JP2004023902A - サーボ制御装置の速度制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】速度制御はそのままで、応答性を高められるサーボ制御装置の速度制御方法を提供する。
【解決手段】速度指令と速度フィードバックとの速度偏差を速度制御部へ入力してトルク指令を出力するサーボ制御装置の速度制御方法において、速度の変化のみ早い時間間隔又はイベントとして観測（８）し、変化が発生するとそれに応じたトルクを分を算出して応答し、それ以外は指令に追従する制御を行うようにしたものである。
【選択図】 図１
【解決手段】速度指令と速度フィードバックとの速度偏差を速度制御部へ入力してトルク指令を出力するサーボ制御装置の速度制御方法において、速度の変化のみ早い時間間隔又はイベントとして観測（８）し、変化が発生するとそれに応じたトルクを分を算出して応答し、それ以外は指令に追従する制御を行うようにしたものである。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サーボ制御装置の速度制御方法に関し、詳しくは、速度の変化のみ早い時間間隔又はイベントとして観測して変化が発生すると、それに応じたトルク分を算出して応答し、それ以外は指令に追従するサーボ制御装置の速度制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の、サーボ制御装置の速度制御方法では、図５の構成のように、制御対象のサーボモータ５と、そのモータ５をベースドライブ回路３によりトランジスタをスイッチングして駆動するインバータ４と、速度指令を演算するＣＰＵ１、ＣＰＵ１からの速度指令を入力してベースドライブ回路３へのドライブ指令を出力する電流制御部２、サーボモータ５の位置を検出するエンコーダ６、エンコーダ６のパルスを処理するエンコーダ入力回路７、とで構成されている。
図６は図５のサーボ制御装置の制御ブロック図であり、１１は速度制御部、１２はモータ５の伝達関数、１３は積分である。１６は逆Ｚ変換（サンプリング）、ｓは微分で、これにより速度検出を行う。
以上のような構成により、所定のサンプリング時間間隔でエンコーダ６により取込まれる位置信号θの微分により速度検出を行ない、この速度フィードバックを速度指令から減算する速度制御部１１の速度制御と、以降の電流制御を行ってている。
また、制御を改善した別の方式としては、例えば、特開平８−９６７２号に開示されている「モータの速度制御装置」の場合は、図７に示すように、モータのトルク電流ｉに対する補償器２８のループと、モータ速度に対する補償器２９のループを分離制御することによって、モータトルク電流ｉに対する１次遅れ補償器２８と、モータ速度に対する近似微分補償器２９を別々に設定して、速度変動や機械振動の抑止を図っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術では、図５および図６に示した回路で応答性を高めるには、サンプリング時間を短くするか、フィードフォワード制御を行う方法しかなく、サンプリング時間を短くする方法はＣＰＵに負担が掛かり、フィードフォワード制御ではオーバーシュートが発生するという問題があった。
また、特開平８−９６７２号「モータの速度制御装置」の場合は、各補償器を用いて補正しているが、電流ではトルクというよりは電流制御の遅れを補償して電流の制御性を高めるもので速度制御の応答にはあまり効果が無く、一方、速度の微分では速度の分解能がないと補償ができないという問題があった。特に、速度の検出としてエンコーダを用いる場合は、低速度時に微分を行うと検出が得られないという問題があった。
そこで、本発明は、速度指令と速度フィードバックとの速度偏差を制御する主制御ループによる速度制御はそのままにして、速度の変化のみ早い時間間隔又はイベントとして観測し補償することで応答性を高め、ゲインも上げられるサーボ制御装置の速度制御方法を提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、速度指令と速度フィードバックとの速度偏差を速度制御部へ入力してトルク指令を出力するサーボ制御装置の速度制御方法において、速度の変化のみ早い時間間隔又はイベントとして観測し、変化が発生するとそれに応じたトルク分を算出して応答し、それ以外は指令に追従する制御を行うことを特徴としている。
