JP2008092659A - Motor controller and torque constant correcting method of the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a motor controller for accurately and always correcting a torque instruction by simply calculating a change in torque constant, and correcting the torque constant if actual torque (i.e the torque constant) is changed relative to the torque instruction by a change in motor temperature (i.e. a temperature rise in a winding), and its torque constant correcting method. <P>SOLUTION: The motor controller is provided with means 15, 16 and 17 for correcting the torque constant based on acceleration and the torque instruction when the acceleration is fixed in the motor. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、サーボモータで機械等を駆動する電動機制御装置とそのトルク定数補正方法に関する。   The present invention relates to an electric motor control device that drives a machine or the like with a servo motor and a torque constant correction method thereof.

第１の従来技術は、工作機械や産業機械の送り軸、あるいはロボットのアーム等の駆動源として用いられるサーボモータの制御装置に関するものであり、サーボモータの速度制御において、トルク定数を一定に保ち、トルク定数の低下による速度ループゲインの低下を防止することができるサーボモータの制御装置を提供している（例えば、特許文献１参照）。
第２の従来技術は、特に機械系やサーボモータのパラメータが未知あるいは変化しても常に良好な制御性能を維持するオートチューニングサーボ装置に関するものであり、機械系やサーボモータのパラメータが不明の場合であっても、パラメータを推定して自動的に調整できると共に、機械系の特性が変動しても自動的に再調整することができるオートチューニングサーボ装置を提供している（例えば、特許文献２参照）。 The first prior art relates to a servo motor control device used as a drive source for a feed axis of a machine tool or industrial machine or a robot arm, etc., and keeps a constant torque constant in the servo motor speed control. In addition, a servo motor control device that can prevent a decrease in speed loop gain due to a decrease in torque constant is provided (see, for example, Patent Document 1).
The second prior art relates to an auto-tuning servo device that always maintains good control performance even if the parameters of the mechanical system and servo motor are unknown or change. When the parameters of the mechanical system and servo motor are unknown However, an auto-tuning servo device is provided that can be automatically adjusted by estimating parameters and can be automatically readjusted even if the characteristics of the mechanical system fluctuate (for example, Patent Document 2). reference).

図６は、第１の従来技術であるサーボモータの制御装置を説明するための概略ブロック図である。図において、サーボモータの制御装置は、少なくとも速度制御ループ１００を含むサーボモータの制御を行う制御装置であって、サーボモータの制御状態に応じたトルク定数の低下分を補償した補正トルク指令を形成し、速度制御におけるトルク定数を一定に保持するトルク補正手段１０１を備えた構成とし、速度制御を行うサーボモータの制御において、トルク定数の低下をサーボ制御回路で推定し、このトルク定数の低下分を補償した補正トルク指令を求め、この補正トルク指令によって、電流制御ループ１０２により電流制御を行い、制御ループから見たトルク定数を等価的に一定に保つことによって、サーボモータのトルク定数を一定に保持していた。
このように、第１の従来技術は、トルク指令に対する実電流振幅値に基づいてトルク定数の低下判断し、トルク補正値を算出していた。 FIG. 6 is a schematic block diagram for explaining a servo motor control apparatus according to the first prior art. In the figure, the servo motor control device is a control device that controls the servo motor including at least the speed control loop 100, and forms a corrected torque command that compensates for a decrease in the torque constant according to the control state of the servo motor. In the control of the servo motor that performs the speed control, the servo control circuit estimates a decrease in the torque constant, and the torque constant is reduced. The torque constant of the servo motor is made constant by obtaining a corrected torque command that compensates for the current, performing current control by the current control loop 102 based on this corrected torque command, and keeping the torque constant viewed from the control loop equivalently constant. Was holding.
As described above, in the first conventional technique, a decrease in the torque constant is determined based on the actual current amplitude value with respect to the torque command, and the torque correction value is calculated.

図７は、第２の従来技術であるオートチューニングサーボ装置の構成を示すブロック図である。図において、オートチューニングサーボ装置は、位置及び速度を制御するサーボ装置であって、機械系２２０の慣性項、粘性項、クーロン摩擦、定常外乱力、サーボモータのトルク定数を推定するパラメータ推定部２３０、及びこのパラメータ推定部２３０で推定されたパラメータの数値を基に制御系のパラメータを変更する制御演算部２１０を設け、機械系２２０のパラメータやサーボモータのトルク定数が未知であっても、これらのパラメータをパラメータ推定部２３０で推定し、制御系を適応的に変更して常に良好な制御性能を維持していた。
このように、第２の従来技術は、制御演算部２１０から出力されるトルク指令Ｉｃと、機械系２２０で計測された角速度ωに基づいてパラメータ推定演算を行ない、サーボモータのトルク定数Ｋｔ 等のパラメータ推定値を算出していた。
このように、従来の装置では、実電流振幅値やパラメータを演算して補償するという手順がとられていた。
特開平１１−１９１９９０号公報（第３−６頁、図１） 特開平１１−０６５６０８号公報（第２−７頁、図１） FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of an auto-tuning servo device that is the second prior art. In the figure, an auto-tuning servo device is a servo device that controls the position and speed, and a parameter estimation unit 230 that estimates the inertia term, viscosity term, coulomb friction, steady disturbance force, and torque constant of the servo motor of the mechanical system 220. And a control calculation unit 210 that changes the parameters of the control system based on the numerical values of the parameters estimated by the parameter estimation unit 230, even if the parameters of the mechanical system 220 and the torque constant of the servo motor are unknown. These parameters are estimated by the parameter estimation unit 230, and the control system is adaptively changed to always maintain good control performance.
As described above, the second prior art performs a parameter estimation calculation based on the torque command Ic output from the control calculation unit 210 and the angular velocity ω measured by the mechanical system 220, and calculates the torque constant Kt of the servo motor and the like. A parameter estimate was calculated.
As described above, in the conventional apparatus, a procedure of calculating and compensating the actual current amplitude value and parameter has been taken.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-191990 (page 3-6, FIG. 1) Japanese Patent Laid-Open No. 11-065608 (page 2-7, FIG. 1)

