JP2002095290A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安定したタンデム制御によるモータ制御を行
うことができるモータ制御装置を提供する。 【解決手段】 マスタ軸モータと、スレーブ軸モータと
の各々に指令値の入力を受けて、当該指令値に従って前
記マスタ軸モータを制御する第１の制御部１と、指令値
に従って、対応するスレーブ軸モータを制御する第２の
制御部２とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、モータ制御装置
に係り、特に一つの駆動対象を複数のモータで駆動する
タンデム制御を行なうモータ制御装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】工作機械等において、移動させようとす
る可動部の重量が大きい等の理由により、１つのモータ
だけで駆動すると、所望の加減速が出来ない場合には、
少なくとも２つのモータを用いて、この２つのモータに
対して指令を行ない、駆動対象としての可動部（同一
軸）を複数のモータで駆動するタンデム制御が行なわれ
ている。図６、７は、従来の２つのモータによるタンデ
ム制御の例を示す図である。図６は可動部を直線運動さ
せる第１のタンデム制御の例であり、マスタ軸モータ４
１とスレーブ軸モータ４２の２つのモータにより、それ
ぞれに接続されたボールネジ４３、４４を介して可動部
４５を駆動し、制御する。可動部４５は、固定部４６に
固定されたボールネジ４３、４４に接続され、２つのモ
ータに接続されたボールネジ４３、４４を介して駆動制
御される。また、図７は可動部５４を直線運動させる第
２のタンデム制御の例であり、可動部５４はマスタ軸モ
ータ５１とスレーブ軸モータ５２とを両端に接続したボ
ールネジ５３を介して、駆動制御が行なわれる。

【０００３】図９は従来の２つのモータによるタンデム
制御を行なうための制御ブロック図である。この図に示
される制御ブロックは、図示されていない数値制御装置
からの指令に基づいてモータ制御部７１が可動部７９を
制御するものであり、可動部７９には伝達機構７８を介
してマスタ軸モータ７６とスレーブ軸モータ７７とが接
続されている。それぞれのモータ７６、７７は、モータ
制御部７１からの電流指令により制御されるサーボアン
プ７２、７３からの指令により、駆動制御される。ま
た、それぞれのモータ７６、７７に接続されている検出
器７４、７５からの位置帰還Ｐｍｆｂ、Ｐｓｆｂおよび
速度帰還Ｖｍｆｂ、Ｖｓｆｂとサーボアンプからの電流
帰還とでフィードバック制御が行なわれている。ここ
で、Ｐｍｆｂ、Ｐｓｆｂはそれぞれマスタ軸モータ７６
の検出器７４、スレーブ軸モータ７７の検出器７５から
の位置帰還を、Ｖｍｆｂ、Ｖｓｆｂはそれぞれマスタ軸
モータ７６の検出器７４、スレーブ軸モータ７７の検出
器７５からの速度帰還を示す。さらに、モータ制御部７
１には、検出器８０を通して可動部７９の機械位置を表
す位置帰還Ｔｆｂがフィードバックされる。

【０００４】さらに、図１０は従来の２つのモータによ
るタンデム制御を行なうための制御ブロックの詳細を示
す図である。この図において図示されていない２つのモ
ータ（マスタ軸モータとスレーブ軸モータ）は、それぞ
れ電流制御部８３、８４からのマスタ軸電流指令、スレ
ーブ軸電流指令により駆動制御される。

【０００５】位置指令Ｐ＊と実位置Ｐとの差である位置
誤差Ｄに位置ループゲインＫｖを掛けて速度指令Ｖ＊を
算出し、この速度指令Ｖ＊とモータ速度帰還との差であ
る速度誤差に基づき、速度制御部８２によりＰＩ制御等
の制御を行ない、トルク指令値Ｔ＊を算出する。

