JP2005304132A - Motor controller - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータの移動子の位置をフィードバック制御する位置制御ループと、モータの移動子の移動速度をフィードバック制御する速度制御ループを備えたモータの制御装置に関するものである。更に詳しくは、モータのコギング、リップル等による推力の外乱の影響を低減するための工夫を施したモータの制御装置に関するものである。 The present invention relates to a motor control device including a position control loop that feedback-controls the position of a motor slider and a speed control loop that feedback-controls the moving speed of the motor slider. More specifically, the present invention relates to a motor control device devised for reducing the influence of thrust disturbance due to cogging, ripple, etc. of the motor.
図3は従来におけるモータの制御装置の構成例を示した図である。
図3で、モータ10は、リニアモータ、移動子が2次元方向に移動する平面モータ、回転型のモータ等である。
センサ11は、モータ10の移動子の移動を検出する。ここでいう移動子は回転型のモータの場合は回転子に相当する。センサ11は、例えば光学式エンコーダ、磁気レゾルバ、磁歪式センサ等である。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of a conventional motor control device.
In FIG. 3, the
The
位置制御部12は、位置指令値とセンサ11の位置検出値の偏差をもとにモータ10の移動子の位置をフィードバック制御するための制御信号を出力する。この制御信号は速度指令値の信号となる。
速度変換器13はセンサ11の検出信号を速度検出信号に変換する。速度変換器13は、例えばF/V変換器である。
The
The
速度制御部14は、位置制御部12からの速度指令値と速度変換器13からの速度検出値との偏差をもとにモータ10の移動子の移動速度をフィードバック制御するための制御信号を出力する。
駆動回路15は速度制御部14からの制御信号をもとにモータ10を駆動する。駆動回路10には、モータコイルの励磁電流を制御するためのパルス幅変調信号(PWM信号)を生成するPWM回路、PWM信号をもとにモータを駆動するブリッジ形のインバータ回路等が設けられている。
The speed control unit 14 outputs a control signal for feedback control of the moving speed of the moving element of the
The
図4は図3のモータの制御装置のブロック図である。図4は速度制御ループのブロック図を示している。
図4で、速度誤差増幅器のゲインはG(s)である。速度誤差増幅器は、速度制御部14にあり、速度指令値と速度変換器13からの速度検出値との偏差を増幅する。
推力発生部のゲインはKfである。推力発生部は、前述したPWM回路、インバータ回路、モータ等の部分である。
モータのコギングによる推力、推力リップル等により推力の外乱ΔFが発生する。実推力はFとなる。
FIG. 4 is a block diagram of the motor control device of FIG. FIG. 4 shows a block diagram of the speed control loop.
In FIG. 4, the gain of the speed error amplifier is G (s). The speed error amplifier is in the speed control unit 14 and amplifies the deviation between the speed command value and the speed detection value from the
The gain of the thrust generator is Kf. The thrust generator is a part such as the PWM circuit, the inverter circuit, or the motor described above.
A thrust disturbance ΔF is generated by thrust due to cogging of the motor, thrust ripple, and the like. The actual thrust is F.
負荷のゲインは1/M(Mは質量)である。負荷はモータ自身のイナーシャ、モータに連結された負荷等である。
加速度αより速度vはv=α/S(Sはラプラス演算子)となる。従って加速度を速度に変換する部分のゲインは1/Sである。
センサ11の速度検出感度はKvelである。
センサ11が出力する速度検出値VELと速度指令値Vinの偏差が速度誤差増幅器に与えられる。増幅された誤差をもとにモータ10を速度フィードバック制御する。
The gain of the load is 1 / M (M is mass). The load is an inertia of the motor itself, a load connected to the motor, or the like.
From the acceleration α, the velocity v is v = α / S (S is a Laplace operator). Therefore, the gain for converting acceleration into velocity is 1 / S.
The speed detection sensitivity of the
A deviation between the speed detection value VEL output from the
引用文献1には位置フィードバック制御部と速度フィードバック制御部を設けたモータの制御装置が記載されている。 Cited Document 1 describes a motor control device provided with a position feedback control unit and a speed feedback control unit.