このサーボ制御装置の速度制御方法では、速度の変化のみ早い時間間隔（例えば、サンプリング周期）、あるいはイベント（状態観測器などによる）として観測し補償するので、外乱等で負荷が変化しても、応答性が高く即補正が可能なので、見掛け上応答を上げられ、更に安定させることができるので、ゲインも上げることができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態について図を参照して説明する。
図１は本発明の実施の形態に係るサーボ制御装置の速度制御方法の構成図である。
図２は図１に示すサーボ制御装置の速度制御方法の制御ブロック図である。
図３は図１に示すサーボ制御装置の速度制御方法の処理のフローチャートである。
図４は図１に示すサーボ制御装置の速度制御方法におけるシミュレーション結果を示す図である。
図１において、１はマイクロコンピュータ、２は電流制御回路、３はベースドライブ回路、４はパワートランジスタ・モジュール、５はモータ、６はエンコーダ、７はエンコーダ入力回路、８は速度の変化観測器である。
つぎに図３を参照して動作について説明する。
本実施の形態の制御は、本来の速度フィードバックによる速度制御と、速度の状態観測器によるイベント検出により速度／トルクを補償する、２つのループを構成して応答性を高めるものである。
先ず、図３（ａ）は図２に示す速度制御部１１による速度制御であって、通常のサンプリングタイムで、速度制御を行う（Ｓ１００）。
ここでの速度制御は、所定のサンプリング周期で取込まれる図１に示すエンコーダ６のパルスから、エンコーダ入力回路７（図２のエンコーダ位置のサンプリング１６と、微分ｓに相当）により速度検出を行い、これを速度フィードバックとして速度指令値との差分をとり、速度制御部１１においてゲインを乗算して、速度制御を行い。得られたトルク指令により電流制御部２を介してベースドライブ回路３でトランジスタ・モジュール４を駆動してモータ５を制御する（Ｓ１０１）。
【０００６】
次に、マイクロコンピュータ１は、エンコーダ入力回路７より速度の変化観測器８を通して速度変化を監視して、速度変動、ねじり振動等が発生すると、図３（ｂ）のように、速度／トルク補償ループによる速度補正を行う（Ｓ２００）。監視中に速度変化が発生したら（Ｓ２０１）、例えば、エンコーダのパルスを監視して、変化があると割込みを発生させ、図２に示す位置のサンプリング１５とイナーシャ分Ｊｓ２（モータトルクの推定）１４により速度を微分して加速トルクを演算し、速度変化分のトルクを算出する（Ｓ２０２）。
算出値をトルク指令τより差引いて、電流指令に変換して、電流制御回路２に指令し、ベースドライブ回路３をドライブして電流を制御して補正する（Ｓ２０３）。
このように、速度／トルク補償ループの変動に対する応答は、ほぼ検出遅れのみで応答は高いので、外乱や変動などを効果的に打ち消し、速度制御１１は速度の応答のみで制御を構成できるので系が安定する。
【０００７】
つぎに本発明の第２の実施の形態について説明する。
この場合は、図１に示す速度の状態観測器８を使用したイベント処理に代え、図５に示す構成のように状態観測器８を使用しないで、通常の速度制御１１のループと、サンプリング周期を速度制御ループよりも早いサンプリング周期で動作するように設定して、つまり検出速度を上げて速度／トルク補償ループを構成した例である。
早いサンプリングで、図２に示す補償ループにより補償トルクを演算し、早いサンプリング周期毎に、図３（ｂ）の補正処理を行うことで、ＣＰＵ１にそれほど過度な負担を掛けず安定な速度制御を行うことができる。
【０００８】
図４は、上の実施の形態で速度制御を行った時の速度とトルクのシミュレーション結果の各波形を示したもので、図４（ａ）は従来のゲインＫｖ＝４００Ｈｚの場合の波形であり、図４（ｂ）は対比した本発明のゲインＫｖ＝６００Ｈｚに上げた場合の波形である。このように、本発明では、補正を加えると速度変動を即抑えられ、速度のオーバシュートや変動が少ないので、振動が発生しにくく、ゲインを上げても応答を高くすることができる。
図４（ｃ）は従来例の０〜１０００ｒｐｍでの起動・停止の波形で、同じく、図４（ｄ）は本発明の場合の起動・停止の波形であり、本発明の場合は、同じゲインでも変動を抑えられることが分かる。
また、本発明では速度の分解能も高く、低速度時でも速度検出が可能で応答性の良い補償が可能になる。
また、補償トルクは速度の変化分にイナーシャ相当分を乗じて行ったが、負荷のモデルが分かっていれば、それに応じた算出を行って補償してもよい。
