JP2008148449A - Motor position control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、1軸のモータを位置制御するモータ位置制御装置の、特に負荷の急激な変動を考慮したモータ位置制御方法に関する。 The present invention relates to a motor position control method for controlling the position of a single-axis motor, and more particularly to a motor position control method that takes into account rapid fluctuations in load.
工作機用途においては、従来から多軸を制御するにあたり、急激な負荷変動においても手先位置軌跡がずれないように補間しながら位置制御する必要があった。 In machine tool applications, conventionally, when controlling multiple axes, it has been necessary to perform position control while performing interpolation so that the hand position locus does not deviate even under sudden load fluctuations.
そこで、モータおよび制御ループが複数個存在し、その制御対象を制御するサーボ制御方式において、少なくとも1つの制御ループにおけるトルクが、モータのトルク限界値を超えてトルク飽和した場合に、該モータのトルク限界値に対応する位置ループゲインを演算して求め、該位置ループゲインを全制御ループの位置ループゲインとし、該位置ループゲインにより位置制御ループを動作させる方式が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Therefore, in the servo control system in which there are a plurality of motors and control loops and the controlled object is controlled, when the torque in at least one control loop exceeds the torque limit value of the motor and becomes saturated, the torque of the motor A method has been proposed in which a position loop gain corresponding to a limit value is obtained by calculation, the position loop gain is set as the position loop gain of all control loops, and the position control loop is operated by the position loop gain (for example, Patent Documents). 1).
一方、一般産業用途において、低価格で位置決め可能な制御が求められており、簡易位置決め用途に、シーケンサからインバータに指令し、インダクションモータを制御する方式が主流であった。
近年、マイコンの処理速度の向上や、内蔵メモリーの大容量化に伴い、PC機能やNC機能を持つコントローラおよびモータの速度制御をする機能を1つのマイコンに集約した、サーボアンプやブラシレスアンプに変わりつつある。 In recent years, as the processing speed of microcomputers has improved and the capacity of built-in memory has increased, controllers with PC functions and NC functions and motor speed control functions have been consolidated into a single microcomputer. It is going
このような背景から、サーボモータやブラシレスモータに対する要望も変わりつつあり、低価格で簡素化したシステム構成でありながら、トリップレスでスムーズな位置決めができる制御方式が不可欠である。 Against this background, demands for servo motors and brushless motors are changing, and a control system capable of smooth positioning without tripping is indispensable with a low-cost and simplified system configuration.
発明が解決しようとする問題点は、位置決めをする場合、急激な負荷変動に対応できずトリップする点である。 The problem to be solved by the invention is that, when positioning is performed, a trip cannot be made in response to a sudden load fluctuation.
位置制御する場合、負荷が重くなり制御ループにおけるトルクがモータのトルク限界値近くになると、位置偏差が溜まりすぎる。その後、負荷が急に軽くなると、位置偏差の溜まりを減らそうとして、速度指令値が急激に大きくなり、モータの速度が最高回転速度を超えて、速度リミット機能によりトリップする。このため、モータが停止して、スムーズな位置決めができない場合かった。 In the case of position control, if the load becomes heavy and the torque in the control loop becomes close to the torque limit value of the motor, the position deviation will accumulate too much. After that, when the load suddenly decreases, the speed command value suddenly increases to reduce the accumulation of position deviation, the motor speed exceeds the maximum rotation speed, and the speed limit function trips. For this reason, the motor stopped and smooth positioning could not be performed.
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、負荷の急激な変動に対してもトリップすることがなく、スムーズな位置決めが可能なモータ位置制御装置を安価に提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a motor position control device capable of smooth positioning at a low cost without tripping even when a load fluctuates rapidly.
上記従来の課題を解決するために本発明のモータ位置制御方法は、モータから検出した位置データと位置指令を比較して位置偏差から速度指令を生成する位置制御ブロックと、前記速度指令とモータから検出した速度データを比較して速度偏差からトルク指令を生成
する速度制御ブロックと、モータに適したトルク制御を行うトルク制御ブロックとを有するモータ位置制御装置において、前記速度制御ブロックは、前記位置制御ブロックで生成した速度指令を入力する速度リミット機能を有し、前記速度リミット機能は、前記速度指令が速度リミット設定値を超えたときに、速度リミット設定値を速度指令として出力し、速度リミット設定値以下のときに、入力された速度指令値を出力して、位置偏差を急に減らさないように速度指令を制限する。
In order to solve the above-described conventional problems, a motor position control method according to the present invention includes a position control block that compares position data detected from a motor with a position command and generates a speed command from a position deviation, and the speed command and the motor In a motor position control device having a speed control block that compares the detected speed data and generates a torque command from a speed deviation, and a torque control block that performs torque control suitable for the motor, the speed control block includes the position control It has a speed limit function that inputs the speed command generated in the block, and when the speed command exceeds the speed limit set value, the speed limit function outputs the speed limit set value as a speed command and sets the speed limit. When the value is less than or equal to the value, the input speed command value is output, and the speed command is limited so as not to reduce the position deviation suddenly. That.
