JP2005328607A - Motor controller - Google Patents

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JP2005328607A JP2004143152A JP2004143152A JP2005328607A JP 2005328607 A JP2005328607 A JP 2005328607A JP 2004143152 A JP2004143152 A JP 2004143152A JP 2004143152 A JP2004143152 A JP 2004143152A JP 2005328607 A JP2005328607 A JP 2005328607A
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Tomohiro Miyazaki
友宏 宮崎
Masahiko Yoshida
雅彦 吉田
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a motor controller insusceptible to disturbance in which overshoot and vibration are suppressed. <P>SOLUTION: The motor controller comprises a speed control means 7 for driving a motor 1 depending on the difference signal between a speed command signal and a speed detection signal of the motor 1 and generating a motor drive command by performing proportional control operation and integration control operation on the difference signal, and a compensation control means 12 inserted into a speed loop in series with the speed control means 7. The compensation control means 12 sets the phase of a speed open loop to become -140° or more at the frequency between the first crossover frequency of the speed open loop when inertial moment is minimized and the second crossover frequency of the speed open loop when inertial moment is maximized. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、モータの制御装置に関し、特にロボットや搬送装置など、モータで駆動する機械負荷の慣性モーメントが動作中に変動するような機械系を駆動制御する場合に好適な制御装置に関する。 The present invention relates to a motor control device, and more particularly to a control device suitable for driving and controlling a mechanical system such as a robot or a transfer device in which a moment of inertia of a mechanical load driven by a motor fluctuates during operation.

図10は従来から一般に用いられているモータ制御装置に用いられる速度制御部の構成を概念的に示したものである。図中、1はモータ、2はモータによって駆動される機械負荷、3はモータ1と機械負荷2を接続する軸である。機械負荷2はモータ1で駆動される機械の可動部分をひとつの慣性負荷としてモデル化したものであり、軸3はモータ1が発生するトルクを機械に伝達する機構をモデル化したものである。4はモータ1に取り付けられ、モータ1の位置を検出する位置検出手段、5は位置検出手段4で検出されたモータ位置を微分することでモータ速度、つまり速度検出信号を生成する速度検出手段である。7は速度制御手段であり、図示しない上位コントローラまたは位置制御部から与えられる速度指令信号と速度検出手段5の出力である速度検出信号(モータ速度)とを入力し、モータ1の駆動指令である電流指令を出力する。8は電流制御手段であり、速度制御手段7の出力である電流指令に基づいてモータ電流を制御することによりモータ1にトルクを発生させ、モータ1を回転させる。 FIG. 10 conceptually shows the configuration of a speed control unit used in a conventional motor control device. In the figure, 1 is a motor, 2 is a mechanical load driven by the motor, and 3 is a shaft connecting the motor 1 and the mechanical load 2. The mechanical load 2 models a moving part of a machine driven by the motor 1 as one inertial load, and the shaft 3 models a mechanism for transmitting the torque generated by the motor 1 to the machine. Reference numeral 4 denotes a position detector that is attached to the motor 1 and detects the position of the motor 1, and 5 is a speed detector that generates a speed detection signal by differentiating the motor position detected by the position detector 4. is there. Reference numeral 7 denotes speed control means, which receives a speed command signal given from a host controller or position control unit (not shown) and a speed detection signal (motor speed) output from the speed detection means 5, and is a drive command for the motor 1. Output current command. Reference numeral 8 denotes current control means, which controls the motor current based on the current command output from the speed control means 7 to generate torque in the motor 1 and rotate the motor 1.

速度制御手段7は比較器6、比例制御器9、積分制御器10、および、加算器11から構成される。比較器6は速度制御手段7の入力である速度指令信号とモータ速度とを比較し、両者の差である速度誤差、つまり偏差信号を出力する。比例制御器9は速度誤差に比例ゲインKPを乗じて出力し、積分制御器10は速度誤差の積分値に積分ゲインKIを乗じて出力する。加算器11は比例制御器9の出力と積分制御器10の出力を加算して、電流指令として出力する。また、15は機械系であり、モータ1と機械負荷2および軸3から構成される。 The speed control means 7 includes a comparator 6, a proportional controller 9, an integral controller 10, and an adder 11. The comparator 6 compares the speed command signal input to the speed control means 7 with the motor speed, and outputs a speed error that is the difference between them, that is, a deviation signal. The proportional controller 9 multiplies the speed error by the proportional gain KP and outputs it, and the integral controller 10 multiplies the integral value of the speed error by the integral gain KI and outputs it. The adder 11 adds the output of the proportional controller 9 and the output of the integral controller 10 and outputs the result as a current command. Reference numeral 15 denotes a mechanical system, which includes a motor 1, a mechanical load 2 and a shaft 3.