第１の従来技術は、トルク指令に対する実電流振幅値に基づいてトルク補正値を算出しているため、モータを駆動することで生じるモータの温度変化（巻線温度上昇）によりトルク指令に対する実トルクが変化する場合（トルク定数が変化する場合）、実トルクの変化に伴い実電流振幅値が変化し、また、実電流振幅値が変化することでサーボ制御ループによりトルク指令も変化するため、すなわち、トルク指令も実電流振幅値も変化するため、トルク指令に対する実電流振幅値に基づいてトルク補正値を算出することができないという問題があった。
第２の従来技術は、オートチューニングをするために、推定したパラメータと状態変数より外乱を算出、補正するので、推定したパラメータは頻繁には変えられないという問題があった。また、推定するパラメータは、それぞれ関連があり、その数が多いため、推定するパラメータを求めるためには、異なった条件が幾つか必要であり、条件が合わないと正確には求められないといった問題もあった。 In the first prior art, since the torque correction value is calculated based on the actual current amplitude value with respect to the torque command, the actual torque with respect to the torque command is caused by the temperature change (winding temperature rise) of the motor caused by driving the motor. Changes (when the torque constant changes), the actual current amplitude value changes with the change of the actual torque, and the torque command also changes by the servo control loop due to the change of the actual current amplitude value. Since the torque command and the actual current amplitude value change, there is a problem that the torque correction value cannot be calculated based on the actual current amplitude value with respect to the torque command.
The second prior art has a problem that the estimated parameter cannot be changed frequently because the disturbance is calculated and corrected from the estimated parameter and the state variable for auto-tuning. In addition, the parameters to be estimated are related to each other and there are a large number of parameters. Therefore, in order to obtain the parameters to be estimated, several different conditions are necessary, and if the conditions are not met, it cannot be obtained accurately. There was also.

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、モータの温度変化（巻線温度上昇）等でトルク指令に対する実トルクが変化する場合（トルク定数が変化する場合）、トルク定数の変化を簡単に算出してトルク定数を補正することにより、常にトルク指令を正確に補正することができる電動機制御装置とそのトルク定数補正方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a problem. When the actual torque with respect to the torque command changes (when the torque constant changes) due to a change in the temperature of the motor (winding temperature rise) or the like, It is an object of the present invention to provide an electric motor control device and a torque constant correcting method thereof that can always correct a torque command accurately by easily calculating a change and correcting a torque constant.