また、前記速度リミット機能の速度リミット設定値をパラメータにより変更可能にする。 Further, the speed limit set value of the speed limit function can be changed by a parameter.
本発明のモータ位置制御方法によれば、負荷の急激な変動による過大な速度指令を、速度リミット機能によって制限するため、オーバースピードによるトリップが発生しない。 According to the motor position control method of the present invention, an excessive speed command due to a sudden change in load is limited by the speed limit function, so that a trip due to overspeed does not occur.
また、速度リミット機能は、パラメータによって変更可能なため、位置決め用コントローラ機能とモータ駆動制御用機能を1つにしたマイコンのソフト違いだけで対応できる。 Moreover, since the speed limit function can be changed depending on parameters, it can be handled only by the software difference of the microcomputer that combines the positioning controller function and the motor drive control function.
したがって、負荷の急激な変動に対してトリップすることがなく、安価でスムーズな位置決めが可能なモータ位置制御装置を提供することができる。 Therefore, it is possible to provide a motor position control device that is capable of low-cost and smooth positioning without tripping with respect to a sudden change in load.
モータ位置制御装置は、モータから検出した位置データと位置指令を比較して位置偏差から速度指令を生成する位置制御ブロックと、前記速度指令とモータから検出した速度データを比較して速度偏差からトルク指令を生成する速度制御ブロックと、モータに適したトルク制御を行うトルク制御ブロックとを備え、前記速度制御ブロックは、前記位置制御ブロックで生成した速度指令を入力する速度リミット機能を有し、前記速度リミット機能は、前記速度指令が速度リミット設定値を超えたときに、速度リミット設定値を速度指令として出力し、速度リミット設定値以下のときに、入力された速度指令値を出力して、位置偏差を急に減らさないように速度指令を制限する。前記速度リミット機能の速度リミット設定値は、パラメータにより変更可能である。 The motor position control device compares the position data detected from the motor with the position command and generates a speed command from the position deviation, and compares the speed command with the speed data detected from the motor and compares the speed command with the torque from the speed deviation. A speed control block that generates a command and a torque control block that performs torque control suitable for the motor, and the speed control block has a speed limit function that inputs a speed command generated by the position control block, and The speed limit function outputs the speed limit set value as a speed command when the speed command exceeds the speed limit set value, and outputs the input speed command value when the speed command is less than or equal to the speed limit set value. Limit the speed command so that the position deviation does not suddenly decrease. The speed limit setting value of the speed limit function can be changed by a parameter.
以下、具体的な実施例について説明する。図1は本発明の実施例1におけるモータ位置制御装置の制御機能ブロック毎に示したブロック構成図であり、速度制御ブロックに速度リミット機能を設けたものである。 Specific examples will be described below. FIG. 1 is a block diagram showing each control function block of the motor position control apparatus according to the first embodiment of the present invention, in which a speed limit function is provided in the speed control block.
図1において、位置制御ブロック10は、従来と同様に、位置指令11とエンコーダ(またはCS信号)により検出した位置データ12との偏差をカウントする偏差カウンタ13と、モータ起動時の応答を向上させる速度フィードフォワード14と、位置制御の応答性を決める位置誤差アンプ15で構成され、速度指令を出力する。 In FIG. 1, the position control block 10 improves the response at the time of starting the motor and the deviation counter 13 that counts the deviation between the position command 11 and the position data 12 detected by the encoder (or CS signal), as in the conventional case. It is composed of a speed feed forward 14 and a position error amplifier 15 that determines position control responsiveness, and outputs a speed command.
速度制御ブロック20は、位置制御ブロック1で生成した速度指令を入力する速度リミット機能21と、エンコーダ(またはCS信号)から速度を検出する速度検出処理手段22と、速度の応答性を決める速度誤差アンプ23と速度ループの剛性を決める速度積分処理手段24とで構成され、トルク指令を生成する。 The speed control block 20 includes a speed limit function 21 for inputting the speed command generated in the position control block 1, speed detection processing means 22 for detecting the speed from the encoder (or CS signal), and a speed error for determining the speed responsiveness. It comprises an amplifier 23 and speed integration processing means 24 that determines the rigidity of the speed loop, and generates a torque command.
