JP2003131704A - オーバーシュート抑制機能を備えたモータ制御装置 - Google Patents
オーバーシュート抑制機能を備えたモータ制御装置Info
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Abstract
抑制する機能を備えたモータ制御装置を提供する。 【解決手段】位置制御部1と、速度フィードフォワード
部2と、速度制御部3と、トルクフィードフォワード部
4と、トルクフィルタ部5と、電流制御部6と、モータ
位置検出器と、モータ速度信号作成部8とを備え、第2
のトルク指令からトルクフィードフォワード信号を差し
引いた値が正であればトルクフィードフォワードゲイン
を大きくして調整し、正でなければトルクフィードフォ
ワードゲインを小さくして調整する。
Description
械等で用いられているモータの制御をするモータ制御装
置に関し、特に位置決め応答時に生じるオーバーシュー
トを抑制する機能を備えたモータ制御装置に関する。
モータは位置制御や速度制御されることが多く、機械の
性能を向上するため制御の応答時間を短縮することが求
められる。位置制御をして位置決め応答時間を短縮する
技術として、例えば、特開平9−171410号公報に
開示されたものがある。その技術によると、位置指令を
微分した値に速度フィードフォワードゲインを乗じて速
度指令に加え、さらに、速度指令を微分した値にトルク
フィードフォワードゲインを乗じてトルク指令に加えて
おり、これによって高速の位置決めが可能な位置制御装
置が実現できるとされている。
術によると、トルクフィードフォワードゲインの値が一
定値となっているため、ある条件で最適に調整したとし
ても,機械の駆動負荷の重量や摩擦特性の変化によりオ
ーバーシュートが発生する場合が生じている。このよう
な現象は、特に、高速、高精度の位置決めを実現しよう
として制御ゲインを上げていった場合に起こり易くな
り、要求される位置決め時間が実現できない、という問
題があった。そこで本発明は、この機械特性の影響によ
るオーバーシュートを抑制する機能を備えたモータ制御
装置を提供することを目的とする
に本発明は、位置指令にモータの位置が一致するように
速度指令を決定する位置制御部と、前記位置指令を微分
して求めた位置指令増分値に速度フィードフォワードゲ
インを乗じ、その結果をローパスフィルタにかけて速度
フィードフォワード信号を出力する速度フィードフォワ
ード部と、前記速度指令と前記速度フィードフォワード
信号を加算してさらにモータ速度を減算した信号を入力
し、前記モータの速度が前記速度指令に一致するように
第1トルク指令を決定する速度制御部と、前記位置指令
を2階微分して求めた速度指令増分値にトルクフィード
フォワードゲインを乗じ、ローパスフィルタにかけてト
ルクフィードフォワード信号を出力するトルクフィード
フォワード部と、前記第1トルク指令とトルクフィード
フォワード信号の和を入力し、フィルタを通して第2ト
ルク指令を決定するトルクフィルタ部と、前記第2トル
ク指令を電流指令に変換して前記モ−タの電流が電流指
令に一致するように電流制御を行い、機械部を連結した
前記モータを駆動する電流制御部と、前記モータに連結
されて前記モータの位置を検出する位置検出器と、その
検出器の信号を入力してモータ速度を決定する速度信号
作成部と、を備え、前記第2のトルク指令から前記トル
クフィードフォワード信号を差し引いた値が正であれば
前記トルクフィードフォワードゲインを大きくして調整
し、正でなければ前記トルクフィードフォワードゲイン
を小さくして調整することを特徴とするものである。ま
た、本発明は、位置指令にモータの位置が一致するよう
に第1トルク指令を決定する位置制御部と、前記位置指
令を2階微分して求めた速度指令増分値にトルクフィー
ドフォワードゲインを乗じ、ローパスフィルタを通して
トルクフィードフォワード信号を出力するトルクフィー
ドフォワード部と、前記第1トルク指令と前記トルクフ
ィードフォワード信号の和を入力し、ローパスフィルタ
を通して第2トルク指令を決定するトルクフィルタ部
と、前記第2トルク指令を電流指令に変換して前記モ−
タの電流が前記電流指令に一致するように電流制御を行
い、機械部を連結した前記モータを駆動する電流制御部
と、前記モータに連結されて前記モータの位置を検出す
る位置検出器と、を備え、前記第2のトルク指令から前
記トルクフィードフォワード指令を差し引いた値が正で
あれば前記トルクフィードフォワードゲインを大きくし
て調整し、そうでなければ前記トルクフィードフォワー
ドゲインを小さくして調整することを特徴とするもので
ある。さらに、前記第2トルク指令から前記トルクフィ
ードフォワード信号を差し引いた値が所定の上下限値の
範囲を超えた場合にのみ前記トルクフィードフォワード
ゲインを調整することを特徴し、前記第2トルク指令の
積算値から前記トルクフィードフォワード信号の積算値