【０００６】マスタ軸モータの制御は、このトルク指令
値Ｔ＊にプリロードトルクＴｐ１を加えて得られるトル
ク指令値Ｔ１＊をマスタ軸モータの電流制御部８３に入
力することにより行なわれる。一方、スレーブ軸モータ
の制御は、このトルク指令値Ｔ＊にプリロードトルクＴ
ｐ２を加え、反転器８７を通して得られるトルク指令値
Ｔ２＊をスレーブ軸モータの電流制御部８４に入力する
ことにより行なわれる。ここで、反転器８７はマスタ軸
モータとスレーブ軸モータとの回転方向の異同に応じ
て、スレーブ軸モータの制御に係る信号の符号を反転さ
せるために用いられ、マスタ軸モータとスレーブ軸モー
タの回転方向が同じ場合には符号を変化させず、回転方
向が異なる場合には符号を反転させる。また、それぞれ
の電流制御部８３、８４は、それぞれの電流帰還Ｉｍｆ
ｂ、Ｉｓｆｂから独立に電流制御を行なっている。ここ
で、プリロードトルクＴｐ１およびプリロードトルクＴ
ｐ２は、マスタ軸モータとスレーブ軸モータとを互いに
張り合わせるために、速度制御部８２により算出された
トルク指令値Ｔ＊に一定のオフセットを付加するための
トルク値であり、２つのモータの回転方向が同じ場合に
は逆符号のトルクであり、回転方向が異なる場合には同
符号のトルクになる。このトルクを付加することによ
り、機械機構上バックラッシュがある場合でもタンデム
制御する軸を駆動制御する時に、バックラッシュからの
影響を低減することになる。

【０００７】また、位置誤差Ｄを算出するための実位置
Ｐは、マスタ軸モータに接続されている検出器からの位
置帰還Ｐｍｆｂと検出器を通して可動部の機械位置を表
す位置帰還Ｔｆｂとを切替器８５により切り替えること
ができる。

【０００８】以上で述べてきたように、従来の２つのモ
ータによるタンデム制御では、位置制御および速度制御
はマスタ軸側でのみ行ない、電流制御についてはマスタ
軸とスレーブ軸とで独立に制御している。このため、機
械系に大きなバックラッシュがある場合に、マスタ軸側
に大きなトルクが必要になると、スレーブ軸側で制御し
ているのは電流制御のみで速度制御が行なわれていない
ことから、スレーブ軸モータは高速で動作することにな
り系が不安定になる。そこで、図１０に示される速度帰
還平均器８６が設けられており、この速度帰還平均器８
６により、マスタ軸モータの速度帰還Ｖｍｆｂと反転器
８７を通したスレーブ軸モータの速度帰還Ｖｓｆｂとを
入力とし、その平均値を算出する機能を有し、その出力
を速度帰還としてスレーブ軸モータの速度を抑えること
で、系の安定性が得られることになる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このように、上記従来
の２つのモータによるタンデム制御では、位置制御およ
び速度制御はマスタ軸側でのみ行ない、電流制御につい
てはマスタ軸とスレーブ軸とで独立に制御する制御方法
であるので、マスタ側モータからの位置帰還および速度
帰還だけで位置制御および速度制御を実行できると考え
られがちであるが、実際にはマスタ軸モータの速度帰還
とマスタ軸モータとスレーブ軸モータの回転方向を考慮
したスレーブ軸モータの速度帰還とを平均して算出した
速度帰還を用いて速度制御を行なっているのである。す
なわち、上記のように速度帰還を平均化する処理が必要
であることは、マスタ側モータからの速度帰還だけでは
安定した制御が困難であることを示している。また、速
度帰還を平均化する処理で算出された速度帰還での制御
が不安定になった場合には、速度制御に用いる速度帰還
を算出する新たな処理または何らかの補償をトルク指令
値などに加算する処理などを行う必要性がある。

