JP2001352773A - オンラインオートチューニングサーボ制御装置 - Google Patents
オンラインオートチューニングサーボ制御装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明の目的は、実運転中に負荷イナーシャ変
動が生じた場合においても、高精度なイナーシャ推定を
行い、速度制御部の設定定数を自動修正することによ
り、高性能な位置決めを実現するサーボ制御装置を提供
することにある。 【解決手段】上記目的を達成する本発明の特徴は、速度
指令値の変化幅が所定値以上であれば、トルク電流指令
値と速度指令値よりイナーシャ推定値を求め、前記速度
指令値の変化幅が所定値以下であれば、求めたイナーシ
ャ推定値に基づいて速度制御部の設定定数を自動修正す
ることである。更に、イナーシャ推定演算時に、「負荷
トルク変動」、「トルク電流制限」を検出し、検出の際
には、検出前のイナーシャ推定値に基づいて速度制御部
の設定定数を自動修正することを特徴とする。
動が生じた場合においても、高精度なイナーシャ推定を
行い、速度制御部の設定定数を自動修正することによ
り、高性能な位置決めを実現するサーボ制御装置を提供
することにある。 【解決手段】上記目的を達成する本発明の特徴は、速度
指令値の変化幅が所定値以上であれば、トルク電流指令
値と速度指令値よりイナーシャ推定値を求め、前記速度
指令値の変化幅が所定値以下であれば、求めたイナーシ
ャ推定値に基づいて速度制御部の設定定数を自動修正す
ることである。更に、イナーシャ推定演算時に、「負荷
トルク変動」、「トルク電流制限」を検出し、検出の際
には、検出前のイナーシャ推定値に基づいて速度制御部
の設定定数を自動修正することを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、産業用機械（半導
体製造装置、工作機械、射出成形機）などの制御装置に
おいて、実運転中に機械のイナーシャを推定し、速度制
御部の制御定数を自動修正する制御装置に関する。
体製造装置、工作機械、射出成形機）などの制御装置に
おいて、実運転中に機械のイナーシャを推定し、速度制
御部の制御定数を自動修正する制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、速度制御部の制御定数を演算する
際に用いる機械のイナーシャ（以下、負荷イナーシャ）
値は、実運転を行う前に所定の運転パターンにより試運
転を行い、電動機の発生トルクと加減速時間、回転速度
の関係より算出するのが一般的である。しかし、実運転
中に負荷イナーシャ値が変動する場合においては、速度
制御部の制御定数を適切に設定することができず、位置
決め時の性能低下（オーバシュート大、整定時間過大な
ど）を招く問題があった。
際に用いる機械のイナーシャ（以下、負荷イナーシャ）
値は、実運転を行う前に所定の運転パターンにより試運
転を行い、電動機の発生トルクと加減速時間、回転速度
の関係より算出するのが一般的である。しかし、実運転
中に負荷イナーシャ値が変動する場合においては、速度
制御部の制御定数を適切に設定することができず、位置
決め時の性能低下（オーバシュート大、整定時間過大な
ど）を招く問題があった。
【０００３】なお、試運転時におけるイナーシャ推定の
関係特許としては、特開昭６１−８８７８０がある。
関係特許としては、特開昭６１−８８７８０がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、実運
転中に負荷イナーシャ変動が生じた場合においても、高
精度なイナーシャ推定を行い、速度制御部の設定定数を
自動修正することにより、高性能な位置決めを実現する
サーボ制御装置を提供することにある。
転中に負荷イナーシャ変動が生じた場合においても、高
精度なイナーシャ推定を行い、速度制御部の設定定数を
自動修正することにより、高性能な位置決めを実現する
サーボ制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の特徴は、速度指令値の変化幅が所定値以上であれ
ば、トルク電流指令値と速度指令値よりイナーシャ推定
値を求め、前記速度指令値の変化幅が所定値以下であれ
ば、求めたイナーシャ推定値に基づいて速度制御部の設
定定数を自動修正することである。更に、イナーシャ推
定演算時に、「負荷トルク変動」、「トルク電流制限」
を検出し、検出の際には、検出前のイナーシャ推定値に
基づいて速度制御部の設定定数を自動修正することを特
徴とする。
明の特徴は、速度指令値の変化幅が所定値以上であれ
ば、トルク電流指令値と速度指令値よりイナーシャ推定
値を求め、前記速度指令値の変化幅が所定値以下であれ
ば、求めたイナーシャ推定値に基づいて速度制御部の設
定定数を自動修正することである。更に、イナーシャ推
定演算時に、「負荷トルク変動」、「トルク電流制限」
を検出し、検出の際には、検出前のイナーシャ推定値に
基づいて速度制御部の設定定数を自動修正することを特
徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
例を詳細に説明する。
例を詳細に説明する。