従来の速度制御系は上記のように、速度検出手段5、速度制御手段7、電流制御手段8などから速度ループを構成し、モータ速度が速度指令信号に追従するようにモータ1を制御している。 As described above, the conventional speed control system forms a speed loop from the speed detection means 5, speed control means 7, current control means 8 and the like, and controls the motor 1 so that the motor speed follows the speed command signal. Yes.

ここで、比例制御器9の比例ゲインKPおよび積分制御器10の積分ゲインKIは、機械負荷の慣性モーメントに基づいて、制御系が適切な応答特性を持つように決めるのが一般的である。しかし、動作中に機械負荷の慣性モーメントが変動する場合には、比例ゲインKP、積分ゲインKIを適切に設定することができない。これにより、オーバーシュートが増加したり、外乱の影響を受け易くなったりするなど、制御性能の低下を招いていた。 Here, the proportional gain KP of the proportional controller 9 and the integral gain KI of the integral controller 10 are generally determined based on the moment of inertia of the mechanical load so that the control system has an appropriate response characteristic. However, when the moment of inertia of the mechanical load varies during operation, the proportional gain KP and the integral gain KI cannot be set appropriately. As a result, the overshoot has increased, and the control performance has been lowered, such as being easily affected by disturbance.

機械負荷の慣性モーメントが変動する機械系に対して、動作中に慣性モーメントを推定し、推定した慣性モーメントに基づいて制御ゲインを修正することで高性能な制御を実現する技術が下記の特許文献に開示されている。しかしながら、慣性モーメントを正確に推定するには所定の条件を満たす加速動作あるいは減速動作が必要となるので、ロボットなどで一定速動作中に慣性モーメントが変化する場合には対応できず、期待する制御性能が得られない場合がある。さらに、慣性モーメントの推定は瞬時に行うことができず、ある程度の時間を必要とするので、搬送装置などでワークの有無によって慣性モーメントが不連続に変動する場合には一時的に振動が大きくなるなど制御性能が低下してしまう。 The following patent document describes a technology that realizes high-performance control by estimating the moment of inertia during operation and correcting the control gain based on the estimated moment of inertia for a mechanical system in which the moment of inertia of the machine load varies. Is disclosed. However, since the acceleration or deceleration operation that satisfies the specified conditions is necessary to accurately estimate the moment of inertia, it cannot be used when the moment of inertia changes during constant speed operation in a robot, etc. Performance may not be obtained. Furthermore, since the moment of inertia cannot be estimated instantaneously and requires a certain amount of time, if the moment of inertia varies discontinuously depending on the presence or absence of workpieces in a transport device, etc., vibration will temporarily increase. Control performance will be degraded.

特開2001−352773号公報JP 2001-352773 A

上記にように、機械負荷の慣性モーメントが動作中に変動するような機械系を駆動制御する場合には、従来の制御装置では比例ゲインKP、積分ゲインKIを適切に設定することができず、オーバーシュートや振動が大きくなり、外乱の影響を受け易くなり制御性能の低下を招くという問題があった。 As described above, when driving and controlling a mechanical system in which the inertia moment of the mechanical load fluctuates during operation, the conventional control device cannot appropriately set the proportional gain KP and the integral gain KI. There is a problem that overshoot and vibration become large, and it is easily affected by disturbances, resulting in a decrease in control performance.

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、オーバーシュートや振動が少なく、外乱の影響を受けにくいモータ制御装置を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and it is an object of the present invention to provide a motor control device that is less susceptible to disturbance due to less overshoot and vibration.

本発明はこのような問題を解決するため、慣性モーメントが最小値から最大値まで変動する機械負荷にモータが結合され、前記モータを速度指令信号に基づいて駆動制御すると共に、速度ループを有するモータ制御装置において、前記速度指令信号と前記モータの速度検出信号との偏差信号に応じて前記モータを駆動すると共に、前記偏差信号を比例制御演算と積分制御演算とを行ってモータ駆動指令を生成して出力する速度制御手段と、前記速度ループに前記速度制御手段と直列に挿入される補償制御手段とを備え、該補償制御手段は、前記慣性モーメントの最小値となる時の前記速度ループを開放した速度開ループの交差周波数である第1交差周波数と 前記慣性モーメントの最大値となる時の前記速度開ループの交差周波数である第2交差周波数との間の周波数における前記速度開ループの位相が−140度以上となるように設定する、ことを特徴とするものである。 In order to solve such a problem, the present invention is such that a motor is coupled to a mechanical load whose moment of inertia varies from a minimum value to a maximum value, and the motor is driven and controlled based on a speed command signal, and has a speed loop. In the control device, the motor is driven in accordance with a deviation signal between the speed command signal and the speed detection signal of the motor, and the deviation signal is subjected to proportional control calculation and integral control calculation to generate a motor drive command. Output speed control means and compensation control means inserted in series with the speed control means in the speed loop, the compensation control means open the speed loop when the minimum moment of inertia is reached. The first crossover frequency, which is the crossover frequency of the speed open loop, and the second crossover, which is the crossover frequency of the speed open loop when the maximum moment of inertia is reached. The speed open loop phase at the frequency between the frequency is set to be -140 degrees or more, and is characterized in.