ゲインが図4のようになった従来例では、速度誤差増幅器のゲインG(s)を十分に上げないと、前述した推力の外乱ΔFにより速度検出値VELに変動ΔVELが生じる。ところが、ゲインG(s)を上げると、ループにおける信号遅延が大きい場合や、モータに機械系共振が存在すると発振するという問題点があった。 In the conventional example in which the gain is as shown in FIG. 4, unless the gain G (s) of the speed error amplifier is sufficiently increased, the fluctuation ΔVEL occurs in the speed detection value VEL due to the above-described thrust disturbance ΔF. However, when the gain G (s) is increased, there is a problem that oscillation occurs when the signal delay in the loop is large or when there is mechanical resonance in the motor.
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、速度制御ループの特性を変えることなくモータ推力の外乱による影響を低減できるモータの制御装置を実現することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to realize a motor control device that can reduce the influence of disturbance of the motor thrust without changing the characteristics of the speed control loop.
このような課題を達成するために、本発明は次のとおりの構成になっている。 In order to achieve such a subject, the present invention is configured as follows.
(1)モータの移動子の位置をフィードバック制御する位置制御ループと、モータの移動子の移動速度をフィードバック制御する速度制御ループを備えたモータの制御装置において、
モータの移動子の移動加速度をフィードバック制御する加速度制御ループを設け、前記速度制御ループが出力する加速度指令値をフィードフォワード信号として前記加速度制御ループに与える信号経路を設けたことを特徴とするモータの制御装置。
(1) In a motor control device including a position control loop that feedback-controls the position of the moving element of the motor and a speed control loop that feedback-controls the moving speed of the moving element of the motor.
An acceleration control loop that feedback-controls the moving acceleration of a moving element of a motor is provided, and a signal path that provides an acceleration command value output from the speed control loop as a feedforward signal to the acceleration control loop is provided. Control device.
(2)前記速度制御ループには速度指令値とモータの移動子の速度検出値の偏差を増幅する速度誤差増幅器を設け、前記加速度制御ループには加速度指令値とモータの移動子の加速度検出値の偏差を増幅する加速度誤差増幅器を設け、前記速度誤差増幅器は前記加速度誤差増幅器をバイパスして加速度指令値を加速度制御ループに与えることを特徴とする(1)に記載のモータの制御装置。 (2) The speed control loop is provided with a speed error amplifier that amplifies a deviation between a speed command value and a speed detection value of the motor moving element, and the acceleration control loop has an acceleration command value and an acceleration detection value of the motor moving element. The motor control device according to (1), further comprising an acceleration error amplifier that amplifies a deviation of the acceleration error amplifier, wherein the speed error amplifier bypasses the acceleration error amplifier and provides an acceleration command value to the acceleration control loop.
(3)前記加速度制御ループで、前記加速度誤差増幅器を除く部分のループゲインは1になるように設定されていることを特徴とする(2)に記載のモータの制御装置。 (3) The motor control device according to (2), wherein a loop gain of the acceleration control loop excluding the acceleration error amplifier is set to be 1.
(4)前記加速度誤差増幅器は積分型の誤差増幅器であることを特徴とする(2)に記載のモータの制御装置。 (4) The motor control device according to (2), wherein the acceleration error amplifier is an integral type error amplifier.
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
加速度制御ループを設け、速度制御ループの加速度指令値をフィードフォワード信号として加速度制御ループに与えている。このとき、加速度を速度に変換するときのゲイン(加速度定数)を調整することで、外乱推力の影響を低減し、速度制御ループの特性は加速度制御ループの影響を受けないように設定できる。これによって、速度制御ループの特性を変えることなく、コギングによる推力、推力リップル等が要因となるモータの推力の外乱による影響を低減できる。
As is apparent from the above description, the present invention has the following effects.
An acceleration control loop is provided, and the acceleration command value of the speed control loop is given to the acceleration control loop as a feedforward signal. At this time, by adjusting a gain (acceleration constant) when converting acceleration into speed, the influence of disturbance thrust can be reduced, and the characteristics of the speed control loop can be set so as not to be affected by the acceleration control loop. As a result, it is possible to reduce the influence of disturbance of the thrust of the motor caused by cogging thrust, thrust ripple, etc., without changing the characteristics of the speed control loop.
以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
図1は本発明の一実施例を示す構成図である。図1で前出の図と同一のものは同一符号を付ける。
図1に示すモータの制御装置では、位置制御ループと、速度制御ループに加えて加速度制御ループが設けられている。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the same reference numerals are assigned to the same parts as those in the previous figure.
In the motor control device shown in FIG. 1, an acceleration control loop is provided in addition to the position control loop and the speed control loop.