上記問題を解決するため、本発明は、次のようにしたのである。
請求項１に記載の発明は、位置または速度指令と、位置検出器の検出値である電動機の現在位置とに基づいて前記電動機をフィードバック制御するものであって、トルク指令を補正して前記電動機を制御する電動機制御装置において、電動機の加減速度が一定時の加減速度および前記トルク指令とに基づいて、トルク定数を補正する手段を備えたものである。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明における前記トルク定数を補正する手段が、前記電動機の加減速度値を検出する加減速度検出部と、前記トルク指令を積算したトルク指令値に基づいて、トルクを検出するトルク検出手段と、前記加減速度値と前記トルクとに基づいて、トルク定数を算出するトルク指令補正部、であるものである。
また、請求項３に記載の発明は、請求項２記載の発明における前記加減速度値および前記トルク指令値が、前記加減速度値および前記トルク指令値の移動平均値であるものである。
また、請求項４に記載の発明は、請求項２記載の発明における前記加減速度値および前記トルク指令値が、加減速度パターンにおける加減速時の過渡変化が少ない部分の前記加減速度値および前記トルク指令値であるものである。
また、請求項５に記載の発明は、請求項２記載の発明における前記トルク検出手段が、加速時と減速時の前記トルク指令値に基づいて摩擦トルクを算出し、前記トルク指令値から前記摩擦トルクを差し引いて前記トルクを検出するものである。
また、請求項６に記載の発明は、請求項２記載の発明における前記トルク指令補正部が、前記トルクの変化に基づいて前記トルク定数を算出するものである。
また、請求項７に記載の発明は、請求項２記載の発明における前記トルク指令補正部が、基準トルク値に基づいて前記トルク定数を算出するものである。
また、請求項８に記載の発明は、請求項２記載の発明における前記トルク指令補正部が、フィードバック制御における速度制御系の電流指令を補正することにより前記トルク定数の逆数を補正して、前記電動機を制御するものである。
請求項９に記載の発明は、位置または速度指令と、位置検出器の検出値である電動機の現在位置とに基づいて前記電動機をフィードバック制御し、トルク定数を補正して前記電動機を制御する電動機制御装置のトルク定数補正方法において、電動機の加減速度が一定時の加減速度およびトルク指令とに基づいて、前記トルク定数を補正する、トルク定数補正処理をするのである。
また、請求項１０に記載の発明は、請求項９記載の発明における前記トルク定数補正処理が、前記電動機の加減速度移動平均値を検出する、加減速度検出処理と、前記トルク指令を積算したトルク指令移動平均値に基づいてトルクを検出する、トルク検出処理と、前記加減速度移動平均値と前記トルクとに基づいて前記トルク定数を算出する、トルク指令補正処理、であるのである。
また、請求項１１に記載の発明は、請求項１０記載の発明における前記トルク検出処理が、加速時と減速時の前記トルク指令移動平均値に基づいて摩擦トルクを算出し、前記トルク指令移動平均値から前記摩擦トルクを差し引いて前記トルクを検出するのである。
また、請求項１２に記載の発明は、請求項１０記載の発明における前記トルク指令補正処理が、前記トルクの変化に基づいて前記トルク定数を算出するのである。 In order to solve the above problem, the present invention is as follows.
According to the first aspect of the present invention, feedback control of the electric motor is performed based on a position or speed command and a current position of the electric motor that is a detection value of a position detector, and the electric motor is corrected by correcting a torque command. The motor control apparatus for controlling the motor includes means for correcting the torque constant based on the acceleration / deceleration when the acceleration / deceleration of the motor is constant and the torque command.
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the means for correcting the torque constant includes an acceleration / deceleration detecting unit that detects an acceleration / deceleration value of the electric motor, and a torque command obtained by integrating the torque command. A torque detection means for detecting torque based on the value; and a torque command correction unit for calculating a torque constant based on the acceleration / deceleration value and the torque.
According to a third aspect of the present invention, the acceleration / deceleration value and the torque command value according to the second aspect of the invention are moving average values of the acceleration / deceleration value and the torque command value.
According to a fourth aspect of the present invention, the acceleration / deceleration value and the torque command value according to the second aspect of the invention are such that the acceleration / deceleration value and the torque at a portion where the transient change during acceleration / deceleration is small in the acceleration / deceleration pattern. It is a command value.
According to a fifth aspect of the present invention, the torque detection means according to the second aspect of the invention calculates a friction torque based on the torque command value at the time of acceleration and deceleration, and the friction command is calculated from the torque command value. The torque is detected by subtracting the torque.
According to a sixth aspect of the present invention, the torque command correction unit according to the second aspect of the invention calculates the torque constant based on the change in the torque.
According to a seventh aspect of the invention, the torque command correction unit according to the second aspect of the invention calculates the torque constant based on a reference torque value.
According to an eighth aspect of the invention, the torque command correction unit according to the second aspect of the invention corrects the reciprocal of the torque constant by correcting the current command of the speed control system in feedback control, and It controls the electric motor.
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided an electric motor that performs feedback control of the electric motor based on a position or speed command and a current position of the electric motor that is a detection value of a position detector, and controls the electric motor by correcting a torque constant. In the torque constant correction method of the control device, torque constant correction processing is performed to correct the torque constant based on the acceleration / deceleration when the acceleration / deceleration of the motor is constant and the torque command.
According to a tenth aspect of the present invention, the torque constant correction process according to the ninth aspect of the invention detects an acceleration / deceleration moving average value of the electric motor, and a torque obtained by integrating the torque command. This is torque detection processing for detecting torque based on the command moving average value, and torque command correction processing for calculating the torque constant based on the acceleration / deceleration moving average value and the torque.
According to an eleventh aspect of the invention, the torque detection processing according to the tenth aspect of the invention calculates a friction torque based on the torque command moving average value during acceleration and deceleration, and the torque command moving average. The torque is detected by subtracting the friction torque from the value.
According to a twelfth aspect of the invention, the torque command correction process according to the tenth aspect of the invention calculates the torque constant based on the change in the torque.