【０００７】図１は本発明の一実施例である電動機のオ
ンラインオートチューニングサーボ制御装置の構成例を
示す。
ンラインオートチューニングサーボ制御装置の構成例を
示す。
【０００８】１は電動機、２は電圧指令値Ｖ1 *に比例し
た出力電圧Ｖ1を出力し電動機１を駆動する電力変換
器、３は電力変換器２の出力であるトルク電流値Ｉqを
検出する電流検出器、４はトルク電流指令値Ｉq*とトル
ク電流検出値Ｉqの偏差に応じてＶ1 *を演算する電流制
御部、５は電動機１の速度Ｎを検出する速度検出器、６
は速度指令値Ｎ*と速度検出値Ｎとの偏差信号を入力し
トルク電流指令値Ｉq*を出力する速度制御部、７は速度
指令値Ｎ*とトルク電流指令値Ｉq*を入力し、速度制御
部６の制御設定定数を自動修正するオンラインオートチ
ューニング部である。
た出力電圧Ｖ1を出力し電動機１を駆動する電力変換
器、３は電力変換器２の出力であるトルク電流値Ｉqを
検出する電流検出器、４はトルク電流指令値Ｉq*とトル
ク電流検出値Ｉqの偏差に応じてＶ1 *を演算する電流制
御部、５は電動機１の速度Ｎを検出する速度検出器、６
は速度指令値Ｎ*と速度検出値Ｎとの偏差信号を入力し
トルク電流指令値Ｉq*を出力する速度制御部、７は速度
指令値Ｎ*とトルク電流指令値Ｉq*を入力し、速度制御
部６の制御設定定数を自動修正するオンラインオートチ
ューニング部である。
【０００９】オンラインオートチューニング部７は、タ
イミング設定部７１、イナーシャ推定部７２および制御
定数設定部７３より構成される。
イミング設定部７１、イナーシャ推定部７２および制御
定数設定部７３より構成される。
【００１０】タイミング設定部７１では、速度指令値Ｎ
*に応じてイナーシャ推定部７２にタイミング信号flg1
を、制御設定部７３にはタイミング信号flg2を出力す
る。イナーシャ推定部７２では速度指令値Ｎ*およびト
ルク電流指令値Ｉq*とタイミング信号flg1より推定イナ
ーシャ比Ｋを出力し、制御定数設定部７３では推定イナ
ーシャ比Ｋとタイミング信号flg2を用いて速度制御部６
の設定定数を修正する。
*に応じてイナーシャ推定部７２にタイミング信号flg1
を、制御設定部７３にはタイミング信号flg2を出力す
る。イナーシャ推定部７２では速度指令値Ｎ*およびト
ルク電流指令値Ｉq*とタイミング信号flg1より推定イナ
ーシャ比Ｋを出力し、制御定数設定部７３では推定イナ
ーシャ比Ｋとタイミング信号flg2を用いて速度制御部６
の設定定数を修正する。
【００１１】次に、本発明の特徴的な構成であるオンラ
インオートチューニング部７について詳細に説明する。
まず最初に、タイミング設定部７１の構成を図２を用い
て説明する。
インオートチューニング部７について詳細に説明する。
まず最初に、タイミング設定部７１の構成を図２を用い
て説明する。
【００１２】タイミング設定部７１に入力された速度指
令値Ｎ*は、サンプルホールド器７１１に入力され、７
１１では１サンプリング周期前の指令値Ｎ* (n-1)を出
力し、速度指令値Ｎ*と共に減算器７１２に入力され
る。比較器７１３では減算器７１２の出力結果ΔＮ*と
速度変化幅設定値ΔＮ* setが入力され、タイミング信号
flg1とタイミング信号flg2が出力される。これらの信号
の特性は次のようになる。
令値Ｎ*は、サンプルホールド器７１１に入力され、７
１１では１サンプリング周期前の指令値Ｎ* (n-1)を出
力し、速度指令値Ｎ*と共に減算器７１２に入力され
る。比較器７１３では減算器７１２の出力結果ΔＮ*と
速度変化幅設定値ΔＮ* setが入力され、タイミング信号
flg1とタイミング信号flg2が出力される。これらの信号
の特性は次のようになる。
【００１３】 ΔＮ*＞ΔＮ* setの場合： flg1 = 1 ΔＮ*≦ΔＮ* setの場合： flg1 = 0 また、flg1が「１」から「０」になる瞬間 ：flg2 = 1 その他 ：flg2 = 0 次に図３を用いて、タイミング設定部７１、イナーシャ
推定部７２、制御定数設定部７３の一連の動作タイミン
グについて説明する。
推定部７２、制御定数設定部７３の一連の動作タイミン
グについて説明する。
【００１４】まず、速度指令値Ｎ*が加減速状態にある
場合（図中のタイミング信号flg1が「１」の区間：イナ
ーシャ推定区間）においては、イナーシャ推定部７２に
おいて推定イナーシャ比Ｋの演算を行い、速度指令値Ｎ
*が一定速状態に入ると（図中のタイミング信号flg1が
「０」の区間）、推定イナーシャ比Ｋの演算を終了す
る。また、タイミング信号flg1が「１」から「０」にな
る時（図中のａ点）からが、前述の推定イナーシャ比Ｋ
に基づいて制御定数を修正する区間（制御定数設定区
間）であり、この修正動作に基づいて速度制御部６の制
御定数を修正し、次のイナーシャ推定動作が終了するま
で反映する（タイミング信号flg1が次に「１」から
「０」になる図中のｂ点まで）。そして、ｂ点において
イナーシャ推定動作が終了すると、新たに推定した推定
イナーシャ比Ｋに基づいて、前回と同様に速度制御部６
の制御定数を修正する。
場合（図中のタイミング信号flg1が「１」の区間：イナ
ーシャ推定区間）においては、イナーシャ推定部７２に
おいて推定イナーシャ比Ｋの演算を行い、速度指令値Ｎ