加速度センサ20はモータ10の移動子の加速度を検出する。速度制御部14が出力する制御信号が加速度指令値の信号となる。
加速度制御部21は、速度制御部14からの加速度指令値と加速度センサ20からの加速度検出値との偏差をもとにモータ10の移動子の移動加速度をフィードバック制御するための制御信号を出力する。この制御信号は駆動回路15に与えられる。
速度制御部14が出力する加速度指令値が加速度制御部21をバイパスする信号経路が設けられている。バイパスした加速度指令値はフィードフォワード信号として加速度制御部21の出力に加算される。これにより、加速度がフィードフォワード制御される。
The acceleration sensor 20 detects the acceleration of the moving element of the
The acceleration control unit 21 outputs a control signal for feedback control of the moving acceleration of the moving element of the
A signal path through which the acceleration command value output from the speed control unit 14 bypasses the acceleration control unit 21 is provided. The bypassed acceleration command value is added to the output of the acceleration control unit 21 as a feed forward signal. Thereby, the acceleration is feedforward controlled.
図2は図1のモータの制御装置のブロック図である。図2は速度制御ループと加速度制御ループのブロック図を示している。
図2で、速度誤差増幅器のゲインはGvel(s)である。
加速度誤差増幅器のゲインはGacc(s)である。加速度誤差増幅器は、加速度制御部21にあり、加速度指令値と加速度センサ20の加速度検出値との偏差を増幅する。加速度誤差増幅器は、例えば積分型の誤差増幅器である。
加速度センサ20の加速度検出感度はKαである。
FIG. 2 is a block diagram of the motor control device of FIG. FIG. 2 shows a block diagram of the speed control loop and the acceleration control loop.
In FIG. 2, the gain of the speed error amplifier is Gvel (s).
The gain of the acceleration error amplifier is Gacc (s). The acceleration error amplifier is in the acceleration control unit 21 and amplifies a deviation between the acceleration command value and the acceleration detection value of the acceleration sensor 20. The acceleration error amplifier is, for example, an integral type error amplifier.
The acceleration detection sensitivity of the acceleration sensor 20 is Kα.
速度誤差増幅器の加速度指令値Accdは加速度誤差増幅器をバイパスして加速度誤差増幅器の出力に加算される。このように加速度をフィードフォワード制御するための信号経路が設けられている。
加速度定数Kaは加速度制御信号を生成する回路のゲインである。
The acceleration command value Accd of the speed error amplifier is added to the output of the acceleration error amplifier, bypassing the acceleration error amplifier. Thus, a signal path for feedforward control of the acceleration is provided.
The acceleration constant Ka is a gain of a circuit that generates an acceleration control signal.
図2の制御ループで、
Ka=M/(Kα・Kf)
とすると、速度の閉ループ特性は、
このようにゲインを設定すると、加速度制御ループで、加速度誤差増幅器を除く部分のループゲインは1になる。
In the control loop of FIG.
Ka = M / (Kα · Kf)
Then, the closed loop characteristic of speed is
When the gain is set in this way, the loop gain of the portion excluding the acceleration error amplifier in the acceleration control loop becomes 1.
10 モータ
11 センサ
12 位置制御部
13 速度変換器
14 速度制御部
15 駆動回路
20 加速度センサ
21 加速度制御部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
モータの移動子の移動加速度をフィードバック制御する加速度制御ループを設け、前記速度制御ループが出力する加速度指令値をフィードフォワード信号として前記加速度制御ループに与える信号経路を設けたことを特徴とするモータの制御装置。 In a motor control device comprising a position control loop for feedback control of the position of the motor mover and a speed control loop for feedback control of the moving speed of the motor mover,
An acceleration control loop that feedback-controls the moving acceleration of a moving element of a motor is provided, and a signal path that provides an acceleration command value output from the speed control loop as a feedforward signal to the acceleration control loop is provided. Control device.
3. The motor control apparatus according to claim 2, wherein the acceleration error amplifier is an integral type error amplifier.
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CN107612445A (en) * | 2017-10-20 | 2018-01-19 | 西北机电工程研究所 | Follow-up speed-regulating system control method with load acceleration feedback |
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2004
- 2004-04-08 JP JP2004113995A patent/JP2005304132A/en active Pending
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CN107612445B (en) * | 2017-10-20 | 2020-03-03 | 西北机电工程研究所 | Control method of follow-up speed regulation system with load acceleration feedback |
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