補償トルクを大きくしたい場合、速度の変化分にイナーシャ相当分を乗じて、更に係数を乗じて大きくしても良い。
【０００９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、外乱等で負荷が変化しても、早いサンプリング間隔、又はイベントとして観測し、直接の変動として即応答して変動を抑え、見掛け上応答を上げられ更に安定させることができるので、安定な制御が可能になり、ゲインを上げることもできる、という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るサーボ制御装置の速度制御方法の構成図である。
【図２】図１に示すサーボ制御装置の速度制御方法の制御ブロック図である。
【図３】図１に示すサーボ制御装置の速度制御方法の処理のフローチャートである。
【図４】図１に示すサーボ制御装置の速度制御方法におけるシミュレーション結果を示す図である。
【図５】本発明の他の実施の形態及び従来のサーボ制御装置の速度制御方法の構成図である。
【図６】図５に示すサーボ制御装置の速度制御方法の制御ブロック図である。
【図７】従来のモータの速度制御装置の制御ブロック図である。
【符号の説明】
１ マイクロコンピュータ
２ 電流制御回路
３ ベースドライブ回路
４ パワートランジスタモジュール
５ モータ
６ エンコーダ
７ エンコーダ入力回路
８ 速度の変化観測器
１１ 速度制御
１２ モータ伝達関数
１３ 積分
１４ Ｊｓ２
１５、１６ Ｚ− １（サンプリング）
【発明の属する技術分野】
本発明は、サーボ制御装置の速度制御方法に関し、詳しくは、速度の変化のみ早い時間間隔又はイベントとして観測して変化が発生すると、それに応じたトルク分を算出して応答し、それ以外は指令に追従するサーボ制御装置の速度制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の、サーボ制御装置の速度制御方法では、図５の構成のように、制御対象のサーボモータ５と、そのモータ５をベースドライブ回路３によりトランジスタをスイッチングして駆動するインバータ４と、速度指令を演算するＣＰＵ１、ＣＰＵ１からの速度指令を入力してベースドライブ回路３へのドライブ指令を出力する電流制御部２、サーボモータ５の位置を検出するエンコーダ６、エンコーダ６のパルスを処理するエンコーダ入力回路７、とで構成されている。
図６は図５のサーボ制御装置の制御ブロック図であり、１１は速度制御部、１２はモータ５の伝達関数、１３は積分である。１６は逆Ｚ変換（サンプリング）、ｓは微分で、これにより速度検出を行う。
以上のような構成により、所定のサンプリング時間間隔でエンコーダ６により取込まれる位置信号θの微分により速度検出を行ない、この速度フィードバックを速度指令から減算する速度制御部１１の速度制御と、以降の電流制御を行ってている。
また、制御を改善した別の方式としては、例えば、特開平８−９６７２号に開示されている「モータの速度制御装置」の場合は、図７に示すように、モータのトルク電流ｉに対する補償器２８のループと、モータ速度に対する補償器２９のループを分離制御することによって、モータトルク電流ｉに対する１次遅れ補償器２８と、モータ速度に対する近似微分補償器２９を別々に設定して、速度変動や機械振動の抑止を図っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術では、図５および図６に示した回路で応答性を高めるには、サンプリング時間を短くするか、フィードフォワード制御を行う方法しかなく、サンプリング時間を短くする方法はＣＰＵに負担が掛かり、フィードフォワード制御ではオーバーシュートが発生するという問題があった。
また、特開平８−９６７２号「モータの速度制御装置」の場合は、各補償器を用いて補正しているが、電流ではトルクというよりは電流制御の遅れを補償して電流の制御性を高めるもので速度制御の応答にはあまり効果が無く、一方、速度の微分では速度の分解能がないと補償ができないという問題があった。特に、速度の検出としてエンコーダを用いる場合は、低速度時に微分を行うと検出が得られないという問題があった。
