JP2008257571A

JP2008257571A - サーボ制御方法

Info

Publication number: JP2008257571A
Application number: JP2007100562A
Authority: JP
Inventors: Masaharu Ito; 正治伊藤
Original assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Current assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Priority date: 2007-04-06
Filing date: 2007-04-06
Publication date: 2008-10-23

Abstract

【課題】従来のサーボ制御方法は、センサの出力は温度補正されているが、モータ（トルカ）の出力に関するパラメータに対して温度補正が行われていないので、温度変化によるサーボ機構内の摩擦変化等によって制御誤差が発生することがあり、動作が不安定になることがあった。
【解決手段】本発明によるサーボ制御方法は、不揮発性外部メモリ１０に記憶されている温度パラメータデータベース１０ａは、サーボ機構２０の各温度に対応する複数の速度ループゲイン値で構成されており、制御手段６は、トルク指令６ａを作成する際に、温度センサ９の出力９ａに基づいて、前記温度パラメータデータベース１０ａから前記速度ループゲイン値１６を選出しトルク指令６ａを補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータを含むサーボ機構の動作を制御手段により制御するサーボ制御方法に関し、特に、前記サーボ機構の温度を検出する温度センサの出力に基づいて前記モータへのトルク指令を補正することで、温度変化によるサーボ機構内の摩擦変化等によって発生する制御誤差を抑え、全温度範囲においてより安定した動作を得ることができるようにする新規な改良に関するものである。

社内技術で特に特許出願を行っていないため文献名は挙げていないが、従来用いられていたこの種のサーボ制御方法では、例えば角度センサ等、温度の影響を受けるセンサにおいて温度補正を実施し、温度変化による制御誤差を抑えている。

上記のような従来のサーボ制御方法では、センサの出力は温度補正されているが、モータ（トルカ）の出力に関するパラメータに対して温度補正が行われていないので、温度変化によるサーボ機構内の摩擦変化等によって制御誤差が発生することがあり、動作が不安定になることがあった。

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あり、その目的は、温度変化によるサーボ機構内の摩擦変化等によって発生する制御誤差を抑えることができ、全温度範囲においてより安定した動作を得ることができるサーボ制御方法を提供することである。

本発明に係るサーボ制御方法は、モータを含み駆動体を変位させるためのサーボ機構の動作を制御手段により制御するサーボ制御方法であって、前記制御手段は、前記サーボ機構の温度を検出する温度センサの出力に基づいて、前記モータへのトルク指令を補正する構成である。
また、前記駆動体の位置を示す制御指令が外部から入力された際に、前記モータの回転角度を検出する角度センサの出力と前記制御指令とから位置偏差が求められるとともに、この位置偏差と位置ループゲイン値とに基づいて速度指令が作成され、前記駆動体の変位速度を検出する速度センサの出力と前記速度指令とから速度偏差が求められるとともに、この速度偏差と速度ループゲイン値とから前記トルク指令が作成されるように構成されており、前記制御手段は、前記サーボ機構の各温度に対応する複数の速度ループゲイン値からなる温度パラメータデータベースから、前記温度センサの出力に基づいて前記速度ループゲイン値を選出する構成である。
また、前記温度パラメータデータベースは不揮発性外部メモリに予め記憶されており、前記制御手段は、電源が投入された際に前記温度パラメータデータベースを前記不揮発性外部メモリから内部メモリに取り込む構成である。
また、前記制御手段は、前記温度センサによって検出された前記サーボ機構の温度に対応する前記速度ループゲイン値が前記温度パラメータデータベースに未登録の場合、前記温度パラメータデータベースに登録されている前記検出された温度周辺の速度ループゲイン値から前記温度に対応する速度ループゲイン値を算出する構成である。