【００１０】また、バックラッシュの影響を抑える方法
として、マスタ軸モータとスレーブ軸モータとを互いに
張り合わせるために、トルク指令値に一定のオフセット
を付加するためのトルク値を加算することが考えられ
る。しかし、スレーブ軸モータがメインとなって駆動を
行なう場合、不安定になるという問題がある。図８は、
トルク指令値（ドライブトルク）に一定のオフセットを
付加するためのトルク値（プリロードトルク）を加算
し、スレーブ軸モータがメインとなって駆動を行なう場
合について説明した図である。この図においては、マス
タ軸モータ６１とスレーブ軸モータ６２とは伝達機構６
３を介して、可動部６４を制御する構成で、スレーブ軸
モータ６２をメインに駆動し、スレーブ軸側にトルクを
印加して動作させることになるが、位置制御を行なうた
めの位置帰還はマスタ軸側で検出しているため、トルク
指令値を算出する速度制御部への入力である速度指令が
マスタ側で算出されることのなるので、検出遅れが生じ
て不安定となってしまう。

【００１１】さらに、タンデム制御を行なう場合、マス
タ軸ユニットとスレーブ軸ユニットとは通常独立してい
るため、スレーブ軸を制御するためのパラメータ、例え
ば、トルク指令値（図１０ではＴ＊を示す。）をマスタ
軸側からスレーブ軸側へ転送する手段が問題となる。そ
の手段として考えられるのは、指令を行なう数値制御装
置を経由させる方法であるが、この方法の場合、数値制
御装置からの指令周期ごとにトルク指令値をスレーブ軸
側へ転送するのでは、マスタ側でトルク指令値が算出ま
たは更新される周期に比べて相当遅いため、制御が不安
定になってしまう要因になる。そのため、数値制御装置
にマスタ軸側のパラメータをスレーブ軸側へ転送するた
めのインターフェースを新たに設ける必要がある。この
インターフェースでは、トルク指令値が更新される周期
と同等の周期でマスタ軸側のパラメータをスレーブ軸側
へ転送する処理を行なわなければならず、数値制御装置
での処理が非常に複雑になってしまう。また、一方の軸
でアラームが発生した場合でも、もう一方の軸へアラー
ム情報を即座に通知することが出来ない。

【００１２】本発明は、上記実情に鑑みなされたもので
あり、タンデム方式の制御にて駆動される可動部の位置
を検出する一つの位置検出手段からの位置検出値をマス
タ軸およびスレーブ軸の各モータの制御部に分配し、そ
れぞれの制御部に対して同一の指令を行なうことで当該
軸のモータを制御することにより、安定したタンデム制
御を行うことができるモータ制御装置を提供することを
目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記従来例の問題点を解
決するための本発明は、マスタ軸モータと、少なくとも
一つのスレーブ軸モータとにより、一つの駆動対象を駆
動するタンデム方式の駆動系に対し、前記マスター軸モ
ータ及びスレーブ軸モータを制御するタンデム方式のモ
ータ制御装置であって、指令値の入力を受けて、当該指
令値に従って前記マスタ軸モータを制御する第１の制御
部と、前記スレーブ軸モータの各々に対応して設けら
れ、指令値の入力を受けて、当該指令値に従って、対応
するスレーブ軸モータを制御する少なくとも１つの第２
の制御部と、を含むことを特徴としている。このように
１つの指令と位置検出値とからマスタ軸とスレーブ軸と
が独立の制御部により制御されたマスタ軸モータとスレ
ーブ軸モータとで駆動され、検出値のばらつきや検出遅
れに起因する問題および各種補償を考慮する必要がなく
なり、安定したタンデム制御によるモータ制御を行なう
ことができる。また、マスタ軸用ユニットとスレーブ軸
用ユニットが同一のアルゴリズムで動作することから、
生産時や保守時に両ユニットを別々に管理する必要がな
くなるという利点が得られる。

【００１４】またここで、前記第１制御部が、第２の制
御部の各々に対して制御のパラメータを伝達するデータ
制御部を備え、前記第２制御部の各々が、当該伝達を受
けた制御のパラメータを用いて対応するスレーブ軸モー
タの制御を行うことも好ましい。

【００１５】

【発明の実施の形態】まず、図１から図４を参照して、
リニアモータのタンデム制御によるモータ制御装置を例
として、本発明の第１の実施の形態について説明する。
図１は第１の実施の形態に係るモータ制御装置の制御回
路を示す構成ブロック図である。図２は制御回路の具体
的一例を示す構成ブロック図である。図３は制御パラメ
ータの受け渡しを説明するための構成ブロック図であ
る。図４はリニアモータのタンデム制御によるモータ制
御装置を示す説明図である。