*が一定速状態に入ると（図中のタイミング信号flg1が
「０」の区間）、推定イナーシャ比Ｋの演算を終了す
る。また、タイミング信号flg1が「１」から「０」にな
る時（図中のａ点）からが、前述の推定イナーシャ比Ｋ
に基づいて制御定数を修正する区間（制御定数設定区
間）であり、この修正動作に基づいて速度制御部６の制
御定数を修正し、次のイナーシャ推定動作が終了するま
で反映する（タイミング信号flg1が次に「１」から
「０」になる図中のｂ点まで）。そして、ｂ点において
イナーシャ推定動作が終了すると、新たに推定した推定
イナーシャ比Ｋに基づいて、前回と同様に速度制御部６
の制御定数を修正する。
【００１５】更に、前述のタイミング信号flg1を基準に
してイナーシャ推定を行うイナーシャ推定部７２の構成
を、図４を用いて説明する。イナーシャ推定部７２に入
力されたトルク電流指令値Ｉq*は、タイミング信号flg1
と共にサンプルホールド器７２１Ａに入力される。７２
１Ａでは、タイミング信号flg1の状態を見て、トルク電
流指令値Ｉq*を保持した信号Ｉq * holdを出力する。トル
ク電流指令値Ｉq*を保持するタイミングは、タイミング
信号flg1が「０」から「１」になる瞬間である。保持値
Ｉq * holdはトルク電流指令値Ｉq*と共に減算器７２２に
入力され、減算器７２２では信号ΔＩq*を出力する。一
方、速度指令値Ｎ*は微分器７２５に入力され、微分器
７２５の出力は、電動機１の単体イナーシャ値Ｊm0７２
６と共に乗算器７２３に入力され、乗算器７２３では信
号ΔＩq0 *を出力する。また、信号ΔＩq0 *は減算器７２
２の出力信号ΔＩq*と共に除算器７２４に入力され、除
算器７２４の出力はタイミング信号flg1と共にサンプル
ホールド回路７２１Ｂに入力される。サンプルホールド
回路７２１Ｂでは、除算器７２４の出力信号を、タイミ
ング信号flg1が「１」から「０」になる瞬間に保持し、
推定イナーシャ比Ｋを出力する。
してイナーシャ推定を行うイナーシャ推定部７２の構成
を、図４を用いて説明する。イナーシャ推定部７２に入
力されたトルク電流指令値Ｉq*は、タイミング信号flg1
と共にサンプルホールド器７２１Ａに入力される。７２
１Ａでは、タイミング信号flg1の状態を見て、トルク電
流指令値Ｉq*を保持した信号Ｉq * holdを出力する。トル
ク電流指令値Ｉq*を保持するタイミングは、タイミング
信号flg1が「０」から「１」になる瞬間である。保持値
Ｉq * holdはトルク電流指令値Ｉq*と共に減算器７２２に
入力され、減算器７２２では信号ΔＩq*を出力する。一
方、速度指令値Ｎ*は微分器７２５に入力され、微分器
７２５の出力は、電動機１の単体イナーシャ値Ｊm0７２
６と共に乗算器７２３に入力され、乗算器７２３では信
号ΔＩq0 *を出力する。また、信号ΔＩq0 *は減算器７２
２の出力信号ΔＩq*と共に除算器７２４に入力され、除
算器７２４の出力はタイミング信号flg1と共にサンプル
ホールド回路７２１Ｂに入力される。サンプルホールド
回路７２１Ｂでは、除算器７２４の出力信号を、タイミ
ング信号flg1が「１」から「０」になる瞬間に保持し、
推定イナーシャ比Ｋを出力する。
【００１６】また、トルク電流指令値Ｉq*には、「加減
速トルク成分」と「負荷トルク成分」の２成分が含まれ
ており、前記「加減速トルク成分」にイナーシャ情報が
含まれている。正確なイナーシャ値を算出するために
は、イナーシャ推定演算部においてトルク電流指令値Ｉ
q*から「負荷トルク成分」を排除する必要がある。
速トルク成分」と「負荷トルク成分」の２成分が含まれ
ており、前記「加減速トルク成分」にイナーシャ情報が
含まれている。正確なイナーシャ値を算出するために
は、イナーシャ推定演算部においてトルク電流指令値Ｉ
q*から「負荷トルク成分」を排除する必要がある。
【００１７】次に、図５を用いてこの「負荷トルク成
分」を排除するタイミングについて説明する。速度指令
値Ｎ*が一定速状態となる状態においては（図中のタイ
ミング信号flg1が「０」の区間）、「加減速トルク成
分」が零となることから、トルク電流指令値Ｉq*は「負
荷トルク成分」のみとなる。そこで、イナーシャ推定動
作が開始される直前（図中のタイミング信号flg1が
「０」から「１」になる瞬間）のトルク電流指令値Ｉq*
を「負荷トルク成分」の推定値Ｉq * holdとし、この値を
トルク電流指令値Ｉq*より減算することにより「加減速
トルク成分」ΔＩq*を算出することができる。
分」を排除するタイミングについて説明する。速度指令
値Ｎ*が一定速状態となる状態においては（図中のタイ
ミング信号flg1が「０」の区間）、「加減速トルク成
分」が零となることから、トルク電流指令値Ｉq*は「負
荷トルク成分」のみとなる。そこで、イナーシャ推定動
作が開始される直前（図中のタイミング信号flg1が
「０」から「１」になる瞬間）のトルク電流指令値Ｉq*
を「負荷トルク成分」の推定値Ｉq * holdとし、この値を
トルク電流指令値Ｉq*より減算することにより「加減速
トルク成分」ΔＩq*を算出することができる。
【００１８】ここで、推定イナーシャ比Ｋの算出方法に
ついて説明すると、加減速中に発生する信号ΔＩq*は、
