときに、速度積分制御部４の積分器定数と出力
を式３に基づいて制御する。
ーボモータ７を駆動時にスティックスリップが発生した
後に、図３のように、制御対象にかかる摩擦トルクを角
速度ωと共に線形的に増大するように近似してモデル化
した摩擦トルクを用いて制御を行うものである。スティ
ックスリップが発生したことは、クーロン摩擦同定アル
ゴリズム手段１１に送信されるＡＣサーボモータ７の角
速度ωが０でなくなることに基づいて検出することがで
きる。すなわち、制御対象を静止している状態から動か
そうとし、制御対象が動き出してスティックスリップが
発生したときに、速度積分制御部４の積分器定数と出力
を式３に基づいて制御する。
【００１５】式３は、クーロン摩擦トルクＤfrcをモー
タのトルク定数ＫＴで除算したものにクーロン摩擦補正
係数αを乗ずることにより電流指令ｉ(k)refを得る式で
ある。このようなαを乗じているのは、モータの駆動開
始時に駆動トルクと摩擦トルクがつり合っていてはモー
タを駆動できないため、駆動開始時にαを１より大きく
することにより、電流指令ｉ(k)refを増大させて十分な
駆動トルクを得るためである。従って、モータ駆動後
は、クーロン摩擦補正係数αの値は１．０になる。この
ような式３による制御は、ω(k)＝０からω(k+1)≠０に
変化したときのｋ番目のサンプリング値である電流指令
ｉ(k)refに対してのみ行われるものである。
タのトルク定数ＫＴで除算したものにクーロン摩擦補正
係数αを乗ずることにより電流指令ｉ(k)refを得る式で
ある。このようなαを乗じているのは、モータの駆動開
始時に駆動トルクと摩擦トルクがつり合っていてはモー
タを駆動できないため、駆動開始時にαを１より大きく
することにより、電流指令ｉ(k)refを増大させて十分な
駆動トルクを得るためである。従って、モータ駆動後
は、クーロン摩擦補正係数αの値は１．０になる。この
ような式３による制御は、ω(k)＝０からω(k+1)≠０に
変化したときのｋ番目のサンプリング値である電流指令
ｉ(k)refに対してのみ行われるものである。
【００１６】
【数３】
【００１７】また、電流制御部２内においても積分制御
を行っている場合には、ＡＣサーボモータのトルク電流
を補償するためのｑ軸積分制御部６の出力を式４に基づ
いて補正する。式４は、ＡＣサーボモータ７の内部イン
ピーダンスＺ（Ｒ、Ｌ成分よりなる）に式３で求めた電
流指令ｉ(k)refを乗算して電圧指令ｖ(k)refを得る式で
ある。なお、式４による制御も式３による制御と同様
に、ω(k)＝０からω(k+1)≠０に変化したときのｋ番目
のサンプリング値である電圧指令ｖ(k)refに対してのみ
行われるものである。
を行っている場合には、ＡＣサーボモータのトルク電流
を補償するためのｑ軸積分制御部６の出力を式４に基づ
いて補正する。式４は、ＡＣサーボモータ７の内部イン
ピーダンスＺ（Ｒ、Ｌ成分よりなる）に式３で求めた電
流指令ｉ(k)refを乗算して電圧指令ｖ(k)refを得る式で
ある。なお、式４による制御も式３による制御と同様
に、ω(k)＝０からω(k+1)≠０に変化したときのｋ番目
のサンプリング値である電圧指令ｖ(k)refに対してのみ
行われるものである。
【００１８】
【数４】
【００１９】このように、本発明によれば、スティック
スリップが発生したときに速度制御部１及び電流制御部
２内の積分定数及び出力を図３に示す摩擦トルクに基づ
いて演算するので、即ち、スティックスリップが発生し
た際に電流指令ｉ(k)ref及び電圧指令ｖrefをリセット
し、上述した式３及び式４に基づいてクーロン摩擦トル
クＤfrcをＡＣサーボモータ７の極対数ｐ及びモータ巻
線の鎖交磁束数Φfaで除算して得る電流指令ｉ(k)refに
基づいて電圧指令ｖrefを演算することにより、ＡＣサ
ーボモータ７を駆動制御するので、瞬時にスティックス