【００１６】本発明の第１の実施の形態に係るモータ制
御装置は、図１に示すように、マスタ軸側の第１のデー
タ制御部３が、位置検出手段１０から入力される可動部
位置検出値Ｐｔを駆動対象としての可動部９の位置とし
て第１の制御部１に出力する。第１の制御部１は、この
可動部位置検出値Ｐｔと、位置指令と、電流検出値Ｉｍ
とから第１のインバータ回路５を駆動する指令値ＩＶｍ
＊を演算して出力する。第１のインバータ回路５は、こ
の指令値ＩＶｍ＊に基づき、マスタ軸モータ７を運転制
御する。一方、スレーブ軸側では、第２のデータ制御部
４が、位置検出手段１０から入力される可動部位置検出
値Ｐｔを第２の制御部２に出力する。第２の制御部２
は、この可動部位置検出値Ｐｔと、位置指令と、電流検
出値Ｉｓとから第２のインバータ回路６を駆動する指令
値ＩＶｓ＊を演算して出力する。第２のインバータ回路
６は、この指令値ＩＶｓ＊に基づき、スレーブ軸モータ
８を運転制御する。このように、個別の制御部によりマ
スタ軸モータ７と、スレーブ軸モータ８とが運転制御さ
れ、可動部９が制御される。ここで、マスタ軸とスレー
ブ軸ともに、同一の位置検出値を用いて制御が行われる
ので、検出値のばらつきや検出遅れに起因する問題がな
い。従って、各種補償制御は不要である。

【００１７】次に、第１、第２の制御部１，２の処理に
ついて、図２を参照しつつ詳しく説明する。第１の制御
部１は、指令Ｃ＊と第１のデータ制御部３から入力され
る可動部位置検出値Ｐｔとの位置誤差Ｄｍに位置ループ
ゲインＫｖを乗じて速度指令値Ｖｍ＊を算出し、この速
度指令値Ｖｍ＊と第１のデータ制御部３から入力される
可動部位置検出値Ｐｔとに基づいて変換器１０２が速度
検出値を算出する。速度制御部１０３は、この速度誤差
に基づきＰＩ制御等の制御を行い、トルク指令値Ｔｍ＊
を演算する。電流制御部１０４は、このトルク指令値Ｔ
ｍ＊と電流検出値Ｉｍとからインバータ回路を駆動する
指令値ＩＶｍ＊を演算して出力する。スレーブ側の第２
の制御部２もまた、第２のデータ制御部４から入力され
る可動部位置検出値Ｐｔを用いて同様の処理により、イ
ンバータ回路を駆動する指令値ＩＶｓ＊を演算して出力
する。