(数１)で示される。
ついて説明すると、加減速中に発生する信号ΔＩq*は、
(数１)で示される。
【００１９】 ΔＩq*＝Ｋ1・Ｊ・Δｎ／Δｔ ・・・・・（１） ここで Ｋ1：変換係数 Ｊ：電動機と負荷機の合成イナーシャ値 Δｎ：速度変化分 Δｔ：変化時間 一方、電動機１の単体イナーシャ値Ｊm0７２６を基準と
した場合に発生するする信号ΔＩq0 *は、(数２)で示さ
れる。
した場合に発生するする信号ΔＩq0 *は、(数２)で示さ
れる。
【００２０】 ΔＩq0 *＝Ｋ1・Ｊm0・Δｎ／Δｔ ・・・・・（２） そこで（数３）で示す演算を行うことにより、推定イナ
ーシャ比Ｋを求めることができる。
ーシャ比Ｋを求めることができる。
【００２１】 Ｋ＝ΔＩq*／ΔＩq0 * ・・・・・（３） 更に、前述のタイミング信号ｆｌｇ２を基準にして、推
定イナーシャ比Ｋを用いて速度制御部の設定定数を自動
修正する制御定数設定部７３の構成を、図６を用いて説
明する。
定イナーシャ比Ｋを用いて速度制御部の設定定数を自動
修正する制御定数設定部７３の構成を、図６を用いて説
明する。
【００２２】制御定数設定部７３に入力された推定イナ
ーシャ比Ｋは、７３３の基準比例ゲインＫsp0と７３４
の基準積分ゲインＫsi0と共に、各々乗算器７３２Ａ、
７３２Ｂで乗算され、タイミング信号flg2と共に各々サ
ンプルホールド回路７３１Ａ、７３１Ｂに入力される。
サンプルホールド回路７３１Ａ、７３１Ｂでは、乗算器
７３２Ａ、７３２Ｂの出力信号を、各々タイミング信号
flg2が「０」から「１」になる瞬間に保持し、制御定数
（比例ゲインＫsp、積分ゲインＫsi）を出力する。
ーシャ比Ｋは、７３３の基準比例ゲインＫsp0と７３４
の基準積分ゲインＫsi0と共に、各々乗算器７３２Ａ、
７３２Ｂで乗算され、タイミング信号flg2と共に各々サ
ンプルホールド回路７３１Ａ、７３１Ｂに入力される。
サンプルホールド回路７３１Ａ、７３１Ｂでは、乗算器
７３２Ａ、７３２Ｂの出力信号を、各々タイミング信号
flg2が「０」から「１」になる瞬間に保持し、制御定数
（比例ゲインＫsp、積分ゲインＫsi）を出力する。
【００２３】制御定数は（数４）で示す演算により行
う。
う。
【００２４】 Ｋsp＝Ｋ・Ｋsp0 Ｋsi＝Ｋ・Ｋsi0 ・・・・・（４） この制御定数（Ｋsp、Ｋsi）を用いて、速度制御部６の
制御定数を自動修正する。
制御定数を自動修正する。
【００２５】次に、この一連の動作例を図７、図８に示
す。
す。
【００２６】図７の動作例は、本発明の特徴であるオン
ラインオートチューニング部７の効果を見るために、オ
ンラインオートチューニングを行わない場合（Ｋsp＝Ｋ
sp0、Ｋsi＝Ｋsi0）のものである。この動作例では、負
荷イナーシャ値を図１に示す電動機１の単体イナーシャ
値Ｊm0７２６の５倍にしているので、合成イナーシャ値
Ｊは、６倍となる。図示するような運転パターンで速度
指令値Ｎ*を可変すると、速度Ｎの追従性が劣化してい
ることがわかる。
ラインオートチューニング部７の効果を見るために、オ
ンラインオートチューニングを行わない場合（Ｋsp＝Ｋ
sp0、Ｋsi＝Ｋsi0）のものである。この動作例では、負
荷イナーシャ値を図１に示す電動機１の単体イナーシャ
値Ｊm0７２６の５倍にしているので、合成イナーシャ値
Ｊは、６倍となる。図示するような運転パターンで速度
指令値Ｎ*を可変すると、速度Ｎの追従性が劣化してい
ることがわかる。
【００２７】ここで、図８の動作例は、本発明の特徴で
あるオンラインオートチューニングを行った場合（Ｋsp
＝Ｋ・Ｋsp0、Ｋsi＝Ｋ・Ｋsi0）のものである。ｃ点か
らオートチューニングを開始している。推定イナーシャ
比Ｋも実イナーシャ比（Ｊ／Ｊm0）である６倍に速やか
に収束していることがわかる。更に、速度制御部６の制
御定数を修正することにより、速度Ｎは速度指令値Ｎ*
によく追従していることもわかる。
あるオンラインオートチューニングを行った場合（Ｋsp
＝Ｋ・Ｋsp0、Ｋsi＝Ｋ・Ｋsi0）のものである。ｃ点か
らオートチューニングを開始している。推定イナーシャ
比Ｋも実イナーシャ比（Ｊ／Ｊm0）である６倍に速やか
に収束していることがわかる。更に、速度制御部６の制
御定数を修正することにより、速度Ｎは速度指令値Ｎ*
によく追従していることもわかる。
【００２８】前記実施例までは、イナーシャ推定動作中
において負荷トルクが一定である場合についてのオート
チューニング方式であり、イナーシャ推定動作中におい
て負荷トルクが変動すると、「加減速トルク成分」であ
る信号ΔＩq*に誤差が生じ、その結果イナーシャ推定精
度が低下する。
において負荷トルクが一定である場合についてのオート
チューニング方式であり、イナーシャ推定動作中におい
て負荷トルクが変動すると、「加減速トルク成分」であ
る信号ΔＩq*に誤差が生じ、その結果イナーシャ推定精
度が低下する。
【００２９】そこで、図１における速度指令値Ｎ*およ
びトルク電流指令値Ｉq*と推定イナーシャ比Ｋを用いて
負荷トルク推定値を算出し、イナーシャ推定動作中に所
定値以上のトルク変動を検出した場合には、その時演算
した推定イナーシャ比Ｋを用いずに、トルク変動が所定
値以下の場合に演算した推定イナーシャ比Ｋを用いて制