請求項１または２に記載の発明によると、モータの温度変化（巻線温度上昇）等でトルク指令に対する実トルクが変化する場合（トルク定数が変化する場合）、正確なトルク定数の変化を簡単に算出してトルク定数を補正することにより、常にトルク指令を正確に補正することができる。
請求項３または４に記載の発明によると、加減速時の過渡状態での多少細かく変化するトルク指令の使用を避けることができ、平均化することにより検出誤差が小さく、安定したトルク指令を得ることができる。また、加速時の低速度付近では摩擦の影響とゲイン等の依存による過渡状態である加速時の低速度付近の加減速度およびトルク指令の使用を避けることができる。
請求項５に記載の発明によると、摩擦トルクの影響を無視することができ、正確なトルク定数の補正をすることができる。
請求項６または７に記載の発明によると、正確なトルク定数の変化を簡単に算出することができる。
請求項８に記載の発明によると、常にトルク指令を正確に補正することができ、動作や応答におけるばらつきの少ないモータ制御をすることができる。請求項９または１０に記載の発明によると、モータの温度変化（巻線温度上昇）等でトルク指令に対する実トルクが変化する場合（トルク定数が変化する場合）、正確なトルク定数の変化を簡単に算出してトルク定数を補正することにより、常にトルク指令を正確に補正することができる。
請求項１１または１２に記載の発明によると、加減速時の過渡状態での多少細かく変化するトルク指令の使用を避けることができ、平均化することにより検出誤差が小さく、安定したトルク指令を得ることができる。また、摩擦トルクの影響を無視することができ、正確なトルク定数の補正をすることができる。また、正確なトルク定数の変化を簡単に算出することができる。 According to the first or second aspect of the invention, when the actual torque with respect to the torque command changes (when the torque constant changes) due to a temperature change of the motor (winding temperature rise) or the like, it is easy to accurately change the torque constant. The torque command can always be accurately corrected by calculating the torque constant and correcting the torque constant.
According to the third or fourth aspect of the invention, it is possible to avoid the use of a torque command that changes slightly in a transient state during acceleration / deceleration, and obtain a stable torque command with a small detection error by averaging. be able to. In addition, it is possible to avoid the use of acceleration / deceleration and torque commands in the vicinity of the low speed during acceleration, which is a transitional state due to the influence of friction and gain and the like, near the low speed during acceleration.
According to the fifth aspect of the present invention, the influence of the friction torque can be ignored, and an accurate torque constant can be corrected.
According to the invention described in claim 6 or 7, an accurate change in torque constant can be easily calculated.
According to the eighth aspect of the invention, the torque command can always be accurately corrected, and motor control with less variation in operation and response can be performed. According to the ninth or tenth aspect of the present invention, when the actual torque with respect to the torque command changes (when the torque constant changes) due to a temperature change of the motor (winding temperature rise) or the like, it is easy to change the exact torque constant. The torque command can always be accurately corrected by calculating the torque constant and correcting the torque constant.
According to the invention described in claim 11 or 12, it is possible to avoid the use of a torque command that slightly changes in a transient state during acceleration / deceleration, and obtain a stable torque command with a small detection error by averaging. be able to. Further, the influence of the friction torque can be ignored, and the correct torque constant can be corrected. In addition, an accurate change in torque constant can be easily calculated.

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は、本発明の電動機制御装置のの構成を示す概略ブロック図である。図において、１は電動機制御装置、２は電動機（モータ）、３はエンコーダ等の位置検出器、１１は位置または速度制御部、１２は電流制御部、１３はパワー変換部、１４はエンコーダ信号入出力部、１５はトルク定数補正部、１６はトルク指令検出部、１７は加減速度検出部である。
なお、位置指令または速度指令を入力し、その指令とエンコーダ信号入出力部１４の出力である位置検出信号または速度検出信号に応じて電動機２を駆動する構成（電動機２、位置検出器３、位置または速度制御部１１、電流制御部１２、パワー変換部１３、エンコーダ信号入出力部１４）は、周知技術で得られる構成であるため詳細な説明は省略する。
本発明が従来技術と異なる部分は、加減速度検出部１７とトルク指令検出部１６とを備え、加減速度検出部１７とトルク指令検出部１６、トルク指令補正部１５で実施するトルク定数補正方法の部分である。
トルク定数補正部１５は、一定の加減速中の加速度とその平均トルク指令より、トルク定数を算出して、そのトルク定数でトルク指令を補正する。また、トルク検出部１６は、一定の加減速中、その加減速の最終の平均トルク指令を検出する。また、加減速検出部１７は一定の加減速を検出し、その加減速の最終の平均加減速度を検出する。 FIG. 1 is a schematic block diagram showing a configuration of an electric motor control device of the present invention. In the figure, 1 is an electric motor control device, 2 is an electric motor (motor), 3 is a position detector such as an encoder, 11 is a position or speed control unit, 12 is a current control unit, 13 is a power conversion unit, 14 is an encoder signal input. An output unit, 15 is a torque constant correction unit, 16 is a torque command detection unit, and 17 is an acceleration / deceleration detection unit.
A configuration in which the motor 2 is driven according to the position detection signal or the speed detection signal that is output from the command and the encoder signal input / output unit 14 (the motor 2, the position detector 3, the position) is input. Alternatively, the speed control unit 11, the current control unit 12, the power conversion unit 13, and the encoder signal input / output unit 14) are configurations obtained by a well-known technique, and thus detailed description thereof is omitted.
The present invention is different from the prior art in that it includes an acceleration / deceleration detection unit 17 and a torque command detection unit 16, and is a torque constant correction method implemented by the acceleration / deceleration detection unit 17, torque command detection unit 16, and torque command correction unit 15. Part.
The torque constant correction unit 15 calculates a torque constant from a constant acceleration / deceleration and its average torque command, and corrects the torque command with the torque constant. The torque detector 16 detects the final average torque command for the acceleration / deceleration during a constant acceleration / deceleration. The acceleration / deceleration detector 17 detects a constant acceleration / deceleration and detects the final average acceleration / deceleration of the acceleration / deceleration.

