JP2003047270A - サーボ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 切換ショックの虞れがなく、高精度で切換運
転が得られるようにしたサーボ制御装置を提供するこ
と。 【解決手段】 制御切換部７、８を備え、制御モードが
切換えられるようにしたサーボ制御装置において、制御
モード切換信号に応じて動作する速度指令推定部９を設
け、電動機１に対する速度指令値を制御モードの切換時
点で修正し、制御モードの切換時点における電動機１の
回転速度変動を低減させるようにしたもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、産業用機械などの
駆動に使用される電動機サーボ制御装置に係り、特に、
運転中でも制御モードの切換えが行なえるようにしたサ
ーボ制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】工作機械などの産業用機械の駆動にはサ
ーボ制御装置が使用されることが多いが、このサーボ制
御装置の中には制御モードが切換えられるようにしたも
のがある。ここで、制御モードとは、例えば速度制御モ
ードとトルク制御モード、位置制御モードのことであ
り、制御モードの切換えとは、例えば速度・トルク制御
モードから位置制御モードに切換える場合のことであ
る。

【０００３】ところで、従来のサーボ制御装置では、制
御モードの切換えを運転中に行なうと、電動機の回転速
度が一時的ではあるが急激に低下してしまうという、い
わゆる“ 切換ショック ”が発生してしまうという問題
があった。

【０００４】これは、サーボ制御装置における位置制御
の応答周波数Ｆ_apr が、通常、数１０Ｈｚ程度と低く、
このため制御遅れ(時定数：Ｔ＝１／２πＦ_apr)によ
り、位置制御部の出力である速度指令値の発生が遅れて
しまうためである。

【０００５】そこで、サーボ制御装置の従来技術では、
制御モードの切換時、位置制御の応答周波数を過渡的に
落として設定することにより、切換ショックの発生を防
止していた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、制御
応答性の低さについて配慮がされているとは言えず、位
置制御運転が安定するまで時間が掛かり、高精度の切換
運転が実現できないという問題があった。

【０００７】すなわち、従来技術では、制御モードを切
換える際、位置制御の応答周波数を低下させているた
め、位置制御運転が安定するまで時間が掛かり、高精度
の切換運転が実現できないのである。

【０００８】本発明の目的は、切換ショックの虞れがな
く、高精度で切換運転が得られるようにしたサーボ制御
装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的は、電動機と、
位置指令値に対する前記電動機の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、前記速度指令値に
対する前記電動機の速度検出値の偏差に応じてトルク指
令値を得る速度制御部と、前記トルク指令値に従って前
記電動機の出力電流を制御する電力変換器を備え、制御
モードの切換えが行なえるようにしたサーボ制御装置に
おいて、前記速度指令値を前記制御モードの切換時点で
修正する手段を設け、制御モードの切換時点における前
記電動機の回転速度変動を低減させるようにして達成さ
れる。

【００１０】このとき、前記制御モードの切換えが、速
度制御モードから位置制御モードへの切換えとトルク制
御モードから位置制御モードへの切換えの少なくとも一
方であるようにしても良く、前記速度指令値の修正が、
制御モードが切換えられる時点における前記電動機の位
置検出値に基づいて行なわれるようにしても良い。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明によるサーボ制御装
置について、図示の実施形態により詳細に説明する。

【００１２】図１は、電動機１を電力変換器２で制御
し、この電動機１により、図示してない産業用機械を駆
動するようにしたサーボ装置に本発明を適用した場合の
一実施形態で、ここで、このサーボ制御装置は、図示し
てない外部の、例えば上位の制御系から供給される位置
指令値θ^* ₀ に応じて電動機１をサーボ制御し、このと
きの制御モードの切換えも、外部から入力される制御モ
ード切換信号ＳＷ_md に応じで行なわれるようにしたも
のである。

【００１３】そして、まず電力変換器２は、トルク指令
値Ｉq ^*に従って電動機１を駆動する働きをするもの
で、例えばインバータ装置で構成されている。

【００１４】次に、３は位置検出器で、電動機１の回転
位置を検出し、位置検出値θを発生する働きをするもの
で、例えばパルスエンコーダで構成されている。

【００１５】４は速度検出部で、位置検出器３の出力で
ある位置検出値θから電動機１の速度検出値Ｎを検出す
る働きをする。

【００１６】５は速度制御部で、速度指令値Ｎ^*と速度
検出値Ｎの偏差を入力し、この偏差に応じて、位置・速
度制御時におけるトルク指令値Ｉq^* _ASR を生成する働き
をする。