好ましくは、補償制御手段は、中間周波数領域で位相が進み、低周波数領域と高周波数領域で位相がほぼゼロとなる位相進み特性を持つ位相進みフィルタである、ことを特徴とするものである。 Preferably, the compensation control means is a phase advance filter having a phase advance characteristic in which the phase advances in the intermediate frequency region and the phase becomes almost zero in the low frequency region and the high frequency region.

好ましくは、慣性モーメントが最小値で制御系が所望の応答特性を有するように比例制御演算に用いる比例ゲインと積分制御演算に用いる積分ゲインとが設定され、位相進みフィルタは、第2交差周波数又は、第2交差周波数よりも低い周波数で位相進みが最大となるように設定する、ことを特徴とするものである。 Preferably, a proportional gain used for the proportional control calculation and an integral gain used for the integral control calculation are set so that the moment of inertia is the minimum value and the control system has a desired response characteristic, and the phase advance filter has the second crossing frequency or The phase advance is set to be maximum at a frequency lower than the second crossing frequency.

好ましくは、補償制御手段は、中間周波数領域での位相が遅れ、低周波数領域と高周波数領域での位相がほぼゼロとなる位相遅れ特性を持つ位相遅れフィルタである、ことを特徴とするものである。   Preferably, the compensation control means is a phase delay filter having a phase delay characteristic in which the phase in the intermediate frequency region is delayed and the phase in the low frequency region and the high frequency region is substantially zero. is there.

好ましくは、速度制御手段は、慣性モーメントが最小値の時に制御系が所望の応答特性を持つように比例ゲインが設定され、慣性モーメントが最大値の時に制御系が所望の応答特性を有するように前記積分ゲインが設定され、位相遅れフィルタは第1交差周波数と第2交差周波数との中央付近の周波数で位相遅れフィルタの位相遅れが最大となるように設定する、ことを特徴とするものである。 Preferably, the speed control means has a proportional gain set so that the control system has a desired response characteristic when the moment of inertia is a minimum value, and the control system has a desired response characteristic when the moment of inertia is a maximum value. The integral gain is set, and the phase lag filter is set so that the phase lag of the phase lag filter is maximized at a frequency near the center between the first crossover frequency and the second crossover frequency. .

本発明によれば、モータ制御装置の速度制御ループに補償制御手段を挿入し、機械負荷の慣性モーメントが最小となる時の速度開ループの第1交差周波数と機械負荷の慣性モーメントが最大となる時の速度開ループの第2交差周波数との間の周波数における速度開ループの位相が望ましくは−140度以上となるように補償制御手段の特性を設定した。これにより、機械負荷の慣性モーメントが変動しても位相余裕が40度以上となり望ましい制御特性が得られるという効果がある。   According to the present invention, the compensation control means is inserted into the speed control loop of the motor control device, and the first cross frequency of the speed open loop and the moment of inertia of the machine load are maximized when the moment of inertia of the machine load is minimized. The characteristics of the compensation control means were set so that the phase of the speed open loop at a frequency between the second speed crossing frequency of the speed open loop is preferably −140 degrees or more. As a result, even if the moment of inertia of the mechanical load fluctuates, the phase margin is 40 degrees or more, and desirable control characteristics can be obtained.

また、本発明によるモータ制御装置では、位相進みフィルタを用いて、機械負荷の慣性モーメントが変動しても位相余裕が40度以上となり望ましい制御特性が得られるという効果がある。   In addition, the motor control device according to the present invention has an effect that the phase margin is 40 degrees or more and desirable control characteristics can be obtained even if the moment of inertia of the mechanical load varies by using the phase advance filter.