リップの発生を抑制することができ、位置制御性能の非
常に高い位置制御方法を提供することができる。
スリップが発生したときに速度制御部１及び電流制御部
２内の積分定数及び出力を図３に示す摩擦トルクに基づ
いて演算するので、即ち、スティックスリップが発生し
た際に電流指令ｉ(k)ref及び電圧指令ｖrefをリセット
し、上述した式３及び式４に基づいてクーロン摩擦トル
クＤfrcをＡＣサーボモータ７の極対数ｐ及びモータ巻
線の鎖交磁束数Φfaで除算して得る電流指令ｉ(k)refに
基づいて電圧指令ｖrefを演算することにより、ＡＣサ
ーボモータ７を駆動制御するので、瞬時にスティックス
リップの発生を抑制することができ、位置制御性能の非
常に高い位置制御方法を提供することができる。
【００２０】また、このような制御は、ｋ番目の電流指
令(ｉ(k)ref)及び電圧指令(ｖ(k)re f)の演算は、ω(k-
1)＝０からω(k)≠０となった場合にのみ行われ、電流
指令(ｉ(k+1)ref)及び電圧指令(ｖ(k+1)ref)に対して
は、通常のＰＩ制御が行われるため、より制御性能の高
い位置制御方法を提供することができる。なお、以上の
説明においては、電流制御部２内のトルク電流に基づく
演算を行うｑ軸積分制御部６において積分制御（ＰＩ制
御）を行う場合について説明したが、積分制御ではない
通常の制御（Ｐ制御）を行う場合においても、本発明は
同様に実施できるものである。
令(ｉ(k)ref)及び電圧指令(ｖ(k)re f)の演算は、ω(k-
1)＝０からω(k)≠０となった場合にのみ行われ、電流
指令(ｉ(k+1)ref)及び電圧指令(ｖ(k+1)ref)に対して
は、通常のＰＩ制御が行われるため、より制御性能の高
い位置制御方法を提供することができる。なお、以上の
説明においては、電流制御部２内のトルク電流に基づく
演算を行うｑ軸積分制御部６において積分制御（ＰＩ制
御）を行う場合について説明したが、積分制御ではない
通常の制御（Ｐ制御）を行う場合においても、本発明は
同様に実施できるものである。
【００２１】
【発明の効果】本発明の位置制御方法は、角度指令とＡ
Ｃサーボモータの回転角とに基づき速度制御部にてＡＣ
サーボモータへの電圧指令を演算し、前記電圧指令に基
づいて前記ＡＣサーボモータをＰＩ駆動制御する位置制
御方法において、前記速度制御部は、前記ＡＣサーボモ
ータに接続された制御対象が静止状態から動き出すと、
前記制御対象のクーロン摩擦トルクを前記ＡＣサーボモ
ータの極対数及びモータ巻線の鎖交磁束数で除算して得
る電流指令に基づいて前記電圧指令を演算し、前記ＡＣ
サーボモータ駆動制御するので、制御対象が静止状態か
ら動き出したときにスティックスリップが発生すること
のない位置制御性能の極めて高い位置制御方法を提供す
ることができる。また、前記電流指令の演算に用いるク
ーロン摩擦トルクは、前記制御対象にかかる摩擦トルク
を角速度と共に線形的に増大するように近似した摩擦ト
ルク特性に基づいて得たクーロン摩擦トルクであるの
で、スティックスリップの発生を確実に抑制した位置制
御方法を提供することができる。また、前記制御対象が
動き出したことは前記ＡＣサーボモータの角速度に基づ
いて検出され、前記制御対象のクーロン摩擦トルクに基
づく前記電流指令の演算は、ω(k-1)＝０からω(k)≠０
となった場合にのみ行われるので、ｋ番目の電流指令(i
(k)ref)による位置制御においてスティックスリップに
よる位置誤差を生じさせることなく、かつ、その前後で
は通常通りの制御を行うことにより、当該制御による弊
害の発生することのない極めて制御性能の高い位置制御
方法を提供することができる。また、前記速度制御部の
電流制御部内にｑ軸電流積分制御部を備え、前記ｑ軸電
流積分制御部において、前記速度積分制御部から出力さ
れる前記電流指令に前記ＡＣサーボモータのインピーダ
ンスを乗算して得られる電圧指令を演算し、前記電圧指