図２は、本発明のトルク定数補正方法の処理手順を示すフローチャートである。この図を用いて本発明の方法を順を追って説明する。
（ステップ１：Ｓ１）
加減速度検出部１７において、現在の電動機２の駆動が一定の加減速度での駆動であるかどうかを判断する。一定の加減速度であればステップ２へ進み、一定の加減速度でなければ一連の処理を終了する。
図３は、本発明の電動機制御装置における加減速度とトルク指令を検出するタイミングを説明するための波形図である。
一定加減速度の算出は、例えば、１０ｍｓ間の加減速度の移動平均値と現在の加減速度とが一定範囲内であれば、一定の加減速度であると判断する。また、算出において、図３のＡ点およびＢ点で示すように、加減速時の最後付近の加減速度の移動平均値を使用する。これは、加速時の低速度付近では摩擦の影響とゲイン等の依存による過渡状態を検出しないようにするためである。また、検出方法は、例えば、加速度または減速度が最後付近に一定の加速度から０に変化する前の加減速度の移動平均値を使用する。従って、加減速度を検出するまでは加速度を常に平均化処理を行う。 FIG. 2 is a flowchart showing the processing procedure of the torque constant correction method of the present invention. The method of the present invention will be described step by step with reference to this figure.
(Step 1: S1)
The acceleration / deceleration detector 17 determines whether or not the current driving of the electric motor 2 is driving at a constant acceleration / deceleration. If the acceleration / deceleration is constant, the process proceeds to Step 2, and if not, the series of processing is terminated.
FIG. 3 is a waveform diagram for explaining the timing for detecting the acceleration / deceleration and the torque command in the motor control device of the present invention.
For example, if the moving average value of acceleration / deceleration for 10 ms and the current acceleration / deceleration are within a certain range, the constant acceleration / deceleration is determined to be constant acceleration / deceleration. In the calculation, as shown by points A and B in FIG. 3, the moving average value of the acceleration / deceleration near the end of acceleration / deceleration is used. This is to prevent detection of a transient state due to the influence of friction and the dependence of gain or the like in the vicinity of a low speed during acceleration. The detection method uses, for example, a moving average value of acceleration / deceleration before the acceleration or deceleration changes from constant acceleration to 0 near the end. Therefore, the acceleration is always averaged until the acceleration / deceleration is detected.

（ステップ２：Ｓ２）
トルク指令検出部１６において、トルク指令の移動平均値を演算し、ステップ３へ進む。
トルク指令検出部１６は、前述した一定加減速度の算出に使用した時間軸部分である、図３のＣ点およびＤ点で示す部分のトルク指令を、例えば、移動平均で一定時間積算して平均トルク指令を検出する。平均トルク指令とするのは、加減速時は過渡状態でありトルク指令は多少細かく変化するため、平均化することにより検出誤差が小さく、安定したトルク指令を得ることができるためである。
このように、ステップ１およびステップ２における加減速度およびトルク指令の移動平均処理においては、図３中のＡ点乃至Ｄ点に示す加減速の過渡変化が少ない部分の加減速およびトルク指令を検出する。 (Step 2: S2)
The torque command detection unit 16 calculates a moving average value of the torque command and proceeds to step 3.
The torque command detection unit 16 integrates the torque command of the portion indicated by points C and D in FIG. 3, which is the time axis portion used for the above-described calculation of the constant acceleration / deceleration, for example, by averaging for a fixed time with a moving average. Torque command is detected. The average torque command is a transitional state during acceleration / deceleration, and the torque command changes slightly finely. Therefore, averaging allows a small detection error and a stable torque command can be obtained.
As described above, in the moving average process of acceleration / deceleration and torque command in step 1 and step 2, acceleration / deceleration and torque command are detected in a portion where the transient change of acceleration / deceleration indicated by points A to D in FIG. 3 is small. .

（ステップ３：Ｓ３）
更に、トルク指令検出部１６において、トルク指令の移動平均値から摩擦トルクを補正し、ステップ４へ進む。
ある速度以上において、加速時のトルク指令は式（１）、減速時のトルク指令は式（２）で表される。
加速時トルク指令＝ 加速トルク ＋ 摩擦トルク（静止摩擦＋粘性摩擦） ・・・（１）
減速時トルク指令＝ 減速トルク − 摩擦トルク（静止摩擦＋粘性摩擦） ・・・（２）
ここで、加速度と減速度が同じとすると式（３）で表され、よって加速時トルク指令と減速時トルク指令の絶対値の差を１／２することで摩擦トルクが得られる。
｜式（１）｜−｜式（２）｜
＝ ｜加速トルク＋摩擦トルク｜―｜減速トルク−摩擦トルク｜
＝ ２×摩擦トルク ・・・（３）
このように、加速時と減速時の平均トルク指令値に基づいて摩擦トルクを算出し、加速時と減速時の平均トルク指令値から摩擦トルクを差し引く（補正する）ことによりトルクを求めることができる。また摩擦トルクを求めて差し引くのはこの方法に限ったことではなく、別の方法でも構わない。例えば、摩擦トルクは予め設定した値である等でもよい。 (Step 3: S3)
Further, the torque command detection unit 16 corrects the friction torque from the moving average value of the torque command, and the process proceeds to Step 4.
Above a certain speed, the torque command at acceleration is expressed by equation (1), and the torque command at deceleration is expressed by equation (2).
Torque command during acceleration = acceleration torque + friction torque (static friction + viscous friction) (1)
Deceleration torque command = Deceleration torque-Friction torque (static friction + viscous friction) (2)
Here, if the acceleration and the deceleration are the same, it is expressed by equation (3). Therefore, the friction torque is obtained by halving the difference between the absolute values of the acceleration torque command and the deceleration torque command.
| Expression (1) |-| Expression (2) |
= | Acceleration torque + Friction torque |-| Deceleration torque-Friction torque |
= 2 x friction torque (3)
Thus, the friction torque is calculated based on the average torque command value during acceleration and deceleration, and the torque can be obtained by subtracting (correcting) the friction torque from the average torque command value during acceleration and deceleration. . The method for obtaining and subtracting the friction torque is not limited to this method, and another method may be used. For example, the friction torque may be a preset value.