さらに、本発明によれば、位相進みフィルタの特性を上記のように特定の周波数領域で位相余裕を確保できるように設定したので、低周波数領域のゲインが必要以上に小さくなることはなく、外乱の影響を受けにくい制御系を実現できるという効果がある。   Furthermore, according to the present invention, the characteristics of the phase advance filter are set so that the phase margin can be secured in the specific frequency region as described above, so that the gain in the low frequency region does not become unnecessarily small, and the disturbance It is possible to realize a control system that is less susceptible to

また、本発明によるモータ制御装置では、位相遅れフィルタを用いて、機械負荷の慣性モーメントが変動しても位相余裕が40度以上となり望ましい制御特性が得られるという効果がある。   In addition, the motor control device according to the present invention has an effect that the phase margin becomes 40 degrees or more even when the moment of inertia of the mechanical load fluctuates by using the phase delay filter, and a desirable control characteristic is obtained.

本発明によれば、機械負荷の慣性モーメントが変動しても、第1交差周波数と第2の交差周波数との間で、位相が−140度以上となるので、位相余裕が40度以上となり望ましい制御特性が得られるという効果がある。   According to the present invention, even if the moment of inertia of the mechanical load varies, the phase is −140 degrees or more between the first crossing frequency and the second crossing frequency, so that the phase margin is preferably 40 degrees or more. There is an effect that control characteristics can be obtained.

実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1であるモータ制御装置の構成をブロック図で示したものである。図10と同一部分には同一の符号を付してある。図1において、2は変動する慣性モーメントを有する機械負荷、12は補償手段としての位相進みフィルタで、位相進みフィルタ12は速度ループに速度制御手段7と直列に挿入すると共に、速度指令信号と速度検出信号との偏差を比較器6により求めた偏差信号に基く信号が入力される。但し、位相進みフィルタ12は単に速度ループに挿入されておれば足りる。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the motor control apparatus according to the first embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG. 10 are denoted by the same reference numerals. In FIG. 1, 2 is a mechanical load having a varying moment of inertia, 12 is a phase advance filter as compensation means, and the phase advance filter 12 is inserted in the speed loop in series with the speed control means 7, and the speed command signal and speed A signal based on the deviation signal obtained by the comparator 6 with respect to the detection signal is input. However, it is sufficient that the phase advance filter 12 is simply inserted in the velocity loop.

図2は、図1において位相進みフィルタがない場合の速度開ループ周波数特性を示したものであり、図2上図はゲイン特性、下図は位相特性を示す。図2上図で、実線は機械負荷の慣性モーメントが最小の時のゲイン線図、破線は機械負荷の慣性モーメントが最大の時のゲイン線図である。位相特性は、慣性モーメントが最小の時も最大の時も同じ位相線図となり、図2下図に実線で示している。ωC1は機械負荷2の慣性モーメントが最小の時の交差周波数である第1交差周波数、ωC2は機械負荷2の慣性モーメントが最大の時の交差周波数である第2交差周波数である。また、速度制御手段7における比例制御器9の比例ゲインKPと積分制御器10の積分ゲインKIは、機械負荷2の慣性モーメントが最小の時に所望の応答特性を持つように設定している。ここで、所望の応答特性とは、以下のように位相余裕が40〜60度となることをいう。なお、図2の速度開ループ周波数特性は、例えば比較器6において速度ループを開放し、比較器6の出力にランダムな信号を加えて、速度検出手段5の出力である速度検出信号を測定し、これをFFTアナライザにて周波数解析することによって得られる他の速度開ループ周波数特性についても測定することによって得られる。他の速度開ループ周波数特性についても同様である。 FIG. 2 shows velocity open loop frequency characteristics when there is no phase advance filter in FIG. 1, with the upper diagram in FIG. 2 showing gain characteristics and the lower diagram showing phase characteristics. In the upper diagram of FIG. 2, the solid line is a gain diagram when the moment of inertia of the mechanical load is minimum, and the broken line is a gain diagram when the moment of inertia of the mechanical load is maximum. The phase characteristic is the same phase diagram when the moment of inertia is minimum and maximum, and is indicated by a solid line in the lower diagram of FIG. ωC1 is a first crossing frequency that is a crossing frequency when the moment of inertia of the mechanical load 2 is minimum, and ωC2 is a second crossing frequency that is a crossing frequency when the moment of inertia of the mechanical load 2 is maximum. Further, the proportional gain KP of the proportional controller 9 and the integral gain KI of the integral controller 10 in the speed control means 7 are set so as to have desired response characteristics when the moment of inertia of the mechanical load 2 is minimum. Here, the desired response characteristic means that the phase margin is 40 to 60 degrees as follows. The speed open loop frequency characteristic of FIG. 2 is obtained by measuring the speed detection signal which is the output of the speed detection means 5 by opening the speed loop in the comparator 6 and adding a random signal to the output of the comparator 6, for example. This is obtained by measuring other velocity open-loop frequency characteristics obtained by frequency analysis using an FFT analyzer. The same applies to other speed open loop frequency characteristics.