この速度リミット機能21は、速度指令が速度リミット設定値を超えたときに、速度リミット設定値を速度指令として出力し、速度リミット設定値以下のときに、入力された速度指令値を出力して、位置偏差を急に減らさないように速度指令を制限する。 The speed limit function 21 outputs the speed limit set value as a speed command when the speed command exceeds the speed limit set value, and outputs the input speed command value when the speed command is less than or equal to the speed limit set value. The speed command is limited so that the position deviation is not suddenly reduced.
トルク制御ブロック30は、トルク指令を入力として、トルクフィルタ31と、トルクリミット32とで構成され、モータを駆動する。 The torque control block 30 is composed of a torque filter 31 and a torque limit 32 with a torque command as an input, and drives a motor.
本発明の特徴は、速度制御ブロックに速度リミット機能を設けた点であり、この点について、図1を併用しながら詳しく説明する。 A feature of the present invention is that a speed limit function is provided in the speed control block, and this point will be described in detail with reference to FIG.
図2は、速度リミット機能を説明するフローチャートである。まず、従来と同様に上位コントローラからの運転指令である位置指令11に基づいて、位置制御ブロック10で速度指令が生成される。生成された速度指令値が、速度リミット設定値以下であれば、その速度指令値と速度検出処理手段22で検出した速度データとを比較してトルク指令を生成し、トルク制御ブロック30を経てモータを駆動する。 FIG. 2 is a flowchart for explaining the speed limit function. First, a speed command is generated in the position control block 10 based on a position command 11 that is an operation command from the host controller as in the conventional case. If the generated speed command value is less than or equal to the speed limit set value, the speed command value is compared with the speed data detected by the speed detection processing means 22 to generate a torque command, and the motor is passed through the torque control block 30. Drive.
動作途中で負荷が急激に変動すると、位置制御ブロック10の位置偏差が大きくなる。速度制御ブロック20の速度リミット機能21では、常時、入力される速度指令値が速度リミット設定値以下かどうかを比較しており、速度リミット設定値以下であれば、入力された速度指令値をそのまま出力する。速度リミット設定値を超えているときは、入力された速度指令に対して速度リミット設定値を出力する。 If the load fluctuates rapidly during the operation, the position deviation of the position control block 10 increases. The speed limit function 21 of the speed control block 20 always compares whether or not the input speed command value is equal to or less than the speed limit set value. If it is equal to or less than the speed limit set value, the input speed command value is used as it is. Output. When the speed limit set value is exceeded, the speed limit set value is output in response to the input speed command.
これにより、位置制御ブロックで生成された速度指令値が、速度リミット機能の速度リミット設定値以下であれば、負荷変動の影響を吸収しながら通常動作と同じ時間で位置決め動作を完了する。一方、速度リミット設定値を超えておれば、急激な負荷変動によって生成された過大な速度指令に追従した制御を行わず、速度リッミト設定値にて制限するため、オーバースピードによるトリップを防止できる。 Thus, if the speed command value generated by the position control block is equal to or less than the speed limit set value of the speed limit function, the positioning operation is completed in the same time as the normal operation while absorbing the influence of the load fluctuation. On the other hand, if the speed limit set value is exceeded, the control following the excessive speed command generated by the sudden load fluctuation is not performed and the speed limit is set by the limit value, so that a trip due to overspeed can be prevented.
なお、急激な負荷変動で生成された速度指令に対して、速度リッミト設定値で制限するため、実速度が通常動作の速度指令値に近づくまで時間を要する。もし、実速度が通常動作の速度指令値に追従しようとする途中で位置決め完了をした場合は通常動作時より位置決め時間は長くなる。この点について図を用いて説明する。 It should be noted that since the speed command generated by a sudden load fluctuation is limited by the speed limit setting value, it takes time until the actual speed approaches the speed command value for normal operation. If the positioning is completed while the actual speed is about to follow the speed command value for normal operation, the positioning time will be longer than that for normal operation. This point will be described with reference to the drawings.