そこで、本発明は、速度指令と速度フィードバックとの速度偏差を制御する主制御ループによる速度制御はそのままにして、速度の変化のみ早い時間間隔又はイベントとして観測し補償することで応答性を高め、ゲインも上げられるサーボ制御装置の速度制御方法を提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、速度指令と速度フィードバックとの速度偏差を速度制御部へ入力してトルク指令を出力するサーボ制御装置の速度制御方法において、速度の変化のみ早い時間間隔又はイベントとして観測し、変化が発生するとそれに応じたトルク分を算出して応答し、それ以外は指令に追従する制御を行うことを特徴としている。
このサーボ制御装置の速度制御方法では、速度の変化のみ早い時間間隔（例えば、サンプリング周期）、あるいはイベント（状態観測器などによる）として観測し補償するので、外乱等で負荷が変化しても、応答性が高く即補正が可能なので、見掛け上応答を上げられ、更に安定させることができるので、ゲインも上げることができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態について図を参照して説明する。
図１は本発明の実施の形態に係るサーボ制御装置の速度制御方法の構成図である。
図２は図１に示すサーボ制御装置の速度制御方法の制御ブロック図である。
図３は図１に示すサーボ制御装置の速度制御方法の処理のフローチャートである。
図４は図１に示すサーボ制御装置の速度制御方法におけるシミュレーション結果を示す図である。
図１において、１はマイクロコンピュータ、２は電流制御回路、３はベースドライブ回路、４はパワートランジスタ・モジュール、５はモータ、６はエンコーダ、７はエンコーダ入力回路、８は速度の変化観測器である。
つぎに図３を参照して動作について説明する。
本実施の形態の制御は、本来の速度フィードバックによる速度制御と、速度の状態観測器によるイベント検出により速度／トルクを補償する、２つのループを構成して応答性を高めるものである。
先ず、図３（ａ）は図２に示す速度制御部１１による速度制御であって、通常のサンプリングタイムで、速度制御を行う（Ｓ１００）。
ここでの速度制御は、所定のサンプリング周期で取込まれる図１に示すエンコーダ６のパルスから、エンコーダ入力回路７（図２のエンコーダ位置のサンプリング１６と、微分ｓに相当）により速度検出を行い、これを速度フィードバックとして速度指令値との差分をとり、速度制御部１１においてゲインを乗算して、速度制御を行い。得られたトルク指令により電流制御部２を介してベースドライブ回路３でトランジスタ・モジュール４を駆動してモータ５を制御する（Ｓ１０１）。
【０００６】
次に、マイクロコンピュータ１は、エンコーダ入力回路７より速度の変化観測器８を通して速度変化を監視して、速度変動、ねじり振動等が発生すると、図３（ｂ）のように、速度／トルク補償ループによる速度補正を行う（Ｓ２００）。監視中に速度変化が発生したら（Ｓ２０１）、例えば、エンコーダのパルスを監視して、変化があると割込みを発生させ、図２に示す位置のサンプリング１５とイナーシャ分Ｊｓ２（モータトルクの推定）１４により速度を微分して加速トルクを演算し、速度変化分のトルクを算出する（Ｓ２０２）。
算出値をトルク指令τより差引いて、電流指令に変換して、電流制御回路２に指令し、ベースドライブ回路３をドライブして電流を制御して補正する（Ｓ２０３）。
このように、速度／トルク補償ループの変動に対する応答は、ほぼ検出遅れのみで応答は高いので、外乱や変動などを効果的に打ち消し、速度制御１１は速度の応答のみで制御を構成できるので系が安定する。
【０００７】
つぎに本発明の第２の実施の形態について説明する。
この場合は、図１に示す速度の状態観測器８を使用したイベント処理に代え、図５に示す構成のように状態観測器８を使用しないで、通常の速度制御１１のループと、サンプリング周期を速度制御ループよりも早いサンプリング周期で動作するように設定して、つまり検出速度を上げて速度／トルク補償ループを構成した例である。
早いサンプリングで、図２に示す補償ループにより補償トルクを演算し、早いサンプリング周期毎に、図３（ｂ）の補正処理を行うことで、ＣＰＵ１にそれほど過度な負担を掛けず安定な速度制御を行うことができる。
【０００８】
図４は、上の実施の形態で速度制御を行った時の速度とトルクのシミュレーション結果の各波形を示したもので、図４（ａ）は従来のゲインＫｖ＝４００Ｈｚの場合の波形であり、図４（ｂ）は対比した本発明のゲインＫｖ＝６００Ｈｚに上げた場合の波形である。このように、本発明では、補正を加えると速度変動を即抑えられ、速度のオーバシュートや変動が少ないので、振動が発生しにくく、ゲインを上げても応答を高くすることができる。