図2から、機械負荷2の慣性モーメントが最小の時の位相余裕は60度であることがわかる。文献(S53-3-5、共立出版株式会社発行「制御工学」第135頁)によるとサーボ系では位相余裕が40度以上となることが望ましく、一般には速応性を考慮して位相余裕が40〜60度に設定されている。
機械負荷2の慣性モーメントが最小の時には望ましい特性となっている。しかし、機械負荷2の慣性モーメントが最大となる時の位相余裕は20度しかないので、オーバーシュートが大きく振動的な応答となる。
FIG. 2 shows that the phase margin when the moment of inertia of the mechanical load 2 is the minimum is 60 degrees. According to the literature (S53-3-5, “Control Engineering”, page 135, published by Kyoritsu Shuppan Co., Ltd.), it is desirable that the servo system has a phase margin of 40 degrees or more. In general, the phase margin is 40 considering the rapid response. It is set to -60 degrees.
This is a desirable characteristic when the moment of inertia of the mechanical load 2 is minimum. However, since the phase margin when the moment of inertia of the mechanical load 2 is maximum is only 20 degrees, the overshoot is large and a vibration response is obtained.

図3は、図1の位相進みフィルタを挿入した場合の速度開ループ周波数特性を示したものである。位相進みフィルタ12の周波数特性は図4に示すように、中間周波数領域で位相が進み、低周波数領域と高周波数領域での位相がほぼゼロとなる位相進み特性を持つ。そして、周波数がゼロで位相がゼロとなり、周波数が無限大で位相がゼロとなる。
また、機械負荷2の慣性モーメントが最大の時の交差周波数ωC2より少し低い周波数で位相が最も進むようにフィルタ特性を設定している。
図2と図3を比較すると、位相進みフィルタ12を挿入したことにより、機械負荷2の慣性モーメントが最大の時の交差周波数ωC2付近での位相遅れが小さくなっていることがわかる。この結果、機械負荷2の慣性モーメントが最小となる時の位相余裕は60度、機械負荷2の慣性モーメントが最大となる時の位相余裕は45度となり、いずれの場合も望ましい値の範囲内に入っている。さらに、速度開ループの位相遅れは、機械負荷2の慣性モーメントが最小の時の交差周波数ωC1と機械負荷の慣性モーメントが最大の時の交差周波数ωC2の間のすべての周波数で−140度以上となっているので、機械負荷2の慣性モーメントがどのように変動しても位相余裕は40度以上となり、良好な応答特性が得られる。
FIG. 3 shows velocity open loop frequency characteristics when the phase advance filter of FIG. 1 is inserted. As shown in FIG. 4, the frequency characteristic of the phase advance filter 12 has a phase advance characteristic in which the phase advances in the intermediate frequency region and the phases in the low frequency region and the high frequency region become almost zero. The frequency is zero and the phase is zero, the frequency is infinite and the phase is zero.
Further, the filter characteristics are set so that the phase advances most at a frequency slightly lower than the crossover frequency ωC2 when the moment of inertia of the mechanical load 2 is maximum.
Comparing FIG. 2 and FIG. 3, it can be seen that the phase lag near the crossing frequency ω C2 when the moment of inertia of the mechanical load 2 is maximum is reduced by inserting the phase advance filter 12. As a result, the phase margin when the moment of inertia of the mechanical load 2 is minimized is 60 degrees, and the phase margin when the moment of inertia of the mechanical load 2 is maximized is 45 degrees. In. Furthermore, the phase delay of the speed open loop is -140 degrees or more at all frequencies between the crossover frequency ωC1 when the inertial moment of the mechanical load 2 is minimum and the crossover frequency ωC2 when the inertial moment of the mechanical load is maximum. Therefore, no matter how the inertia moment of the mechanical load 2 fluctuates, the phase margin becomes 40 degrees or more, and a good response characteristic can be obtained.