令に基づいて前記ＡＣサーボモータを駆動制御するの
で、ｑ軸電流制御がＰＩ制御される場合においても、ス
ティックスリップの発生を確実に抑制した極めて制御性
能の高い位置制御方法を提供することができる。さら
に、前記クーロン摩擦トルクは、外乱オブザーバの検出
値に基づいて予め演算された値であるので、制御性の高
さを確保しつつ、より簡単に位置制御を行うことのでき
る位置制御方法を提供することができる。また、本発明
の位置制御装置は、前記のいずれかの制御方法を行う制
御手段を備え、前記制御手段は前記ＡＣサーボモータを
駆動するので、制御対象が静止状態から動き出したとき
にスティックスリップが発生することのない位置制御性
能の極めて高い位置制御装置を提供することができる。
Ｃサーボモータの回転角とに基づき速度制御部にてＡＣ
サーボモータへの電圧指令を演算し、前記電圧指令に基
づいて前記ＡＣサーボモータをＰＩ駆動制御する位置制
御方法において、前記速度制御部は、前記ＡＣサーボモ
ータに接続された制御対象が静止状態から動き出すと、
前記制御対象のクーロン摩擦トルクを前記ＡＣサーボモ
ータの極対数及びモータ巻線の鎖交磁束数で除算して得
る電流指令に基づいて前記電圧指令を演算し、前記ＡＣ
サーボモータ駆動制御するので、制御対象が静止状態か
ら動き出したときにスティックスリップが発生すること
のない位置制御性能の極めて高い位置制御方法を提供す
ることができる。また、前記電流指令の演算に用いるク
ーロン摩擦トルクは、前記制御対象にかかる摩擦トルク
を角速度と共に線形的に増大するように近似した摩擦ト
ルク特性に基づいて得たクーロン摩擦トルクであるの
で、スティックスリップの発生を確実に抑制した位置制
御方法を提供することができる。また、前記制御対象が
動き出したことは前記ＡＣサーボモータの角速度に基づ
いて検出され、前記制御対象のクーロン摩擦トルクに基
づく前記電流指令の演算は、ω(k-1)＝０からω(k)≠０
となった場合にのみ行われるので、ｋ番目の電流指令(i
(k)ref)による位置制御においてスティックスリップに
よる位置誤差を生じさせることなく、かつ、その前後で
は通常通りの制御を行うことにより、当該制御による弊
害の発生することのない極めて制御性能の高い位置制御
方法を提供することができる。また、前記速度制御部の
電流制御部内にｑ軸電流積分制御部を備え、前記ｑ軸電
流積分制御部において、前記速度積分制御部から出力さ
れる前記電流指令に前記ＡＣサーボモータのインピーダ
ンスを乗算して得られる電圧指令を演算し、前記電圧指
令に基づいて前記ＡＣサーボモータを駆動制御するの
で、ｑ軸電流制御がＰＩ制御される場合においても、ス
ティックスリップの発生を確実に抑制した極めて制御性
能の高い位置制御方法を提供することができる。さら
に、前記クーロン摩擦トルクは、外乱オブザーバの検出
値に基づいて予め演算された値であるので、制御性の高
さを確保しつつ、より簡単に位置制御を行うことのでき
る位置制御方法を提供することができる。また、本発明
の位置制御装置は、前記のいずれかの制御方法を行う制
御手段を備え、前記制御手段は前記ＡＣサーボモータを
駆動するので、制御対象が静止状態から動き出したとき
にスティックスリップが発生することのない位置制御性
能の極めて高い位置制御装置を提供することができる。
【図１】本発明による位置制御方法に使用する制御系を
概略的に示す構成図である。
概略的に示す構成図である。
【図２】ＡＣサーボモータの角速度に対する摩擦トルク
の特性を示す特性図である。
の特性を示す特性図である。
【図３】本発明において用いるモデル化した摩擦特性を
示す特性図である。
示す特性図である。
【図４】従来の位置制御方法に使用する制御系を概略的
に示す構成図である。
に示す構成図である。