御設定定数を修正する。この負荷トルク変動補償を行う
ことによりイナーシャ推定精度を高くすることができ
る。
びトルク電流指令値Ｉq*と推定イナーシャ比Ｋを用いて
負荷トルク推定値を算出し、イナーシャ推定動作中に所
定値以上のトルク変動を検出した場合には、その時演算
した推定イナーシャ比Ｋを用いずに、トルク変動が所定
値以下の場合に演算した推定イナーシャ比Ｋを用いて制
御設定定数を修正する。この負荷トルク変動補償を行う
ことによりイナーシャ推定精度を高くすることができ
る。
【００３０】図９にこの実施例を示す。本実施例は図１
の電動機のオンラインオートチューニングサーボ制御装
置に、負荷トルク変動検出部７４を設け、負荷トルク変
動補償を適用した例である。図において、１〜６、７
１、７３は図１のものと同一物である。７４は、速度指
令値Ｎ*およびトルク電流指令値Ｉq*と推定イナーシャ
比Ｋを用いてトルク変動を検出する負荷トルク変動検出
部であり、出力信号flg３は、次のようになる。
の電動機のオンラインオートチューニングサーボ制御装
置に、負荷トルク変動検出部７４を設け、負荷トルク変
動補償を適用した例である。図において、１〜６、７
１、７３は図１のものと同一物である。７４は、速度指
令値Ｎ*およびトルク電流指令値Ｉq*と推定イナーシャ
比Ｋを用いてトルク変動を検出する負荷トルク変動検出
部であり、出力信号flg３は、次のようになる。
【００３１】 次に、本発明の特徴的な構成である負荷トルク変動検出
部７４について、図１０を用いて説明する。負荷トルク
変動検出部７４に入力された速度指令値Ｎ*は微分器７
４６に入力され、その出力は７４７の電動機１の単体イ
ナーシャ値Ｊm0と共に乗算器７４５Ａに入力され、その
出力と推定イナーシャ比Ｋは共に乗算器７４５Ｂに入力
され、乗算器７４５Ｂでは「加減速成分の推定値」信号
τmを出力し、トルク電流指令値Ｉq*と共に減算器７４
１に入力される。減算器７４１の出力が「負荷トルク成
分の推定値」信号τLとなり絶対値回路７４２に入力さ
れ、その出力が一次遅れ回路７４３に入力される。
部７４について、図１０を用いて説明する。負荷トルク
変動検出部７４に入力された速度指令値Ｎ*は微分器７
４６に入力され、その出力は７４７の電動機１の単体イ
ナーシャ値Ｊm0と共に乗算器７４５Ａに入力され、その
出力と推定イナーシャ比Ｋは共に乗算器７４５Ｂに入力
され、乗算器７４５Ｂでは「加減速成分の推定値」信号
τmを出力し、トルク電流指令値Ｉq*と共に減算器７４
１に入力される。減算器７４１の出力が「負荷トルク成
分の推定値」信号τLとなり絶対値回路７４２に入力さ
れ、その出力が一次遅れ回路７４３に入力される。
【００３２】一次遅れ回路７４３の出力は絶対値回路７
４２の出力と共に、減算器７４４に入力され、その出力
ΔτLは７４８の負荷トルク変化幅設定値ΔτLsetと共
に比較器７４９に入力される。比較器７４９において出
力される信号flg３は次のようになる。
４２の出力と共に、減算器７４４に入力され、その出力
ΔτLは７４８の負荷トルク変化幅設定値ΔτLsetと共
に比較器７４９に入力される。比較器７４９において出
力される信号flg３は次のようになる。
【００３３】 ΔτL＞ΔτLset の場合： flg３= 1 ΔτL≦ΔτLset の場合： flg３= 0 更に、イナーシャ推定部７２Ａでは、イナーシャ推定動
作中（flg1 = 1の区間）に、flg３= 1を検出した場合、
この時演算した推定イナーシャ比Ｋを用いずにflg３= 0
の時に演算した推定イナーシャ比Ｋを用いる。
作中（flg1 = 1の区間）に、flg３= 1を検出した場合、
この時演算した推定イナーシャ比Ｋを用いずにflg３= 0
の時に演算した推定イナーシャ比Ｋを用いる。
【００３４】次に、この一連の動作例を図１１、図１２
に示す。
に示す。
【００３５】図１１の動作例は、本発明の特徴である負
荷変動補償の効果を見るために、負荷変動補償を行わな
かった場合（図１０に示す負荷トルク変化幅設定値７４
８のΔτLsetを300[％]とした場合）のものである。こ
の動作例では、イナーシャ推定動作中のｄ点において10
0[％]の負荷トルクを印加している。ｄ点後において推
定イナーシャ比Ｋが真値の６倍より過大（９倍）になっ
ていることがわかる。
荷変動補償の効果を見るために、負荷変動補償を行わな
かった場合（図１０に示す負荷トルク変化幅設定値７４
８のΔτLsetを300[％]とした場合）のものである。こ
の動作例では、イナーシャ推定動作中のｄ点において10
0[％]の負荷トルクを印加している。ｄ点後において推
定イナーシャ比Ｋが真値の６倍より過大（９倍）になっ
ていることがわかる。
【００３６】ここで、本発明を適用した場合の動作例を
図１２に示す。図１２は本発明の特徴である負荷変動補
償を行った場合（ΔτLsetを１０[％]）のものである。
この動作例でも、イナーシャ推定動作中のｄ´点におい
て100[％]の負荷トルクを印加している。この動作例で
は、ｄ´点後においても推定イナーシャ比Ｋが真値の６
倍に収束していることから、負荷トルク変動補償を行う
ことによりイナーシャ推定精度を高くすることができ
る。
図１２に示す。図１２は本発明の特徴である負荷変動補