【００１８】ここで、マスタ軸とスレーブ軸との間で制
御パラメータの受け渡しを行なって、タンデム制御を行
なう場合について図３を参照して説明する。ここで、図
３では受け渡しデータとしてトルク指令値をマスタ軸側
からスレーブ軸側に転送する場合を例としている。この
場合には、各制御部１，２にトルク指令値Ｔｍ＊及びＴ
ｓ＊の入出力を切り替える切換器１０５，１０６を設
け、マスタ軸側の第１の制御部１では、切換器１０５，
１０６を図３に示すように、トルク指令値Ｔｍ＊を第１
のデータ制御部３と、電流制御部１０４とに出力するよ
うに切り替える。ここで第１のデータ制御部３は、この
ようにして入力されたトルク指令値Ｔｍ＊を第２のデー
タ制御部４に転送する。ここでの時間遅れは、従来のも
のと異なり、指令値のタイミングではなく、第１のデー
タ制御部３内部での処理のタイミングに依存するため、
制御上問題とならない時間とすることができる。またス
レーブ軸側の第２の制御部２は、その切換器１０５，１
０６を切り替えて第２のデータ制御部４から入力される
トルク指令値が直接電流制御部１０４に伝達されるよう
に切り替える（速度制御部１０３が出力するスレーブ側
のトルク指令値Ｔｓ＊が電流制御部１０４に入力されな
いようになる）。そして、第２のデータ制御部４が、第
１のデータ制御部３から転送されたトルク指令値Ｔｍ＊
を第２の制御部２の切換器１０５，１０６を介して電流
制御部１０４に伝達することで、スレーブ側のスレーブ
軸モータに対しても、このマスタ側のトルク指令値Ｔｍ
＊が利用される。すなわち、第２の制御部２の電流制御
部１０４は、このトルク指令値Ｔｍ＊とスレーブ側の電
流検出値Ｉｓとにより、スレーブ側のインバータ回路を
駆動する指令ＩＶｓ＊を算出して出力する。ここで、第
２の制御部２に対しては、数値制御装置からの指令Ｃ＊
が行なわれているので、制御部２では制御部１と同様に
速度制御部からトルク指令値Ｔｓ＊が算出されているこ
とになるが、マスタ軸からのトルク指令値Ｔｍ＊に置き
換えるように処理を行なうことになる。つまり、スレー
ブ軸は指令の有無に関係なく、タンデム制御を行なうこ
とができる。尚、ここでは、トルク指令値をマスタ軸側
からスレーブ軸側に転送する場合について説明したが、
受け渡される制御パラメータはトルク指令値に限定され
ないことは言うまでもない。例えば、スレーブ軸の制御
指令をマスタ軸から送るようにすれば、数値制御装置か
らの指令に関係なく、スレーブ軸は転送されたデータに
基づいて運転制御することになり、これによるタンデム
制御を行なうことも可能となる。

【００１９】図４のようなリニアモータのマスタ軸側で
は、第１の制御部１が位置指令（図１では指令Ｃ＊に相
当する。）と可動部２１の位置を検出する検出器２２か
らの位置検出値とマスタ軸側巻き線に通電されている電
流の電流検出値とから第１のインバータ回路５を駆動す
る信号を算出し、この信号に基づいて、第１のインバー
タ５によりマスタ軸側巻き線２３に電流が流され、Ｎ、
Ｓ極が形成される。そして、永久磁石２５との間で移動
方向の力が発生し、可動部２１を動作させることにな
る。スレーブ軸側でも同様に、スレーブ軸側巻き線２４
に電流が流され、Ｎ、Ｓ極が形成され、永久磁石２５と
の間で移動方向の力が発生し、可動部２１を動作させる
ことになる。その結果、可動部２１はマスタ軸とスレー
ブ軸とにより駆動制御される。また、マスタ軸とスレー
ブ軸間で制御パラメータの受け渡しを行なって、可動部
２１をタンデム制御することもできる。

【００２０】さらに、本発明のモータ制御装置を１つの
モータに一体に含めることもできるので、以下、かかる
第２の実施の形態に係るモータ制御装置について図５を
参照しつつ説明する。図５は、かかるモータ制御装置を
含むモータの内部構造を示す説明図である。尚、本実施
形態に係る制御回路は、第１の実施の形態のものと同様
のものであるので、その詳細な説明を省略する。図５に
示すように、このモータ３５は、マスタ軸モータ３２と
スレーブ軸モータ３３とで共有シャフト３４を駆動させ
るもので、シャフト３４には検出器３１が取り付けられ
ている。このモータ３５によれば、モータ出力が不足す
るときなどに、複数のモータにより出力を増大させて所
望の出力を得ることができる。ここで、モータ３５の回
転数制御を行なうとすれば、この場合のマスタ軸側の第
１の制御部１が、回転数指令（図１では指令Ｃ＊に相当
する。）とシャフト３４に接続されている検出器３１か
らの検出値とマスタ軸モータ３２に通電されている電流
の電流検出値とから第１のインバータ回路５を駆動する
信号を生成し、第１のインバータ回路５が、マスタ軸モ
ータ３２を制御することで、シャフト３４の回転数を制
御する。また、スレーブ軸モータ３３でも同様の制御が
行なわれ、マスタ軸モータ３２とスレーブ軸モータ３３
とにより、シャフト３４の回転数が制御される。このと
き、マスタ軸側の第１のデータ制御部３とスレーブ軸側
の第２のデータ制御部４との間で、トルク指令値の受け
渡しを行なうことで、タンデム制御を行なうことによっ
てもモータ３５の回転数を制御できる。尚、ここではモ
ータ３５の回転数制御について述べたが、シャフト３４
の回転位置を制御する位置制御を行なうことも可能であ
る。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、同一の指令と位置
検出値とからマスタ軸とスレーブ軸とが制御を行ない、
それとともに、位置検出値だけでなく、マスタ軸とスレ
ーブ軸との制御パラメータの受け渡しを行なうデータ制
御部をマスタ軸およびスレーブ軸にそれぞれ設けること
により、指令を行なう数値制御装置やサーボユニット等
をそのまま使用することができ、また、検出値のばらつ
きや検出遅れに起因する問題および各種補償を考慮する
必要がなくなり、安定したタンデム制御によるモータ制
御を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の実施の形態に係るモータ制御装置の制
御回路を示す構成ブロック図である。