【００１７】６は位置制御部で、位置指令値θ^* ₀ に切
換ショック低減部９２(後述)の出力θ_SH を加算した信
号θ^* と位置検出値θの偏差を入力し、位置制御時にお
ける速度指令値Ｎ^* _PFB を出力する働きをする。

【００１８】７は第１制御切換部で、速度制御時におけ
る指令値Ｎ^* _exと位置制御時における指令値Ｎ^* _APR の何
れか一方を制御モード切換信号ＳＷ_md により選択し、
速度指令値Ｎ^* として取り出すスイッチとして働くもの
である。

【００１９】８は第２制御切換部で、トルク制御時にお
ける指令値Ｉq^* _ex と速度制御時における指令値Ｉq^* _ASR
のいずれか一方を制御モード切換信号ＳＷ_md により選
択し、トルク指令値Ｉq^* として出力するスイッチとし
て働くものである。

【００２０】ここで、これら第１制御切換部７と第２制
御切換部８については、何れも同じ制御モード切換信号
ＳＷ_md により制御されるものとして描かれているが、
実際には、この制御モード切換信号ＳＷ_md には、速度
制御モードと位置制御モードの切換えを行なう信号と、
トルク制御モードと位置制御モードの切換えを行なう信
号の２種類がある。

【００２１】そして、制御モード切換信号ＳＷ_md が速
度制御モードと位置制御モードの切換えを行なう信号の
ときは、第１制御切換部７だけが切換わり、トルク制御
モードと位置制御モードの切換えを行なう信号のとき
は、第２の制御切換部８だけが切換わることになる。

【００２２】９は速度指令推定部で、フィードフォワー
ド補償部９１と切換ショック低減部９２で構成され、位
置指令値θ^* ₀ と位置検出値θ、それに制御モード切換
信号ＳＷ_md を入力し、速度指令推定値Ｎ^* _est と信号θ
^*を出力する働きをする。

【００２３】次に、本発明の特徴的な構成要素である速
度指令推定部９について、図２を用いて詳細に説明す
る。

【００２４】この速度指令推定部９は、図２に示されて
いるように、フィードフォワード補償部９１と、切換シ
ョック低減部９２で構成されているが、まず切換ショッ
ク低減部９２について説明する。

【００２５】始めに、切換ショック低減部９２に入力さ
れる制御モード切換信号ＳＷ_md については、次の通り
に定義してある。

【００２６】制御モードが速度・トルク制御モードの場
合 → ＳＷ_md＝“１” 制御モードが位置制御モードの場合 → ＳＷ
_md＝“０”

【００２７】そして、切換ショック低減部９２に入力さ
れた信号ＳＷ_md は、制御モード切換タイミング信号生
成部９２１に入力されるが、ここで、図３は、この制御
モード切換タイミング信号生成部９２１の詳細で、入力
された信号ＳＷ_md はサンプルホールド器９２１１と減
算器９２１２に供給される。

【００２８】まず、サンプルホールド器９２１１は、信
号ＳＷ_md が供給されることにより１サンプリング周期
前の制御モード切換信号ＳＷ_mdz1 を出力し、信号ＳＷ
_md と共に減算器９２１２に供給する。

【００２９】そこで、減算器９２１２から、減算結果と
して信号ＳＷ_mdtrig が出力され、これが比較器９２１
３に供給され、比較定数「１」と比較された結果、制御
モード切換タイミング信号ＳＷ_tm が出力される。

【００３０】従って、この信号ＳＷ_tm は、図６で後述
するように、信号ＳＷ_mdtrig がレベル１からレベル０
に変化したときだけ、つまり制御モードが速度・トルク
制御モードから位置制御モードに切換られた瞬間だけレ
ベル０からレベル１にパルス状に現れることになる。

【００３１】図２に戻り、この信号ＳＷ_tm は位置検出
値θと共にサンプルホールド器９２２に供給され、この
結果、サンプルホールド器９２２は、信号ＳＷ_tm がレ
ベル０からレベル１に変化したタイミングでサンプルホ
ールドした位置検出値θを、信号θ_SH として出力す
る。