償を行った場合（ΔτLsetを１０[％]）のものである。
この動作例でも、イナーシャ推定動作中のｄ´点におい
て100[％]の負荷トルクを印加している。この動作例で
は、ｄ´点後においても推定イナーシャ比Ｋが真値の６
倍に収束していることから、負荷トルク変動補償を行う
ことによりイナーシャ推定精度を高くすることができ
る。
【００３７】また、前記実施例までは、イナーシャ推定
動作中においてトルク電流指令値Ｉq*が電流制限値に到
達していない場合のオートチューニング方式であり、イ
ナーシャ推定動作中においてトルク電流指令値Ｉq*が電
流制限値に到達すると、前実施例と同様にイナーシャ推
定精度が低下する。
動作中においてトルク電流指令値Ｉq*が電流制限値に到
達していない場合のオートチューニング方式であり、イ
ナーシャ推定動作中においてトルク電流指令値Ｉq*が電
流制限値に到達すると、前実施例と同様にイナーシャ推
定精度が低下する。
【００３８】そこで、図１におけるトルク電流指令値Ｉ
q*が電流制限値に到達した場合には、その時演算した推
定イナーシャ比Ｋを用いずに、トルク電流指令値Ｉq*が
電流制限値以下の場合に演算した推定イナーシャ比Ｋを
用いて制御設定定数を修正する。このトルク電流制限補
償を行うことによりイナーシャ推定精度を高くすること
ができる。
q*が電流制限値に到達した場合には、その時演算した推
定イナーシャ比Ｋを用いずに、トルク電流指令値Ｉq*が
電流制限値以下の場合に演算した推定イナーシャ比Ｋを
用いて制御設定定数を修正する。このトルク電流制限補
償を行うことによりイナーシャ推定精度を高くすること
ができる。
【００３９】図１３にこの実施例を示す。本実施例は図
９の電動機のオンラインオートチューニングサーボ制御
装置にトルク電流制限検出部７５を設けた例である。図
において、１〜６、７１、７３、７４は図９のものと同
一である。７５は、トルク電流指令値Ｉq*を用いて電流
制限を検出するトルク電流制限検出部であり、出力信号
flg４は次のようになる。
９の電動機のオンラインオートチューニングサーボ制御
装置にトルク電流制限検出部７５を設けた例である。図
において、１〜６、７１、７３、７４は図９のものと同
一である。７５は、トルク電流指令値Ｉq*を用いて電流
制限を検出するトルク電流制限検出部であり、出力信号
flg４は次のようになる。
【００４０】 電流制限を検出した場合 ：flg４= 1 電流制限を検出していない場合：flg４= 0 次に、本発明の特徴的な構成であるトルク電流制限検出
部７５について、図１４を用いて説明する。トルク電流
制限検出部７５に入力されたトルク電流指令値Ｉq*は絶
対値回路７５１に入力され、その出力は７５２のトルク
電流指令制限値Ｉq * limと共に比較器７５３に入力され
る。比較器７５３において出力される信号flg４は次の
ようになる。
部７５について、図１４を用いて説明する。トルク電流
制限検出部７５に入力されたトルク電流指令値Ｉq*は絶
対値回路７５１に入力され、その出力は７５２のトルク
電流指令制限値Ｉq * limと共に比較器７５３に入力され
る。比較器７５３において出力される信号flg４は次の
ようになる。
【００４１】 |Ｉq*|≧Ｉq * lim の場合： flg４= 1 |Ｉq*|＜Ｉq * lim の場合： flg４= 0 更に、イナーシャ推定部７２ｂでは、イナーシャ推定動
作中（flg1 = 1の区間）に、flg４= 1を検出した場合、
この時演算した推定イナーシャ比Ｋを用いずにflg４= 0
の時に算出した推定イナーシャ比Ｋを用いる。
作中（flg1 = 1の区間）に、flg４= 1を検出した場合、
この時演算した推定イナーシャ比Ｋを用いずにflg４= 0
の時に算出した推定イナーシャ比Ｋを用いる。
【００４２】本発明では、イナーシャ推定動作中にトル
ク電流指令値Ｉq*が電流制限値に到達した場合でも、ト
ルク電流制限補償を行うことによりイナーシャ推定精度
を高くすることができる。
ク電流指令値Ｉq*が電流制限値に到達した場合でも、ト
ルク電流制限補償を行うことによりイナーシャ推定精度
を高くすることができる。
【００４３】
【本発明の効果】本発明によれば、実運転中に負荷イナ
ーシャ変動が生じた場合においても、高精度なイナーシ
ャ推定を行い、速度制御部の設定定数を自動修正するこ
とにより、高性能な位置決めを実現するサーボ制御装置
を提供できる。
ーシャ変動が生じた場合においても、高精度なイナーシ
ャ推定を行い、速度制御部の設定定数を自動修正するこ
とにより、高性能な位置決めを実現するサーボ制御装置
を提供できる。
【図１】本発明の一実施例である電動機のオンラインオ
ートチューニングサーボ制御装置の構成図である。
ートチューニングサーボ制御装置の構成図である。
【図２】図１の装置におけるタイミング設定部の説明図
である。
である。
【図３】図１の装置におけるタイミング設定部、イナー
シャ推定部、制御定数設定部の一連動作の説明図であ
る。
シャ推定部、制御定数設定部の一連動作の説明図であ
る。
【図４】図１の装置におけるイナーシャ推定部の説明図
である。
である。
【図５】図１の装置における推定加減速トルク演算の説
明図である。
明図である。
【図６】図１の装置における制御定数設定部の説明図で