（ステップ４：Ｓ４）
トルク定数補正部１５において、トルク定数を演算して補正し、一連の処理を終了する。トルク定数Ｋｔは、式（４）乃至式（６）のように算出する。ここで、τは摩擦トルクを差し引いたトルク、ｉは電流、ｄω／ｄtは加速度、Ｊは慣性モーメント、Ｋｔ０はある条件（例えば、モータ温度が２０℃でのｔｙｐ．値等）でのトルク定数である。
Ｋｔ＝ τ ／ ｉ ・・・（４）
τ＝ １／J × ｄω／ｄt ・・・（５）
Ｋｔ＝ １／J × ｄω／ｄt ×Ｋｔ０ ／ τ ・・・（６）
すなわち、加速度ｄω／ｄtが同じ（一定）であれば、トルクの変化がトルク定数の変化となる。 (Step 4: S4)
The torque constant correction unit 15 calculates and corrects the torque constant, and ends the series of processes. The torque constant Kt is calculated as in equations (4) to (6). Here, τ is torque obtained by subtracting friction torque, i is current, dω / dt is acceleration, J is moment of inertia, and Kt 0 is torque under a certain condition (for example, a typ. Value at a motor temperature of 20 ° C.). It is a constant.
Kt = τ / i (4)
τ = 1 / J × dω / dt (5)
Kt = 1 / J × dω / dt × Kt 0 / τ (6)
That is, if the acceleration dω / dt is the same (constant), a change in torque becomes a change in torque constant.

このように、一定加減速中の加減速度とその時の平均トルク指令より、トルク定数を検出し補正することができるのである。補正されたトルク定数は、電動機２を駆動するための位置または速度制御における元のトルク定数を変更して使用される。
図５は、加速度が一定であるモータでの電機子温度に対するトルク指令の変化を示す図である。図において、電機子温度によりトルク指令が変化しているのが分かる。
同期モータのようなマグネットを使用したモータは温度により磁力が変化するので、結果として同じ電流でも得られるトルクが変わりトルク定数が変化する。そのため、温度が変化した状態でモータを制御すると、同じトルク指令でも実際のトルクは変化してしまう。 逆に考えると、ある一定の加減速を行おうとすると、実際の加減速トルクは温度等で変化しないが（運動方程式に従うので）、トルク指令が変化する。従って、加減速度と電流（トルク指令）からトルク定数が算出できる。また、実際のトルクと加減速度は式（５）のように比例関係にあり、平均化によりばらつきや検出誤差等を小さくするため、一定の加減速といっても常に同じ加減速度でなくても良い。 Thus, the torque constant can be detected and corrected from the acceleration / deceleration during constant acceleration / deceleration and the average torque command at that time. The corrected torque constant is used by changing the original torque constant in the position or speed control for driving the electric motor 2.
FIG. 5 is a diagram illustrating a change in the torque command with respect to the armature temperature in a motor having a constant acceleration. In the figure, it can be seen that the torque command changes depending on the armature temperature.
In a motor using a magnet such as a synchronous motor, the magnetic force changes depending on the temperature. As a result, the torque obtained even with the same current changes and the torque constant changes. Therefore, if the motor is controlled with the temperature changed, the actual torque will change even with the same torque command. Conversely, when trying to perform a certain acceleration / deceleration, the actual acceleration / deceleration torque does not change with temperature or the like (since it follows the equation of motion), but the torque command changes. Therefore, the torque constant can be calculated from the acceleration / deceleration and the current (torque command). In addition, the actual torque and acceleration / deceleration are proportional to each other as shown in Equation (5). In order to reduce variations and detection errors by averaging, even if constant acceleration / deceleration is not always the same acceleration / deceleration good.

実施例２と実施例１との異なる部分は、トルク定数自体を算出するのではなく、例えば電源投入時等のある基準トルク値からのトルク定数の変化を算出して補正する方法であり、実施例１における（ステップ４：Ｓ４）の代わりに、後述する（ステップ１１：Ｓ１１）の処理をするものである。 The difference between the second embodiment and the first embodiment is not the calculation of the torque constant itself, but a method of calculating and correcting a change in the torque constant from a certain reference torque value, for example, when the power is turned on. Instead of (Step 4: S4) in Example 1, the processing of (Step 11: S11) described later is performed.