図3において、縦軸は速度指令値で、上からオーバースピードでトリップする速度トリップ指令値、速度リミット設定値である。横軸は動作時間である。オーバースピード保護機能としての速度トリップ指令値を、速度リミット設定値よりも高く設定することで、暴走など別の理由でオーバースピードが発生してもトリップさせることができ、モータを停止させて保護できる。 In FIG. 3, the vertical axis represents the speed command value, which is a speed trip command value and a speed limit setting value that trip from the top at an overspeed. The horizontal axis is the operating time. By setting the speed trip command value as an overspeed protection function higher than the speed limit setting value, it can be tripped even if overspeed occurs due to other reasons such as runaway, and the motor can be stopped and protected .
図3は、速度リミットがない通常動作における速度指令値に対する動作時間と、速度リミット機能を有する場合の動作時間を比較したものである。 FIG. 3 compares the operation time for the speed command value in the normal operation with no speed limit with the operation time when the speed limit function is provided.
まず、速度リミットがない場合について説明をする。位置制御ブロック10から指令される実際の速度指令値(太線で示す)により、速度リミットなし時の動作時間に追従するように動作する。 First, the case where there is no speed limit will be described. The actual speed command value (indicated by a thick line) commanded from the position control block 10 operates so as to follow the operation time when there is no speed limit.
これに対して、本発明の速度リミット機能を備えたものでは、実際の速度指令値が速度リミット設定値を超えて入力されても、速度リミット設定値を速度指令として出力するため、速度リミット設定値(点線)で示すように動作する。 On the other hand, with the speed limit function of the present invention, the speed limit setting value is output as the speed command even if the actual speed command value is input exceeding the speed limit setting value. Operates as indicated by the value (dotted line).
この太線と点線で示す2つのパターンにおける追従するまでの移動距離を示す面積は同じである。 The areas indicating the movement distance until the two patterns indicated by the bold line and the dotted line follow are the same.
すなわち、速度リミット設定値よりも上側に示す三角領域(斜線部)の間は、速度リミ
ット設定値で制限した速度指令から生成したトルク指令で駆動する。さらに、斜線で示す三角領域と同じ面積の平行四辺形領域(斜線部)の間、速度リミット設定値で制限した速度指令から生成したトルク指令で駆動するため、速度リミットがない場合と比べて通常動作の速度指令値に追従するまでの時間は長くなる。
In other words, during the triangular area (shaded area) shown above the speed limit set value, driving is performed with a torque command generated from the speed command limited by the speed limit set value. Furthermore, since the drive is performed with the torque command generated from the speed command limited by the speed limit setting value between the parallelogram area (shaded area) of the same area as the triangular area indicated by the hatched line, it is normal compared to when there is no speed limit. The time required to follow the speed command value of the operation becomes longer.
なお、この速度リミット設定値は、マイコンのソフトにより、パラメータ変更できるようにしている。また、このような急激な負荷変動を考慮したモータ位置制御方法は、位置決め用コントローラ機能とモータ駆動制御用機能を1つにしたマイコンのソフト違いだけで対応することができ、安価に提供できる。また、位置決め用コントローラ機能とモータ駆動用制御機能を別々に構成する場合、本発明の速度リミット機能は、どちらに付加しても構わない。 The speed limit setting value can be changed by microcomputer software. In addition, such a motor position control method taking into account sudden load fluctuations can be dealt with only by the software difference of the microcomputer that combines the positioning controller function and the motor drive control function into one, and can be provided at low cost. When the positioning controller function and the motor drive control function are configured separately, the speed limit function of the present invention may be added to either.
本発明のモータ位置制御方法は、1軸のみをトリップレスでスムーズな位置決めをする用途として、低価格が要望される一般産業機器などに有用である。 The motor position control method of the present invention is useful for general industrial equipment and the like for which low cost is required as an application for smoothly positioning only one axis without tripping.
10 位置制御ブロック
11 位置指令
12 位置データ
13 偏差カウンタ
14 速度フィードフォワード
15 位置誤差アンプ
20 速度制御ブロック
21 速度リミット機能
22 速度検出処理手段
23 速度誤差アンプ
24 速度積分処理手段
30 トルク制御ブロック
31 トルクフィルタ
32 トルクリミット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Position control block 11 Position command 12 Position data 13 Deviation counter 14 Speed feed forward 15 Position error amplifier 20 Speed control block 21 Speed limit function 22 Speed detection processing means 23 Speed error amplifier 24 Speed integration processing means 30 Torque control block 31 Torque filter 32 Torque limit
Claims (2)
The motor position control method according to claim 1, wherein a speed limit set value of the speed limit function can be changed by a parameter.
Priority Applications (1)
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