また、位相進みフィルタは図4のように低周波数領域でゲインが小さくなる特性を持っており、位相進み量が大きくなるほど低周波数領域でのゲインが小さくなる特性がある。このため、不必要に位相を進ませると速度ループの低周波数領域のゲインが小さくなり、外乱に弱くなってしまう。本実施形態による位相進みフィルタでは、機械負荷2の慣性モーメントが最大の時の交差周波数ωC2付近あるいは、交差周波数ωC2より少し低い周波数、例えば交差周波数ωC2の1〜0.5倍の周波数で位相進み量が最大となるように設定している。
これによって、必要な周波数領域でのみ位相余裕を確保するようにしている。このように、位相進み量が不必要に大きくならないようにしているので、低周波数領域でのゲインの低下を必要最小限に抑えることができ、外乱の影響を受けにくくすることができる。
Further, the phase advance filter has a characteristic that the gain decreases in the low frequency region as shown in FIG. 4, and the gain in the low frequency region decreases as the phase advance amount increases. For this reason, if the phase is unnecessarily advanced, the gain in the low frequency region of the speed loop is reduced and is vulnerable to disturbances. In the phase advance filter according to the present embodiment, the phase advance is performed in the vicinity of the crossing frequency ωC2 when the moment of inertia of the mechanical load 2 is maximum or slightly lower than the crossing frequency ωC2, for example, 1 to 0.5 times the crossing frequency ωC2. The amount is set to the maximum.
Thereby, a phase margin is ensured only in a necessary frequency region. As described above, since the phase lead amount is prevented from becoming unnecessarily large, a decrease in gain in the low frequency region can be suppressed to a necessary minimum, and the influence of disturbance can be reduced.

実施の形態2.
図5は本発明の実施の形態2であるモータ制御装置の構成をブロック図で示したものである。図10と同一部分には同一の符号を付してある。図5において、13は位相遅れフィルタである。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the motor control apparatus according to the second embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG. 10 are denoted by the same reference numerals. In FIG. 5, 13 is a phase delay filter.

図6は、図5において位相遅れフィルタがない場合の速度開ループ周波数特性を示したものである。図2と同じ制御系の周波数応答であるが、図2との違いは速度制御手段7における積分制御器の積分ゲインKIを機械負荷の慣性モーメントが最大の時に望ましい応答特性を持つように設定していることである。すなわち、図6では機械負荷2の慣性モーメントが最大の時に望ましい応答特性を持つように図2に比べて積分ゲインKIを小さく設定している。なお、比例制御器の比例ゲインKPは図2と同様に機械負荷2の慣性モーメントが最小の時に望ましい応答特性を持つように設定している。積分ゲインKIを小さく設定したことにより、機械負荷2の慣性モーメントが最大の時の位相余裕が図2では20度しかなかったのに対して、図6では60度になっており望ましい値の範囲内に入っている。
しかしながら、積分ゲインKIを小さくすると、低周波数領域のゲインが小さくなり、外乱の影響を受けやすくなる。
FIG. 6 shows velocity open loop frequency characteristics when there is no phase delay filter in FIG. The frequency response of the control system is the same as that of FIG. 2, but the difference from FIG. 2 is that the integral gain KI of the integral controller in the speed control means 7 is set so as to have a desired response characteristic when the moment of inertia of the mechanical load is maximum. It is that. That is, in FIG. 6, the integral gain KI is set to be smaller than that in FIG. 2 so as to have a desired response characteristic when the moment of inertia of the mechanical load 2 is maximum. Incidentally, the proportional gain KP of the proportional controller is set so as to have a desirable response characteristic when the moment of inertia of the mechanical load 2 is minimum, as in FIG. By setting the integral gain KI small, the phase margin when the moment of inertia of the mechanical load 2 is maximum was only 20 degrees in FIG. 2, but is 60 degrees in FIG. Inside.
However, when the integral gain KI is reduced, the gain in the low frequency region is reduced, and it is easily affected by disturbance.

図7は、図5の位相遅れフィルタを挿入した場合の速度開ループ周波数特性を示したものである。位相遅れフィルタの周波数特性は図8に示すように、中間周波数領域で位相が遅れ、低周波数領域と高周波数領域での位相がほぼゼロとなる位相進み特性を持つ。本実施形態では、機械負荷2の慣性モーメントが最小の時の交差周波数ωC1と機械負荷2の慣性モーメントが最大の時の交差周波数ωC2の中央付近で位相が最も遅れるようにフィルタ特性を設定している。 FIG. 7 shows velocity open loop frequency characteristics when the phase delay filter of FIG. 5 is inserted. As shown in FIG. 8, the frequency characteristics of the phase delay filter have a phase advance characteristic in which the phase is delayed in the intermediate frequency region and the phase in the low frequency region and the high frequency region is almost zero. In this embodiment, the filter characteristics are set so that the phase is most delayed near the center of the crossover frequency ωC1 when the inertial moment of the mechanical load 2 is minimum and the crossover frequency ωC2 when the inertial moment of the mechanical load 2 is maximum. Yes.