【符号の説明】 １ 速度制御部 ２ 電流制御部 ３ 位置制御部 ４ 速度積分制御部 ５ ｄ軸積分制御部 ６ ｑ軸積分制御部 ７ ＡＣサーボモータ １０ 外乱オブザーバ １１ クーロン摩擦同定アルゴリズム手段 Ｄfrc クーロン摩擦トルク Ｄω 粘性摩擦成分 ＫＴ トルク定数 Ｉq 電機子電流 ｉ(k)ref 電流指令 ｐ モータの極対数 ＴL 外力 ｖ(k)ref 電圧指令 Ｚ 内部インピーダンス Φfa モータ巻線の鎖交磁束数
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高羽 秀明 長野県飯田市大休1879番地 多摩川精機株 式会社内 Ｆターム(参考） 5H303 BB01 BB06 CC07 DD02 JJ01 JJ09 KK02 KK03 5H550 BB05 BB10 DD10 FF07 GG01 GG03 GG05 JJ22 JJ24 JJ25 LL34 5H576 BB04 DD10 FF07 GG01 GG02 GG04 JJ22 JJ24 LL01 LL22 LL41
Claims (6)
- 【請求項１】 角度指令(θref)とＡＣサーボモータ(7)
の回転角(θ)とに基づき速度制御部(1)にてＡＣサーボ
モータ(7)への電圧指令(vref)を演算し、前記電圧指令
(vref)に基づいて前記ＡＣサーボモータ(7)をＰＩ駆動
制御する位置制御方法において、前記速度制御部(1)
は、前記ＡＣサーボモータ(7)に接続された制御対象が
静止状態から動き出すと、前記制御対象のクーロン摩擦
トルク(Dfrc)を前記ＡＣサーボモータの極対数(p)及び
モータ巻線の鎖交磁束数(Φfa)で除算して得る電流指令
(i(k)ref)に基づいて前記電圧指令(vref)を演算し、前
記ＡＣサーボモータを駆動制御することを特徴とする位
置制御方法。 - 【請求項２】 前記電流指令(i(k)ref)の演算に用いる
クーロン摩擦トルク(Dfrc)は、前記制御対象にかかる摩
擦トルクを角速度(ω)と共に線形的に増大するように近
似した摩擦トルク特性に基づいて得たクーロン摩擦トル
ク(Dfrc)であることを特徴とする請求項１記載の位置制
御方法。 - 【請求項３】 前記制御対象が動き出したことは前記Ａ
Ｃサーボモータ(7)の角速度(ω)に基づいて検出され、
前記制御対象のクーロン摩擦トルク(Dfrc)に基づく前記
電流指令(i(k)ref)の演算は、ω(k-1)＝０からω(k)≠
０となった場合にのみ行われることを特徴とする請求項
１または２記載の位置制御方法。 - 【請求項４】 前記速度制御部(1)の電流制御部(2)内に
ｑ軸電流積分制御部(6)を備え、前記ｑ軸電流積分制御
部(6)において、前記速度積分制御部(4)から出力される
前記電流指令(i(k)ref)に前記ＡＣサーボモータ(7)のイ
ンピーダンス(Z)を乗算して得られる電圧指令(v(k)ref)
を演算し、前記電圧指令(v(k)ref)に基づいて前記ＡＣ
サーボモータを駆動制御することを特徴とする請求項１
ないし４のいずれか記載の位置制御方法。 - 【請求項５】 前記クーロン摩擦トルク(Dfrc)は、外乱
オブザーバ(10)の検出値に基づいて予め演算された値で
あることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか記載
の位置制御方法。 - 【請求項６】 請求項１ないし請求項５のいずれか記載
の制御方法を行う制御手段(1,2,4,6,7,10)を備え、前記
制御手段(1,2,4,6,7,10)は前記ＡＣサーボモータ(7)を
駆動することを特徴とする位置制御装置。
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| JP2000033594A JP3652202B2 (ja) | 2000-02-10 | 2000-02-10 | 位置制御方法及び位置制御装置 |
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