を差し引いた値が所定の上下限値の範囲を超えた場合に
のみ前記トルクフィードフォワードゲインを調整するこ
とを特徴としている。
づいて図を用いて説明する。図1は本発明のモータ制御
装置のブロック図である。図において、位置制御部1は
比例積分制御器からなり、外部また内部の位置指令と検
出したモータ位置との差を入力して速度指令を生成す
る。速度フィードフォワード部2は位置指令を微分して
位置指令増分値を求め、これに速度フィードフォワード
ゲインを乗じた後、ローパスフィルタにかけて速度フィ
ードフォワード信号に変換する。速度制御部3は、速度
指令とモータ速度の差に速度フィードフォワード信号を
加えた信号を入力し、比例積分制御をして第1トルク指
令を生成する。トルクフィードフォワード部4は、位置
指令を入力すると、2階微分して速度指令増分値を求
め、これにトルクフィードフォワードゲインを乗じた
後、ローパスフィルタにかけてトルクフィードフォワー
ド信号に変換する。トルクフィルタ部5は、第1トルク
信号とトルクフィードフォワード信号の和を入力すると
ローパスフィルタを通して第2トルク指令を生成する。
電流制御部6は、この第2トルク指令に応じて電流指令
を生成し、制御対象7を駆動する。制御対象7は、図3
に示すように、モータ10と、モータ10に連結されて
モータ10の負荷となる機械部11と、モータ10に連
結されてモータ10の回転位置を検出する位置検出器1
2から構成されている。位置検出器12が出力するモー
タ位置は速度信号生成部8によってモータ速度に変換さ
れる。
て、その構成を示す図4を用いて説明する。トルクフィ
ードフォワード部4は2つの微分器13と、トルクフィ
ードフォワードゲイン14と、ローパスフィルタ15か
ら構成されており、トルクフィードフォワードゲイン1
4のゲインがトルクフィードフォワードゲイン調整部9
のトルクフィードフォワードゲイン調整信号によって調
整できるようになっている。図1のモータ制御装置が稼
動すると、トルクフィードフォワードゲイン調整部9と
トルクフィードフォワード部4は次のように動作する。
トルクフィードフォワードゲイン調整部9は、第2トル
ク指令(またはその積分値)とトルクフィードフォワー
ド信号(またはその積分値)の差が予め設定した下限値
から上限値までの範囲からはみ出したときは、その差が
正であればトルクフィードフォワードゲインを大きく
し、正でなければトルクフィードフォワードゲインを小
さくするトルクフィードフォワード調整信号を出力す
る。この上下限値は、例えば、第2トルク指令の±5%
に設定される。トルクフィードフォワード調整信号をト
ルクフィードフォワードゲイン14が受けると、トルク
フィードフォワードゲイン14はその信号に応じてゲイ
ンを大きくするか小さくする。このようにして、第2ト
ルク指令とトルクフィードフォワード信号との差が設定
した上下限値の範囲内になるようにトルクフィードフォ
ワードゲインを調整するのである。
いて説明する。図2が図1と異なるのは、図1の速度制
御部3と、速度フィードフォワード部2、速度信号生成
部8が省略されていることと、その代わりに、位置制御
部7が(比例+積分+微分)制御をする点である。この
実施例の動作は、概ね図1の実施例と同様のものとな
る。
更される状況について、例を用いて説明する。図5は、
ある条件で最適調整した場合の速度応答と位置偏差、図
6は、同条件でのトルクフィードフォワード部から出力
されるトルクフィードフォワード信号とトルクフィルタ
部から出力される第2トルク指令を示したものである。
図中、16は速度指令、17はモータ速度、18は位置
偏差、19はトルクフィードフォワード信号,20は第
2トルク指令である。位置偏差を見るとオーバーシュー
トのない滑らかな応答であることが分かる。また,トル
クフィードフォワード信号と第2トルク指令が良く一致
していることが分かる。
量を3分の1に軽減した場合の応答を図7および図8に
示す。図中、位置偏差の波形を見ると指令終了時に大き
くオーバーシュートが発生していることがわかる。ま
た、トルクフィードフォワード信号に変化がないのに対
して、第2のトルク指令が2分の1以下に低下している
ことが分かる。このような場合、トルクフィードフォワ
ードゲイン調整部は、トルクフィードフォワード信号と
第2トルク指令の差が閾値を超えた時点から一定時間、
それぞれの振幅を監視し、例えば、トルクフィードフォ
ワード信号の平均値が第2トルク指令の平均値の2.5倍
だった場合は、その逆数である0.4をトルクフィードフ
ォワードゲインに乗じる。また、積分値を用いた場合
は、積分された値の比から、直接前記の処理を行うこと
ができる。
ら、負荷慣性(イナーシャ)が減少しているため、出力
トルク(第2のトルク指令)も減少する。しかしなが
ら、トルクフィードフォワード信号は、最適調整時のま
まとなっており、過大なものになっている。そのため、
過大なトルクフィードフォワード信号を補償するフィー