（ステップ１１：Ｓ１１）
トルク定数補正部１５において、基準トルク値からトルク定数を算出する。ここで、基準トルク値は、例えば、電源投入時のトルク定数算出値等を用いる。トルク定数Ｋｔの算出は、実施例１における式（６）により算出する。
図５は、本発明の電動機制御装置１における速度制御ブロック図である。図において、２１は速度制御部、２２はトルク定数Ｋｔの逆数、２３はモータ等価回路、２４はトルク定数Ｋｔ、２５はモータおよび負荷である。また、Ｖｒｅｆは速度指令、τｒｅｆはトルク指令、ｉｒｅｆは電流指令、ωは速度である。
モータの温度変化（巻線温度上昇）で変わることによりトルク定数Ｋｔ２４が変わった場合、モータに必要なトルクが出なくなる。すなわち、同期モータのようなマグネットを使用したモータは温度により磁力が変化するため、結果として同じ電流でも得られるトルクが変わりトルク定数が変わる。温度が変化した状態でモータを制御すると、同じトルク指令（電流）でも実際のトルクは変化してしまう。
この場合、トルク定数Ｋｔの逆数２２を、例えば、電流指令＝（１＋α）電流指令として電流指令を補正することにより補正（αは補正の係数）し、トルクを補正するのである。 (Step 11: S11)
The torque constant correction unit 15 calculates a torque constant from the reference torque value. Here, as the reference torque value, for example, a torque constant calculated value when the power is turned on is used. The torque constant Kt is calculated by the equation (6) in the first embodiment.
FIG. 5 is a speed control block diagram in the motor control device 1 of the present invention. In the figure, 21 is a speed control unit, 22 is a reciprocal of a torque constant Kt, 23 is a motor equivalent circuit, 24 is a torque constant Kt, and 25 is a motor and a load. Vref is a speed command, τref is a torque command, iref is a current command, and ω is a speed.
When the torque constant Kt24 is changed by changing the motor temperature (winding temperature rise), the torque required for the motor is not generated. That is, since the magnetic force of a motor using a magnet such as a synchronous motor changes depending on the temperature, the resulting torque changes even with the same current, and the torque constant changes. If the motor is controlled with the temperature changed, the actual torque will change even with the same torque command (current).
In this case, the reciprocal 22 of the torque constant Kt is corrected, for example, by correcting the current command as a current command = (1 + α) current command (α is a correction coefficient) to correct the torque.

本発明の電動機制御装置の構成を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the electric motor control apparatus of this invention. 本発明のトルク定数補正方法の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of the torque constant correction method of this invention. 本発明の電動機制御装置における加減速度とトルク指令を検出するタイミングを説明するための波形図である。It is a wave form diagram for demonstrating the timing which detects the acceleration / deceleration and torque command in the electric motor control apparatus of this invention. 加速度が一定であるモータでの電機子温度に対するトルク指令の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the torque command with respect to the armature temperature in the motor with a constant acceleration. 本発明の電動機制御装置１における速度制御ブロック図である。It is a speed control block diagram in the electric motor control apparatus 1 of this invention. 図６は、第１の従来技術であるサーボモータの制御装置を説明するための概略ブロック図である。FIG. 6 is a schematic block diagram for explaining a servo motor control apparatus according to the first prior art. 図７は、第２の従来技術であるオートチューニングサーボ装置の構成を示すブロック図である。FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of an auto-tuning servo device that is the second prior art.

符号の説明Explanation of symbols

１ 電動機制御装置
２ 電動機（モータ）
３ 位置検出器
１１ 位置または速度制御部
１２ 電流制御部
１３ パワー変換部
１４ エンコーダ信号入出力部
１５ トルク指令補正部
１６ トルク指令検出部
１７ 加減速度検出部
２１ 速度制御部
２２ トルク定数Ｋｔの逆数
２３ モータ等価回路
２４ トルク定数Ｋｔ
２５ モータおよび負荷 1 Electric motor control device 2 Electric motor (motor)
3 Position detector 11 Position or speed control unit 12 Current control unit 13 Power conversion unit 14 Encoder signal input / output unit 15 Torque command correction unit 16 Torque command detection unit 17 Acceleration / deceleration detection unit 21 Speed control unit 22 Reciprocal 23 of torque constant Kt Motor equivalent circuit 24 Torque constant Kt
25 Motor and load

Claims (12)