本発明のサーボ制御方法によれば、前記制御手段は、前記サーボ機構の温度を検出する温度センサの出力に基づいて、前記モータへのトルク指令を補正するので、温度変化によるサーボ機構内の摩擦変化等によって発生する制御誤差を抑えることができ、全温度範囲においてより安定した動作を得ることができる。
また、前記制御手段は、前記サーボ機構の各温度に対応する複数の速度ループゲイン値からなる温度パラメータデータベースから、前記温度センサの出力に基づいて前記速度ループゲイン値を選出するので、より確実に前記制御誤差を抑えることができる。
また、前記制御手段は、電源が投入された際に前記温度パラメータデータベースを前記不揮発性外部メモリから内部メモリに取り込むので、トルク指令作成時の外部周辺回路へのアクセス遅延を無くすことができ、トルク指令作成時に該不揮発性外部メモリに毎回アクセスする場合に比べて制御精度を向上できる。
また、前記制御手段は、前記温度センサによって検出された前記サーボ機構の温度に対応する前記速度ループゲイン値が前記温度パラメータデータベースに未登録の場合、前記検出された温度周辺の速度ループゲイン値から前記温度に対応する速度ループゲイン値を算出するので、前記温度パラメータデータベースのデータ量を抑えつつ、高精度な補正を実現できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１によるサーボ制御装置を示す構成図である。図１において、制御対象である駆動体１には、モータ２、ボールネジ（図示せず）、及び筐体（図示せず）等からなるサーボ機構２０が接続されており、このサーボ機構２０の動作によって駆動体１が変位される。前記サーボ機構２０には、パワーアンプ３、デジタル／アナログ変換器４（以下Ｄ／Ａ４と呼ぶ）、及び外部インターフェース５を介して制御手段６が接続されており、この制御手段６には、モータ２の回転角度（駆動体１の位置）を検出する角度センサ７、駆動体１の変位速度を検出する速度センサ８、及び前記サーボ機構２０の温度を検出する温度センサ９が前記外部インターフェース５を介して接続されている。また、制御手段６には、後述する温度パラメータデータベース１０ａを記憶している不揮発性外部メモリ１０が接続されており、前記サーボ機構２０の動作は、駆動体１の位置を示す制御指令１１、各センサ７〜９の出力７ａ〜９ａ、及び前記温度パラメータデータベース１０ａに基づいて前記制御手段６によって制御される。

すなわち、前記制御指令１１が外部から制御手段６に入力された際に、この制御指令１１と、各センサ７〜９の出力７ａ〜９ａと、前記温度パラメータデータベース１０ａとに基づいて、前記モータ２へのトルク指令６ａが作成され、このトルク指令６ａがＤ／Ａ４でアナログの電流指令４ａに変換されてパワーアンプ３に入力される。パワーアンプ３では電流フィードバックが行われながら電流指令４ａが増幅され、この増幅された電流指令４ａによってモータ２が駆動される。尚、外部インターフェース５としては、ＦＰＧＡ（ＦｉｅｌｄＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙ）が使用され、制御手段６としてはＤＳＰ（ＤｉｇｉｔａｌＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｏｒ）が使用されている。制御手段６は、装置全体の電源が投入された際に前記温度パラメータデータベース１０ａを前記不揮発性外部メモリ１０から内部メモリ６ｂに取り込み、トルク指令６ａ作成時の不揮発性外部メモリ１０へのアクセス遅延を無くすようにし、トルク指令作成時に該不揮発性外部メモリに毎回アクセスする場合に比べて制御精度を向上できるように構成されている。

次に、図２は、図１の制御手段６が行うトルク指令出力動作を示すブロック図である。図において、外部から制御指令１１が入力されると、前記角度センサ７の出力７ａと前記制御指令１１とから位置偏差１２が求められ（ステップＳ１）、この位置偏差１２と前記内部メモリ６ｂに予め記憶されている位置ループゲイン値１３とに基づいて速度指令１４が作成される（ステップＳ２）。次に、前記速度センサ８の出力８ａと前記速度指令１４とから速度偏差１５が求められるとともに（ステップＳ３）、この速度偏差１５と速度ループゲイン値１６とから前記トルク指令６ａが作成され（ステップＳ４）、該トルク指令６ａが外部インターフェース５を介してＤ／Ａ４に出力される（ステップＳ５）。

ここで、前記不揮発性外部メモリ１０に記憶されている温度パラメータデータベース１０ａは、前記サーボ機構２０の各温度に対応する複数の速度ループゲイン値１６で構成されており、前記制御手段６は、前記速度偏差１５からトルク指令６ａを作成する際に、温度センサ９の出力９ａに基づいて、前記温度パラメータデータベース１０ａから前記速度ループゲイン値１６を選出する（ステップＳ４ａ）。すなわち、制御手段６は、サーボ機構２０の温度に基づいてトルク指令６ａを補正しており、このように構成されることで、温度変化によるサーボ機構２０内の摩擦変化等によって発生する制御誤差を抑えることができ、全温度範囲においてより安定した動作を得ることができる。尚、温度センサ９は、例えば前記サーボ機構２０の筐体内温度等、サーボ機構２０で発生する摩擦変化が推定できる温度を検出する。

次に、図３は、図１の温度パラメータデータベース１０ａを示す説明図である。図に示すように、温度パラメータデータベース１０ａには、ｎ個の温度データにそれぞれ対応するｎ個の速度ループゲイン値１６が含まれている（但し、ｎは正の整数）。図３では、サーボ機構２０の温度が（ｎ−ａ）℃のときには速度ループゲイン値１６を２５と設定し、（ｎ−ａ）±１℃のときに速度ループゲイン値１６を２２及び３０と設定することを示している（但し、ａは任意の実数である）。