ドバック系の応答遅れによりオーバーシュートが発生す
る。抑制機能を動作させることにより、過大なトルクフ
ィードフォワード信号を負荷に応じた適正なものに調整
するため、オーバーシュートのない滑らかな応答を実現
できる。
ルクフィードフォワードゲイン調整部を機能させた場合
の図7と図8に対応する図である。図に示すように、位
置偏差のオーバーシュートは改善され、トルクフィード
フォワード信号と第2トルク指令が良く一致しているこ
とが分かる。
ば、位置決め時間を短縮するためにフィードフォワード
制御を用いた場合にも負荷の変動に応じて,自動的にト
ルクフィードフォワードゲインを調整できるため,オー
バーシュートを抑制できるという効果がある。
ック図
ワード指令
フォワード指令
用した場合の速度応答と位置偏差
適用した場合のトルク指令とトルクフィードフォワード
指令
Claims (4)
- 【請求項1】位置指令にモータの位置が一致するように
速度指令を決定する位置制御部と、 前記位置指令を微分して求めた位置指令増分値に速度フ
ィードフォワードゲインを乗じ、その結果をローパスフ
ィルタにかけて速度フィードフォワード信号を出力する
速度フィードフォワード部と、 前記速度指令と前記速度フィードフォワード信号を加算
してさらにモータ速度を減算した信号を入力し、前記モ
ータの速度が前記速度指令に一致するように第1トルク
指令を決定する速度制御部と、 前記位置指令を2階微分して求めた速度指令増分値にト
ルクフィードフォワードゲインを乗じ、ローパスフィル
タにかけてトルクフィードフォワード信号を出力するト
ルクフィードフォワード部と、 前記第1トルク指令とトルクフィードフォワード信号の
和を入力し、フィルタを通して第2トルク指令を決定す
るトルクフィルタ部と、 前記第2トルク指令を電流指令に変換して前記モ−タの
電流が電流指令に一致するように電流制御を行い、機械
部を連結した前記モータを駆動する電流制御部と、 前記モータに連結されて前記モータの位置を検出する位
置検出器と、 その検出器の信号を入力してモータ速度を決定する速度
信号作成部と、 を備え、 前記第2のトルク指令から前記トルクフィードフォワー
ド信号を差し引いた値が正であれば前記トルクフィード
フォワードゲインを大きくして調整し、正でなければ前
記トルクフィードフォワードゲインを小さくして調整す
ることを特徴とするオーバーシュート抑制機能を備えた
モータ制御装置。 - 【請求項2】位置指令にモータの位置が一致するように
第1トルク指令を決定する位置制御部と、 前記位置指令を2階微分して求めた速度指令増分値にト
ルクフィードフォワードゲインを乗じ、ローパスフィル
タを通してトルクフィードフォワード信号を出力するト
ルクフィードフォワード部と、 前記第1トルク指令と前記トルクフィードフォワード信
号の和を入力し、ローパスフィルタを通して第2トルク
指令を決定するトルクフィルタ部と、 前記第2トルク指令を電流指令に変換して前記モ−タの
電流が前記電流指令に一致するように電流制御を行い、
機械部を連結した前記モータを駆動する電流制御部と、 前記モータに連結されて前記モータの位置を検出する位
置検出器と、 を備え、 前記第2のトルク指令から前記トルクフィードフォワー
ド指令を差し引いた値が正であれば前記トルクフィード
フォワードゲインを大きくして調整し、そうでなければ
前記トルクフィードフォワードゲインを小さくして調整
することを特徴とするオーバーシュート抑制機能を備え
たモータ制御装置。 - 【請求項3】前記第2トルク指令から前記トルクフィー
ドフォワード信号を差し引いた値が所定の上下限値の範
囲を超えた場合にのみ前記トルクフィードフォワードゲ
インを調整することを特徴とする請求項1または2に記
載のオーバーシュート抑制機能を備えたモータ制御装
置。 - 【請求項4】前記第2トルク指令の積算値から前記トル
クフィードフォワード信号の積算値を差し引いた値が所
定の上下限値の範囲を超えた場合にのみ前記トルクフィ
ードフォワードゲインを調整することを特徴とする請求
項1または2に記載のオーバーシュート抑制機能を備え
たモータ制御装置。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2001328726A JP3906481B2 (ja) | 2001-10-26 | 2001-10-26 | モータ制御装置 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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2001
- 2001-10-26 JP JP2001328726A patent/JP3906481B2/ja not_active Expired - Fee Related
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