図9は図7と図6の違いを示すために、それぞれのゲイン線図を重ねて描いたものである。図(a)は機械負荷の慣性モーメントが最小の時のゲイン線図、図(b)は機械負荷の慣性モーメントが最大の時のゲイン線図である。各図において、実線は位相遅れフィルタ13を挿入した場合、破線は位相遅れフィルタ13がない場合である。図9より、位相遅れフィルタ13を挿入することにより低周波数領域のゲインが大きくなっており、これによって外乱の影響を受けにくくなっていることがわかる。 FIG. 9 is a drawing in which the respective gain diagrams are superimposed to show the difference between FIG. 7 and FIG. Fig. (A) is a gain diagram when the moment of inertia of the mechanical load is minimum, and Fig. (B) is a gain diagram when the moment of inertia of the mechanical load is maximum. In each figure, a solid line indicates a case where the phase delay filter 13 is inserted, and a broken line indicates a case where the phase delay filter 13 is not provided. From FIG. 9, it can be seen that the gain in the low frequency region is increased by inserting the phase lag filter 13, which makes it less susceptible to disturbance.

また、本実施の形態によれば、機械負荷2の慣性モーメントが最小の時の交差周波数ωC1と機械負荷2の慣性モーメントが最大の時の交差周波数ωC2の中央付近で位相が最も遅れるようにフィルタ特性を設定しているが、このように設定することによりωC1における位相遅れフィルタ13の位相遅れとωC2における位相遅れフィルタ13の位相遅れがほぼ同じになり、速度ループの位相特性をバランスのいい形に整形することができる。図7を見ると、速度開ループの位相遅れは、機械負荷2の慣性モーメントが最小の時の交差周波数ωC1と機械負荷2の慣性モーメントが最大の時の交差周波数ωC2の間のすべての周波数で−140度以上となっており、機械負荷2の慣性モーメントがどのように変動しても位相余裕は40度以上となるので、良好な応答特性が得られることがわかる。 Further, according to the present embodiment, the filter is arranged so that the phase is most delayed in the vicinity of the center between the crossover frequency ωC1 when the inertial moment of the mechanical load 2 is minimum and the crossover frequency ωC2 when the inertial moment of the mechanical load 2 is maximum. Although the characteristic is set, the phase lag of the phase lag filter 13 at ωC1 and the phase lag of the phase lag filter 13 at ωC2 are substantially the same by setting in this way, and the phase characteristics of the speed loop are well balanced. Can be shaped. As can be seen from FIG. 7, the phase delay of the speed open loop is at all frequencies between the crossover frequency ωC1 when the moment of inertia of the mechanical load 2 is minimum and the crossover frequency ωC2 when the moment of inertia of the mechanical load 2 is maximum. Since the phase margin is 40 degrees or more regardless of how the moment of inertia of the mechanical load 2 fluctuates, it can be seen that a favorable response characteristic can be obtained.

上記のように慣性モーメントが変化する機械負荷を駆動するモータを制御するモータ制御装置に適用できる。 As described above, the present invention can be applied to a motor control device that controls a motor that drives a mechanical load whose inertia moment changes.

本発明の実施の形態によるモータ制御装置の構成示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the motor control apparatus by embodiment of this invention. 本発明の実施の形態による位相進みフィルタを挿入する前の速度開ループ周波数特性図である。It is a speed open loop frequency characteristic figure before inserting the phase lead filter by an embodiment of the invention. 本発明の実施の形態による位相進みフィルタを挿入した後の速度開ループ周波数特性図である。It is a speed open loop frequency characteristic figure after inserting the phase advance filter by an embodiment of the invention. 本発明の実施の形態による位相進みフィルタの周波数特性図である。It is a frequency characteristic figure of the phase advance filter by an embodiment of the invention. 本発明の実施の形態によるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the motor control apparatus by embodiment of this invention. 本発明の実施の形態による位相遅れフィルタを挿入する前の速度開ループ周波数特性図である。It is a speed open loop frequency characteristic figure before inserting a phase delay filter by an embodiment of the invention. 本発明の実施の形態による位相遅れフィルタを挿入する前の速度開ループ周波数特性図である。It is a speed open loop frequency characteristic figure before inserting a phase delay filter by an embodiment of the invention. 本発明の実施の形態による位相遅れフィルタの周波数特性図である。It is a frequency characteristic figure of the phase lag filter by an embodiment of the invention. 本発明の実施の形態による位相遅れフィルタの効果を示すゲイン線図である。It is a gain diagram which shows the effect of the phase delay filter by embodiment of this invention. 従来の制御装置における速度制御部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the speed control part in the conventional control apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1 モータ、2 機械負荷、7 速度制御手段、12 補償手段(位相進みフィルタ)、13 位相遅れフィルタ。 1 motor, 2 mechanical load, 7 speed control means, 12 compensation means (phase advance filter), 13 phase delay filter.