【００３２】そして、この信号θ_SH は、位置指令値θ^*
₀ と共に加算器９３に入力され、この結果、加算器９３
から加算信号θ^* が出力される。

【００３３】そこで、このようにして生成された信号Ｓ
Ｗ_tm と信号θ_SH、それに信号θ^*がフィードフォワード
補償部９１に供給されることになる。

【００３４】次にフィードフォワード補償部９１につい
て説明する。

【００３５】まず、これらの信号ＳＷ_tm と信号θ_SH、
それに信号θ^* は共に位置指令前回値保管部９１１に入
力され、ここから１サンプリング周期前の指令値θ^* _z1
として出力される。

【００３６】そして、まず減算器９１２において信号θ
^* から指令値θ^* _z1 が減算され、減算結果がゲイン定数
９１３によりＫ_ff 倍されてから一次遅れ回路９１４に
入力され、ここで速度指令推定値Ｎ^* _est が生成され出
力されることになる。

【００３７】ここで、上記した位置指令前回値保管部９
１１による処理の内容について、図４のフローチャート
により更に詳細に説明する。

【００３８】この図４の処理は周期的に実行され、処理
が開始されると、まず信号ＳＷ_tmがレベル１か否かを調
べ(Ｓ１)、ＹＥＳ(肯定)のときは信号θ_SH をホールド
して信号θ^* _z1hold とし(Ｓ２)、ＮＯ(否定)のときは、
このＳ２の処理をスキップする。

【００３９】この後、ホールドした信号θ^* _z1hold を指
令値θ^* _z1 とし(Ｓ３)、続いて、このホールドした信号
θ^* _z1hold を信号θ^* で置き換え(Ｓ４)、処理を終了す
る。従って、信号ＳＷ_tm がレベル１になったときだ
け、信号θ_SH が指令値θ^* _z1として出力され、これ以外
のタイミングでは、信号θ^* が指令値θ^* _z1 として出力
されることになる。

【００４０】次に制御モードを速度制御モードから位置
制御モードに切換えた場合の速度指令値の修正動作、す
なわち、速度制御モード時における指令値Ｎ^* _ex と位置
制御モード時における指令値Ｎ^* _APR の切換動作と共に
説明する。ここで、このときは第１制御切換部７だけが
切換わることは、既に説明した通りである。

【００４１】まず、本発明の特徴である位置指令前回値
保管部９１１における各部の信号について、図５を用い
て説明する。

【００４２】制御モード切換信号ＳＷ_md が切換わる
と、これによる信号ＳＷ_tmがレベル０からレベル１に変
化した瞬間の位置検出値θがａ点でサンプルホールドさ
れ、このサンプルホールド値により、図示の通り、位置
指令前回値θ^* _z1 と位置指令値θ^* が修正される。

【００４３】次に、これらの位置指令前回値θ^* _z1 と位
置指令値θ^* を用い、制御モードを速度制御モードから
位置制御モードに切換えたときの速度指令推定部９と位
置制御部６における各信号の動作について、図６を用い
て説明する。

【００４４】まず制御モード切換信号ＳＷ_md が切換え
られると、このときは上記したように第１制御切換部７
だけが切換わり、速度制御部５に入力される速度指令値
Ｎ^*が、速度制御時における指令値Ｎ^* _ex から位置制御
時における指令値Ｎ^* _APR に切換えられる。

【００４５】そして、この結果、既に図５で説明したよ
うに、制御モード切換時における位置指令値θ^* と位置
指令前回値θ^* _z1 を修正することで、図６のｂ点におけ
る速度指令推定値Ｎ^* _est を算出し、この値を位置制御
部６の出力である速度指令値Ｎ^* _PFB に加算して、速度
指令値Ｎ^*(位置制御時における指令値Ｎ^* _APR)を修正す
る。

【００４６】ここで、本発明による効果を確認するた
め、図７と図８の動作例により説明すると、まず、図７
の動作例は、本発明の特徴である速度指令値推定部９の
効果を見るため、“速度指令値の修正動作”が行われな
いようにした場合の動作例で、この動作例の場合、図示
のように、速度制御モードから位置制御モードに切換わ
った時点で、電動機１の回転速度Ｎが瞬時的に大きく落
ち込んでおり、従って、このときは“切換ショック”が
発生してしまうことが判る。

【００４７】一方、本発明の特徴である“速度指令値の
修正動作”を行った場合の特性が図８の動作例であり、
この場合、速度制御モードから位置制御モードに切換わ
った時点においても、電動機の回転速度Ｎが一定になっ
ていて、“切換ショック”が発生していないことが判
る。