図４（ｃ）は従来例の０〜１０００ｒｐｍでの起動・停止の波形で、同じく、図４（ｄ）は本発明の場合の起動・停止の波形であり、本発明の場合は、同じゲインでも変動を抑えられることが分かる。
また、本発明では速度の分解能も高く、低速度時でも速度検出が可能で応答性の良い補償が可能になる。
また、補償トルクは速度の変化分にイナーシャ相当分を乗じて行ったが、負荷のモデルが分かっていれば、それに応じた算出を行って補償してもよい。
補償トルクを大きくしたい場合、速度の変化分にイナーシャ相当分を乗じて、更に係数を乗じて大きくしても良い。
【０００９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、外乱等で負荷が変化しても、早いサンプリング間隔、又はイベントとして観測し、直接の変動として即応答して変動を抑え、見掛け上応答を上げられ更に安定させることができるので、安定な制御が可能になり、ゲインを上げることもできる、という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るサーボ制御装置の速度制御方法の構成図である。
【図２】図１に示すサーボ制御装置の速度制御方法の制御ブロック図である。
【図３】図１に示すサーボ制御装置の速度制御方法の処理のフローチャートである。
【図４】図１に示すサーボ制御装置の速度制御方法におけるシミュレーション結果を示す図である。
【図５】本発明の他の実施の形態及び従来のサーボ制御装置の速度制御方法の構成図である。
【図６】図５に示すサーボ制御装置の速度制御方法の制御ブロック図である。
【図７】従来のモータの速度制御装置の制御ブロック図である。
【符号の説明】
１ マイクロコンピュータ
２ 電流制御回路
３ ベースドライブ回路
４ パワートランジスタモジュール
５ モータ
６ エンコーダ
７ エンコーダ入力回路
８ 速度の変化観測器
１１ 速度制御
１２ モータ伝達関数
１３ 積分
１４ Ｊｓ２
１５、１６ Ｚ− １（サンプリング）
Claims (1)
- 速度指令と速度フィードバックとの速度偏差を速度制御部へ入力してトルク指令を出力するサーボ制御装置の速度制御方法において、
速度の変化のみ早い時間間隔又はイベントとして観測し、変化が発生するとそれに応じたトルク分を算出して応答し、それ以外は指令に追従する制御を行うことを特徴とするサーボ制御装置の速度制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002175794A JP2004023902A (ja) | 2002-06-17 | 2002-06-17 | サーボ制御装置の速度制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002175794A JP2004023902A (ja) | 2002-06-17 | 2002-06-17 | サーボ制御装置の速度制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004023902A true JP2004023902A (ja) | 2004-01-22 |
Family
ID=31174348
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002175794A Pending JP2004023902A (ja) | 2002-06-17 | 2002-06-17 | サーボ制御装置の速度制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004023902A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005335695A (ja) * | 2004-05-25 | 2005-12-08 | Caterpillar Inc | Ｄｃバス電圧制御を有する電気駆動システム |
-
2002
- 2002-06-17 JP JP2002175794A patent/JP2004023902A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005335695A (ja) * | 2004-05-25 | 2005-12-08 | Caterpillar Inc | Ｄｃバス電圧制御を有する電気駆動システム |
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