Claims (5)

慣性モーメントが最小値から最大値まで変動する機械負荷にモータが結合され、前記モータを速度指令信号に基づいて駆動制御すると共に、速度ループを有するモータ制御装置において、
前記速度指令信号と前記モータの速度検出信号との偏差信号に応じて前記モータを駆動すると共に、前記偏差信号を比例制御演算と積分制御演算とを行ってモータ駆動指令を生成して出力する速度制御手段と、
前記速度ループに前記速度制御手段と直列に挿入された補償制御手段とを備え、
該補償制御手段は、前記慣性モーメントの最小値となる時の前記速度ループを開放した速度開ループの交差周波数である第1交差周波数と 前記慣性モーメントの最大値となる時の前記速度開ループの交差周波数である第2交差周波数との間の周波数における前記速度開ループの位相が−140度以上となるように設定する、
ことを特徴とするモータ制御装置。
In a motor control device in which a motor is coupled to a mechanical load whose moment of inertia varies from a minimum value to a maximum value, and the motor is driven and controlled based on a speed command signal,
A speed at which the motor is driven in accordance with a deviation signal between the speed command signal and the speed detection signal of the motor, and the deviation signal is subjected to proportional control calculation and integral control calculation to generate and output a motor drive command. Control means;
Compensation control means inserted in series with the speed control means in the speed loop,
The compensation control means includes a first crossing frequency that is a crossing frequency of a speed open loop that opens the speed loop when the minimum value of the moment of inertia and a speed open loop when the maximum value of the moment of inertia is reached. The phase of the velocity open loop at a frequency between the second crossing frequency which is the crossing frequency is set to be −140 degrees or more,
The motor control apparatus characterized by the above-mentioned.
前記補償制御手段は、中間周波数領域で位相が進み、低周波数領域と高周波数領域で位相がほぼゼロとなる位相進み特性を有する位相進みフィルタである、
ことを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。
The compensation control means is a phase advance filter having a phase advance characteristic in which the phase advances in the intermediate frequency region and the phase becomes substantially zero in the low frequency region and the high frequency region.
The motor control device according to claim 1.
前記慣性モーメントが最小値で制御系が所望の応答特性を有するように前記比例制御演算に用いる比例ゲインと前記積分制御演算に用いる積分ゲインとが設定され、
前記位相進みフィルタは、前記第2交差周波数又は、前記第2交差周波数よりも低い周波数で位相進みが最大となるように設定する、
ことを特徴とする請求項2に記載のモータ制御装置。
A proportional gain used for the proportional control calculation and an integral gain used for the integral control calculation are set so that the moment of inertia is a minimum value and the control system has a desired response characteristic.
The phase advance filter is set such that the phase advance is maximum at the second crossing frequency or at a frequency lower than the second crossing frequency;
The motor control device according to claim 2.
前記補償制御手段は、前記中間周波数領域での位相が遅れ、前記低周波数領域と前記高周波数領域での位相がほぼゼロとなる位相遅れ特性を持つ位相遅れフィルタである、
ことを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。
The compensation control means is a phase delay filter having a phase delay characteristic in which the phase in the intermediate frequency region is delayed and the phase in the low frequency region and the high frequency region is substantially zero.
The motor control device according to claim 1.
前記速度制御手段は、前記慣性モーメントが最小値の時に制御系が所望の応答特性を持つように前記比例ゲインが設定され、前記慣性モーメントが最大値の時に制御系が所望の応答特性を有するように前記積分ゲインが設定され、
前記位相遅れフィルタは前記第1交差周波数と前記第2交差周波数との中央付近の周波数で前記位相遅れフィルタの位相遅れが最大となるように設定する、
ことを特徴とする請求項4に記載のモータ制御装置。
The speed control means sets the proportional gain so that the control system has a desired response characteristic when the moment of inertia is a minimum value, and the control system has a desired response characteristic when the moment of inertia is a maximum value. The integral gain is set to
The phase lag filter is set so that the phase lag of the phase lag filter is maximized at a frequency near the center of the first cross frequency and the second cross frequency;
The motor control device according to claim 4.
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