位置または速度指令と、位置検出器の検出値である電動機の現在位置とに基づいて前記電動機をフィードバック制御するものであって、トルク指令を補正して前記電動機を制御する電動機制御装置において、
電動機の加減速度が一定時の加減速度および前記トルク指令とに基づいて、トルク定数を補正する手段を備えたことを特徴とする電動機制御装置。 In the motor control device for feedback control of the motor based on the position or speed command and the current position of the motor, which is a detection value of the position detector, and controlling the motor by correcting the torque command,
An electric motor control device comprising means for correcting a torque constant based on an acceleration / deceleration at a constant acceleration / deceleration of the electric motor and the torque command. 前記トルク定数を補正する手段が、前記電動機の加減速度値を検出する加減速度検出部と、
前記トルク指令を積算したトルク指令値に基づいて、トルクを検出するトルク検出手段と、
前記加減速度値と前記トルクとに基づいて、トルク定数を算出するトルク指令補正部、であることを特徴とする請求項１記載の電動機制御装置。 The means for correcting the torque constant includes an acceleration / deceleration detector that detects an acceleration / deceleration value of the electric motor,
Torque detecting means for detecting torque based on a torque command value obtained by integrating the torque commands;
The motor control device according to claim 1, wherein the motor control device is a torque command correction unit that calculates a torque constant based on the acceleration / deceleration value and the torque. 前記加減速度値および前記トルク指令値が、前記加減速度値および前記トルク指令値の移動平均値であることを特徴とする請求項２記載の電動機制御装置。   The electric motor control apparatus according to claim 2, wherein the acceleration / deceleration value and the torque command value are moving average values of the acceleration / deceleration value and the torque command value. 前記加減速度値および前記トルク指令値が、加減速度パターンにおける加減速時の過渡変化が少ない部分の前記加減速度値および前記トルク指令値であることを特徴とする請求項２記載の電動機制御装置。   3. The motor control device according to claim 2, wherein the acceleration / deceleration value and the torque command value are the acceleration / deceleration value and the torque command value in a portion where a transient change during acceleration / deceleration in the acceleration / deceleration pattern is small. 前記トルク検出手段が、加速時と減速時の前記トルク指令値に基づいて摩擦トルクを算出し、前記トルク指令値から前記摩擦トルクを差し引いて前記トルクを検出することを特徴とする請求項２記載の電動機制御装置。   The torque detection means calculates a friction torque based on the torque command value during acceleration and deceleration, and subtracts the friction torque from the torque command value to detect the torque. Electric motor control device. 前記トルク指令補正部が、前記トルクの変化に基づいて前記トルク定数を算出することを特徴とする請求項２記載の電動機制御装置。   The motor control apparatus according to claim 2, wherein the torque command correction unit calculates the torque constant based on a change in the torque. 前記トルク指令補正部が、基準トルク値に基づいて前記トルク定数を算出することを特徴とする請求項２記載の電動機制御装置。   The motor control device according to claim 2, wherein the torque command correction unit calculates the torque constant based on a reference torque value. 前記トルク指令補正部が、フィードバック制御における速度制御系の電流指令を補正することにより前記トルク定数の逆数を補正して、前記電動機を制御することを特徴とする請求項２記載の電動機制御装置。   3. The motor control device according to claim 2, wherein the torque command correction unit controls the motor by correcting a reciprocal of the torque constant by correcting a current command of a speed control system in feedback control. 位置または速度指令と、位置検出器の検出値である電動機の現在位置とに基づいて前記電動機をフィードバック制御し、トルク定数を補正して前記電動機を制御する電動機制御装置のトルク定数補正方法において、
電動機の加減速度が一定時の加減速度およびトルク指令とに基づいて、前記トルク定数を補正する、トルク定数補正処理をすることを特徴とする電動機制御装置のトルク定数補正方法。 In a torque constant correction method for a motor control device that controls the motor by feedback controlling the motor based on a position or speed command and a current position of the motor that is a detection value of a position detector, correcting the torque constant,
A torque constant correction method for a motor control device, comprising: performing a torque constant correction process for correcting the torque constant based on an acceleration / deceleration and a torque command when the acceleration / deceleration of the motor is constant. 前記トルク定数補正処理が、前記電動機の加減速度移動平均値を検出する、加減速度検出処理と、
前記トルク指令を積算したトルク指令移動平均値に基づいてトルクを検出する、トルク検出処理と、
前記加減速度移動平均値と前記トルクとに基づいて前記トルク定数を算出する、トルク指令補正処理、であることを特徴とする請求項９記載の電動機制御装置のトルク定数補正方法。 The torque constant correction process detects an acceleration / deceleration moving average value of the electric motor;
Torque detection processing for detecting torque based on a torque command moving average value obtained by integrating the torque commands;
10. The torque constant correcting method for an electric motor control device according to claim 9, wherein the torque constant is corrected based on the acceleration / deceleration moving average value and the torque. 前記トルク検出処理が、加速時と減速時の前記トルク指令移動平均値に基づいて摩擦トルクを算出し、前記トルク指令移動平均値から前記摩擦トルクを差し引いて前記トルクを検出する、ことを特徴とする請求項１０記載の電動機制御装置のトルク定数補正方法。   The torque detection process calculates a friction torque based on the torque command moving average value during acceleration and deceleration, and subtracts the friction torque from the torque command moving average value to detect the torque. The method for correcting a torque constant of an electric motor control device according to claim 10. 前記トルク指令補正処理が、前記トルクの変化に基づいて前記トルク定数を算出することを特徴とする請求項１０記載の電動機制御装置のトルク定数補正方法。   11. The torque constant correction method for an electric motor control device according to claim 10, wherein the torque command correction processing calculates the torque constant based on a change in the torque.
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