ある。
ある。
【図７】本発明を適用しない電動機の加減速運転時の動
作例である。
作例である。
【図８】本発明を適用した電動機の加減速運転時の動作
例である。
例である。
【図９】本発明の他の実施例である電動機のオンライン
オートチューニングサーボ制御装置の構成図である。
オートチューニングサーボ制御装置の構成図である。
【図１０】図９の装置における負荷トルク変動検出部の
説明図である。
説明図である。
【図１１】本発明を適用しない電動機の加減速運転時の
動作例である。
動作例である。
【図１２】本発明を適用した電動機の加減速運転時の動
作例である。
作例である。
【図１３】本発明の他の実施例である電動機のオンライ
ンオートチューニングサーボ制御装置の構成図である。
ンオートチューニングサーボ制御装置の構成図である。
【図１４】図１３の装置におけるトルク電流制限検出部
の説明図である。
の説明図である。
１・・・電動機、２・・・電力変換器、３・・・電流検出器、４・
・・電流制御部、５・・・速度検出器、６・・・速度制御部、７
・・・オンラインオートチューニング部、７１・・・タイミン
グ設定部、７２・・・イナーシャ推定部、７３・・・制御定数
設定部、７４・・・負荷トルク変動検出部、７５・・・トルク
電流制限検出部。
・・電流制御部、５・・・速度検出器、６・・・速度制御部、７
・・・オンラインオートチューニング部、７１・・・タイミン
グ設定部、７２・・・イナーシャ推定部、７３・・・制御定数
設定部、７４・・・負荷トルク変動検出部、７５・・・トルク
電流制限検出部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 正彦 千葉県習志野市東習志野七丁目１番１号 株式会社日立製作所産業機器グループ内 (72)発明者 高野 裕理 千葉県習志野市東習志野七丁目１番１号 株式会社日立製作所産業機器グループ内 Ｆターム(参考） 5H550 AA18 DD01 DD04 DD08 EE03 GG01 GG03 GG05 GG10 JJ03 JJ06 JJ22 JJ24 JJ25 KK05 LL01 LL22 5H560 AA07 DC12 GG04 TT07 TT15 XA02 XA04 XA05 XA10 5H575 AA19 BB10 DD03 DD06 GG02 GG04 JJ04 JJ05 JJ24 LL01 LL22 5H576 AA17 BB06 EE01 EE18 GG02 GG04 GG08 JJ04 JJ08 JJ23 JJ26 JJ28 LL01 LL22 LL52
Claims (9)
- 【請求項１】電動機を駆動する電力変換器と、速度指令
値と速度検出値の偏差に応じてトルク電流指令値を得る
速度制御部と、該トルク電流指令値に従い前記電力変換
器の出力電流を制御する電流制御部を備えた電動機のサ
ーボ制御装置において、速度指令値あるいは速度検出値
の変化幅が所定値以上であれば、前記電動機に接続され
る機械イナーシャの推定演算を行い、イナーシャ推定値
を求め、速度指令値あるいは速度検出値の変化幅が所定
値以下であれば、該イナーシャ推定値に基づいて、速度
制御部の設定定数を自動修正する手段を備えたことを特
徴とするオンラインオートチューニングサーボ制御装
置。 - 【請求項２】電動機を駆動する電力変換器と、位置指令
値と位置検出値の偏差に応じて速度指令値を得る位置制
御部と、該速度指令値と速度検出値の偏差に応じてトル
ク電流指令値を得る速度制御部と、該トルク電流指令値
に従い前記電力変換器の出力電流を制御する電流制御部
を備えた電動機のサーボ制御装置において、位置指令値
の微分値あるいは速度指令値の変化幅が所定値以上であ
れば、前記電動機に接続される機械イナーシャの推定演
算を行い、イナーシャ推定値を求め、位置指令値の微分
値あるいは速度指令値の変化幅が所定値以下であれば、
該イナーシャ推定値に基づいて、速度制御部の設定定数
を自動修正する手段を備えたことを特徴とするオンライ
ンオートチューニングサーボ制御装置。 - 【請求項３】請求項１または請求項２のサーボ制御装置
において、前記イナーシャ推定値を、トルク電流指令値
あるいはトルク電流検出値を用いて演算した加減速トル
ク推定値と、速度指令値の微分値あるいは速度検出値の
微分値との比に基づいて演算により求める手段を備えた
ことを特徴とするオンラインオートチューニングサーボ
制御装置。 - 【請求項４】請求項３のサーボ制御装置において、前記
加減速トルク推定値を、トルク電流指令値あるいはトル
ク電流検出値から、位置指令値の微分値あるいは速度指
令値の変化幅が所定値以下の時のトルク電流指令値ある
いはトルク電流検出値を減算して求める手段を備えたこ
とを特徴とするオンラインオートチューニングサーボ制
御装置。 - 【請求項５】請求項１乃至４のいずれかのサーボ制御装
置において、位置指令値の微分値あるいは速度指令値の
変化幅の所定値を略零とする手段を備えたことを特徴と
するオンラインオートチューニングサーボ制御装置。 - 【請求項６】電動機を駆動する電力変換器と、速度指令
値と速度検出値の偏差に応じてトルク電流指令値を得る
速度制御部と、該トルク電流指令値に従い前記電力変換
器の出力電流を制御する電流制御部を備えた電動機のサ