【００４８】次に、制御モードを、トルク制御モードか
ら位置制御モードに切換た場合の速度指令値の修正動作
について説明する。

【００４９】まず、位置指令前回値保管部９１１におけ
る信号動作は、先に説明した制御モードを速度制御モー
ドから位置制御モードに切換えた場合と同じであるの
で、ここでは詳しい説明は省略するが、図５に示してあ
るように、切換時の位置指令前回値θ^* _z1 と位置指令値
θ^* が、位置検出値θによって修正されていることが判
る。

【００５０】そこで、これらの位置指令前回値θ^* _z1 と
位置指令値θ^* を用いた場合の、速度指令推定部９と位
置制御部６における各信号の動作波形を、図９を用いて
説明する。

【００５１】まず、信号ＳＷ_md が切換えられると、こ
のときは第２制御切換部８だけが切換えられ、電力変換
器２に入力されるトルク指令値Ｉq^* が、トルク制御時
における指令値Ｉq^* _e から速度・位置制御モード時にお
ける指令値Ｉq^* _ASR に切換えられる。

【００５２】このとき、既に説明したように、制御モー
ド切換時の位置指令値θ^* と位置指令前回値θ_z1 が修
正され、図９のｃ点における速度指令推定値Ｎ^* _est が
算出される。

【００５３】そこで、この算出された速度指令推定値Ｎ
^* _est を位置制御部６の出力である位置制御時における
速度指令値Ｎ^* _PFB に加算し、速度指令値Ｎ^*(位置制御
時における指令値Ｎ^* _APR)を修正しすることにより、切
換ショックを発生させず、速度Ｎを一定にすることがで
きる。

【００５４】従って、この実施形態によれば、運転中で
の制御モードの切換えに伴う切換ショックの発生を確実
に抑えることができるので、安定した制御モードの切換
えが得られることになり、この結果、高精度で切換運転
が得られるようにしたサーボ制御装置を容易に提供する
ことができる。

【００５５】

【発明の効果】本発明によれば、運転中に制御モードを
切換えても切換ショックが発生する虞れがないので、高
精度の切換運転を容易に実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるサーボ制御装置の一実施形態を示
すブロック構成図である。

【図２】本発明の一実施形態における速度指令推定部の
詳細を示すブロック構成図である。

【図３】本発明の一実施形態における切換タイミング信
号生成部の詳細を示すブロック構成図である。

【図４】本発明の一実施形態における位置指令前回値保
管部処理の動作を説明するための流れ図である。

【図５】本発明の一実施形態における位置指令前回値保
管部の動作を説明するための波形図である。

【図６】本発明の一実施形態における制御モードを切換
えたときの動作を説明するための波形図である。

【図７】本発明が適用されなかった場合の動作を説明す
るための特性図である。

【図８】本発明の一実施形態による動作を説明するため
の特性図である。

【図９】本発明の一実施形態における制御モードを切換
えたときの動作を説明するための波形図である。

【符号の説明】

１ 電動機 ２ 電力変換器 ３ 位置検出器 ４ 速度検出部 ５ 速度制御部 ６ 位置制御部 ７ 第１制御切換部 ８ 第２制御切換部 ９ 速度指令推定部 ９１１ 位置指令前回値保管部 ９２１ 制御モード切換タイミング信号生成部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H550 AA18 BB10 DD10 GG01 GG03 GG08 HB08 JJ03 JJ04 JJ06 JJ23 JJ25 JJ26 LL07 LL35 5H576 AA17 BB10 DD02 EE01 GG01 GG02 GG07 GG10 HB01 JJ03 JJ08 JJ23 JJ26 LL07 LL41

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電動機と、位置指令値に対する前記電動
   機の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、前記速度指令値に対する前記電動機の速度検出
   値の偏差に応じてトルク指令値を得る速度制御部と、前
   記トルク指令値に従って前記電動機の出力電流を制御す
   る電力変換器を備え、制御モードの切換えが行なえるよ
   うにしたサーボ制御装置において、 前記速度指令値を前記制御モードの切換時点で修正する
   手段を設け、 制御モードの切換時点における前記電動機の回転速度変
   動を低減させるように構成したことを特徴とするサーボ
   制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の発明において、 前記制御モードの切換えが、速度制御モードから位置制
   御モードへの切換えとトルク制御モードから位置制御モ
   ードへの切換えの少なくとも一方であることを特徴とす
   るサーボ制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の発明において、 前記速度指令値の修正が、制御モードが切換えられる時
   点における前記電動機の位置検出値に基づいて行なわれ
   ることを特徴とするサーボ制御装置。