【図２】 制御回路の具体的一例を示す構成ブロック図
である。

【図３】 制御パラメータの受け渡しを説明するための
構成ブロック図である。

【図４】 リニアモータのタンデム制御によるモータ制
御装置を示す説明図である。本発明にかかるモータの制
御装置における制御回路の概略を示すブロック図であ
る。

【図５】 本発明の第２の実施の形態にかかるモータ制
御装置を備えたモータの内部構造を示す説明図である。

【図６】 可動部を直線運動させる第１のタンデム制御
例の概略を示す図である。

【図７】 可動部を直線運動させる第２のタンデム制御
例の概略を示す図である。

【図８】 プリロードトルクを付加した場合の動作を示
す説明図である。

【図９】 従来の２つのモータによるタンデム制御を行
なうモータ制御装置の構成ブロック図である。

【図１０】 従来の２つのモータによるタンデム制御を
行なうための制御ブロックの詳細を示す構成ブロック図
である。

【符号の説明】

１，３ 制御部、２，４ データ制御部、５，６ イン
バータ回路、７，３２，４１，５１，６１，７６ マス
タ軸モータ、８，３３，４２，５２，６２，７７ スレ
ーブ軸モータ、９，２１，４５，５４，６４，７９ 可
動部、２３ マスタ軸側巻き線、２４ スレーブ軸側巻
き線、２５ 永久磁石、２２，３１，７４，７５，８０
検出器、３４ シャフト、３５ モータ、４３，４
４，５３ボールネジ、４６ 固定部、６３，７８ 伝達
機構、７１ モータ制御部、７２，７３ サーボアン
プ、８１，１０１ 位置ループゲイン、８２，１０３
速度制御部、８３，８４，１０４ 電流制御部、８５
切替器、８６ 速度帰還平均器、８７ 反転器、１０２
変換器。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マスタ軸モータと、少なくとも一つのス
   レーブ軸モータとにより、一つの駆動対象を駆動するタ
   ンデム方式の駆動系に対し、前記マスター軸モータ及び
   スレーブ軸モータを制御するタンデム方式のモータ制御
   装置であって、 指令値の入力を受けて、当該指令値に従って前記マスタ
   軸モータを制御する第１の制御部と、 前記スレーブ軸モータの各々に対応して設けられ、指令
   値の入力を受けて、当該指令値に従って、対応するスレ
   ーブ軸モータを制御する少なくとも１つの第２の制御部
   と、 を含むことを特徴とするモータ制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のモータ制御装置におい
   て、 前記第１制御部が、第２の制御部の各々に対して制御の
   パラメータを伝達するデータ制御部を備え、 前記第２制御部の各々が、当該伝達を受けた制御のパラ
   メータを用いて対応するスレーブ軸モータの制御を行う
   ことを特徴とするモータ制御装置。