ーボ制御装置において、速度指令値あるいは速度検出値
の変化幅が所定値以上であれば、前記電動機に接続され
る機械イナーシャの推定演算を行い、イナーシャ推定値
を求め、トルク電流指令値あるいはトルク電流検出値を
用いて負荷トルク推定値を演算し、該負荷トルク推定値
が所定値以上であれば、前記イナーシャ推定値を用いて
速度制御部の定数設定は行わず、前記負荷トルク推定値
が所定値以下の場合に演算したイナーシャ推定値を用い
て速度制御部の設定定数を自動修正する手段を備えたこ
とを特徴とするオンラインオートチューニングサーボ制
御装置。 - 【請求項７】請求項６のサーボ制御装置において、前記
負荷トルク推定値を、トルク電流指令値あるいはトルク
電流検出値から、速度指令値の微分値あるいは速度検出
値の微分値と前記イナーシャ推定値の乗算した値を減算
することにより求める手段を備えたことを特徴とするオ
ンラインオートチューニングサーボ制御装置。 - 【請求項８】電動機を駆動する電力変換器と、速度指令
値と速度検出値の偏差に応じてトルク電流指令値を得る
速度制御部と、該トルク電流指令値に従い前記電力変換
器の出力電流を制御する電流制御部を備えた電動機のサ
ーボ制御装置において、速度指令値あるいは速度検出値
の変化幅が所定値以上であれば、前記電動機に接続され
る機械イナーシャの推定演算を行い、イナーシャ推定値
を求め、トルク電流指令値あるいはトルク電流検出値が
所定値以上であれば、前記イナーシャ推定値を用いて速
度制御部の定数設定は行わず、前記トルク電流指令値あ
るいはトルク電流検出値が所定値以下の場合に演算した
イナーシャ推定値を用いて速度制御部の設定定数を自動
修正する手段を備えたことを特徴とするオンラインオー
トチューニングサーボ制御装置。 - 【請求項９】請求項８のサーボ制御装置において、前記
トルク電流指令値あるいはトルク電流検出値の所定値
を、速度制御部の制限値とすることを特徴とするオンラ
インオートチューニングサーボ制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000179373A JP3757101B2 (ja) | 2000-06-09 | 2000-06-09 | オンラインオートチューニングサーボ制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000179373A JP3757101B2 (ja) | 2000-06-09 | 2000-06-09 | オンラインオートチューニングサーボ制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001352773A true JP2001352773A (ja) | 2001-12-21 |
| JP3757101B2 JP3757101B2 (ja) | 2006-03-22 |
Family
ID=18680660
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000179373A Expired - Lifetime JP3757101B2 (ja) | 2000-06-09 | 2000-06-09 | オンラインオートチューニングサーボ制御装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3757101B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| JP2005172788A (ja) * | 2003-11-21 | 2005-06-30 | Yaskawa Electric Corp | モータの負荷慣性モーメント推定方法 |
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| JP2009268292A (ja) * | 2008-04-28 | 2009-11-12 | Panasonic Corp | モータ駆動装置 |
| JP2014027742A (ja) * | 2012-07-25 | 2014-02-06 | Toshiba Schneider Inverter Corp | 電動機制御装置 |
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| JP2020141437A (ja) * | 2019-02-26 | 2020-09-03 | オムロン株式会社 | 調整支援装置、サーボドライバ、複数のサーボモータの制御パラメータ調整方法及びプログラム |
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|---|---|---|---|---|
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-
2000
- 2000-06-09 JP JP2000179373A patent/JP3757101B2/ja not_active Expired - Lifetime
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