ここで、制御手段６は、前記温度センサ９によって検出された前記サーボ機構２０の温度に対応する前記速度ループゲイン値１６が前記温度パラメータデータベース１０ａに未登録の場合、下記の式（１）に基づいて、前記検出された温度周辺の速度ループゲイン値１６から前記温度に対応する速度ループゲイン値１６を算出する。尚、式（１）において、Ｔ１，Ｔ２は前記データベース１０ａに登録されている温度、ΔＴは前記データベース１０ａに未登録の温度（但し、Ｔ１＞ΔＴ＞Ｔ２）、Ｔ１，Ｔ２，ΔＴパラメータ値は温度がＴ１，Ｔ２，ΔＴであるときの速度ループゲイン値１６である。

次に、速度ループゲイン値１６の算出方法をより具体的に示す。図４は、図３の温度パラメータデータベース１０ａに未登録の速度ループゲイン値１６の算出方法を示す説明図である。前記温度センサ９によって検出された温度が（ｎ−ａ−０．５）℃である場合、その温度周辺の速度ループゲイン値１６は（ｎ−ａ）℃，（ｎ−ａ−１）℃のときの速度ループゲイン値１６である。従って、それら温度及び速度ループゲイン値１６を前記式（１）に代入すると、下記のように（ｎ−ａ−０．５）℃のときの速度ループゲイン値１６が算出できる。このように、前記温度センサ９によって検出された前記サーボ機構２０の温度に対応する前記速度ループゲイン値１６が前記温度パラメータデータベース１０ａに未登録の場合に、制御手段６が前記検出された温度周辺の速度ループゲイン値１６から前記温度に対応する速度ループゲイン値１６を算出するように構成されることで、前記温度パラメータデータベース１０ａのデータ量を抑えつつ、高精度な補正を実現できる。

本発明の実施の形態１によるサーボ制御装置を示す構成図である。図１の制御手段が行うトルク指令出力動作を示すブロック図である。図１の温度パラメータデータベースを示す説明図である。図３の温度パラメータデータベースに未登録の速度ループゲイン値を示す説明図である。

符号の説明

１駆動体、２モータ、６ａトルク指令、６制御手段、６ｂ内部メモリ、７角度センサ、８速度センサ、９温度センサ、１０ａ温度パラメータデータベース、１０不揮発性外部メモリ、１１制御指令、１２位置偏差、１３位置ループゲイン値、１４速度指令、１５速度偏差、１６速度ループゲイン値、２０サーボ機構。

Claims

モータ（２）を含み駆動体（１）を変位させるためのサーボ機構（２０）の動作を制御手段（６）により制御するサーボ制御方法であって、
前記制御手段（６）は、前記サーボ機構（２０）の温度を検出する温度センサ（９）の出力（９ａ）に基づいて、前記モータ（２）へのトルク指令（６ａ）を補正することを特徴とするサーボ制御方法。
前記駆動体（１）の位置を示す制御指令（１１）が外部から入力された際に、前記モータ（２）の回転角度を検出する角度センサ（７）の出力（７ａ）と前記制御指令（１１）とから位置偏差（１２）が求められるとともに、この位置偏差（１２）と位置ループゲイン値（１３）とに基づいて速度指令（１４）が作成され、前記駆動体（１）の変位速度を検出する速度センサ（８）の出力（８ａ）と前記速度指令（１４）とから速度偏差（１５）が求められるとともに、この速度偏差（１５）と速度ループゲイン値（１６）とから前記トルク指令（６ａ）が作成されるように構成されており、
前記制御手段（６）は、前記サーボ機構（２０）の各温度に対応する複数の速度ループゲイン値（１６）からなる温度パラメータデータベース（１０ａ）から、前記温度センサ（９）の出力（９ａ）に基づいて前記速度ループゲイン値（１６）を選出することを特徴とする請求項１記載のサーボ制御方法。
前記温度パラメータデータベース（１０ａ）は不揮発性外部メモリ（１０）に予め記憶されており、
前記制御手段（６）は、電源が投入された際に前記温度パラメータデータベース（１０ａ）を前記不揮発性外部メモリ（１０）から内部メモリ（６ｂ）に取り込むことを特徴とする請求項２記載のサーボ制御方法。
前記制御手段（６）は、前記温度センサ（９）によって検出された前記サーボ機構（２０）の温度に対応する前記速度ループゲイン値（１６）が前記温度パラメータデータベース（１０ａ）に未登録の場合、前記温度パラメータデータベース（１０ａ）に登録されている前記検出された温度周辺の速度ループゲイン値（１６）から前記温度に対応する速度ループゲイン値（１６）を算出することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のサーボ制御方法。