JP2009142111A - モータ制御装置とその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】特定の期間における特定の時間においてモータ制御装置の制御ゲインを変更することができるモータ制御装置とその制御方法を提供する。
【解決手段】カレンダー機能を有するカレンダー部（１２０）と、制御ゲインを変更する期間を予め記憶する日付時刻記憶部（１２１）と、制御ゲインを選択することができるゲイン選択部（１１０）と、変更される制御ゲインの値を予め記憶するゲイン記憶部（１１１）を備え、現在の日付および時刻が日付時刻記憶部に設定された範囲内であれば、カレンダー部では、ゲイン選択部に対して制御ゲインの変更を要求し、ゲイン選択部は制御ゲインをゲイン記憶部に設定されている値に所定の時間の間変更する。
【選択図】図１

Description

本発明は、産業用機械用のモータ制御装置に関する。

従来の数値制御装置では、モータを制御するための制御ゲイン等の制御パラメータを、数値制御用プログラム内に設けたゲイン出力コードの数値に基づいて設定しているのである。（例えば、特許文献１参照）。
また、従来のモータ制御装置では、モータを制御するための制御パラメータを、外部入力信号の設定に応じて予め設定されている他の値に変更する機能を有しているものや、モータ制御装置内部の信号の状態に応じて自動的に制御パラメータを予め設定されている他の値に変更する機能を有しているものもある。

図３は特許文献１における従来の数値制御装置のモータ制御ブロック図であり、図３において、位置指令信号Ｘｃと位置検出器１０９からの信号を減算器１０１により減算し、その差分Ｘｅを増幅器１０２によりωｏ倍し速度指令信号Ｖｃとし、さらに速度指令信号Ｖｃと速度検出器１０８からの信号を減算器１０３により減算し、その信号Ｖｅを増幅器１０４によりωｃ倍し、その信号Ｃを補償制御部１０５に入力し電流制御部１０６を経てモータ１０７を駆動する。モータ１０７が駆動されることにより速度検出器１０８および位置検出器１０９の信号が変化し、それぞれ速度指令信号Ｖｃ、位置指令信号Ｘｃとの差Ｖｅ、Ｘｅが零となるように制御する。さらに、Ｇｃは数値制御プログラムで指定されたゲイン設定値であり、１１０はゲイン調節器であり、ゲイン調節器１１０はゲイン設定値Ｇｃの値により増幅器１０２、１０４の制御ゲインを変更するものである。

図３は市販製品のマニュアルに開示されている従来例である。図３においてゲイン設定値Ｇｃは、予めモータ制御装置内部に設定されている値であり、ゲイン調節器１１０は、モータ制御装置への外部入力信号やモータ制御装置内部の信号の状態によって増幅器１０２、１０４の制御ゲインをゲイン設定値Ｇｃに変更するものである。この場合のモータ制御装置内部の信号とは、位置決め完了信号、位置決め近傍信号、位置指令フィルタの出力値の状態、位置指令パルスの入力値の状態等が該当する。
このように、従来の数値制御装置は、数値制御用プログラム内のゲイン出力コードにオペレータが予め適当な値を設定することにより制御パラメータを設定しているのである。また、従来のモータ制御装置は、モータを制御するためのパラメータの変更を、外部からの入力信号やモータ制御装置内部の信号の状態に応じて実行しているのである。
特開昭６２−１９４５０９号公報（第１図）

モータ制御装置がゲインを変更する条件として、モータ制御装置の制御対象となる機械の動作環境がその条件となることがある。具体的には、機械を始動する際の外気温度が低い場合には、機構系のグリース等の潤滑剤の粘度が高くなっている場合で、ボールネジなどモータの制御対象の摩擦力が大きくなる。その後、機械の運転を続けていくうちに機構系の温度が上昇し、潤滑剤の粘度が通常値となり、摩擦力も通常値となる。このような現象は、例えば冬季の朝に起こりうることである。
摩擦力が大きくなると、摩擦力による外乱トルクが上昇し、モータ制御へ悪影響が生じる。この場合には、制御ゲインを高めることにより摩擦力が通常の状態と同様のモータ制御が可能となる。ただし、制御ゲインを高めた状態のまま、前述の機構系の温度が上昇し摩擦力が通常値と下がった後では、制御ゲインを高めたことによる機械の振動等が生じることがある。
このような場合、機械の温度の測定値によって制御ゲインを変更する方法が考えられるが、特に回転体の場合は対象となる箇所の温度を正確に測定することが難しい場合がある。

これに対して、上記のような制御ゲインを変更する必要のある時期は、年間を通じて特定の期間、時間帯における機械始動後の特定の時間であることが考えられるため、ある特定の時期において、機械始動後の特定の時間だけ制御ゲインを変更する機能がドライブにあれば温度の測定をすることなく必要となる制御ゲインを変更することができる。
従来のモータ制御装置では、数値制御装置からの制御ゲイン設置値の入力や、外部のコントローラからの切換信号によって制御ゲインを変更していた、もしくは、モータ制御装置で独自にゲインを変更できる場合においても、前述のモータ制御装置の内部信号の状態によって変更していた。これらの場合では、数値制御装置や外部のコントローラに内蔵しているカレンダー機能を利用して上記特定の期間における特定の時間を作りだすことが可能であるが、数値制御装置や外部のコントローラがモータ制御装置に接続されない場合には、モータ制御装置単独ではカレンダー機能を持っていないので、上記時間を作りだすことができないという問題があった。

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、特定の期間における特定の時間において制御ゲインを変更することができるモータ制御装置を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１記載の発明は、位置指令とモータ位置に基づいて速度指令を生成する位置制御部と、前記速度指令とモータ速度に基づいてトルク指令を生成する速度制御部と、前記トルク指令に基づいてモータを駆動する電流制御部と、ゲイン選択信号により前記位置制御部および前記速度制御部の制御ゲインセットを選択するゲイン選択部と、を備えるモータ制御装置において、設定された特定の日付時刻を複数記憶する日付時刻記憶部と、現在の月日および時間を識別して前記特定の日付時刻に該当するゲイン選択信号を生成するカレンダー部と、前記特定の日付時刻に対応する前記制御ゲインセットを記憶するゲイン記憶部と、を備え、前記ゲイン選択部は、前記ゲイン選択信号に基づき該当する制御ゲインセットを選択し前記位置制御部および前記速度制御部にセットすることを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１記載のモータ制御装置において、前記カレンダー部は、所定の標準電波を受信して作動する電波時計を備え、現在の日付時刻を識別することを特徴とするものである。
請求項３記載の発明は、請求項１記載のモータ制御装置において、前記制御ゲインセットは、変更後所定時間経過後、変更前の制御ゲインセットに戻すことを特徴とするものである。
請求項４記載の発明は、請求項１記載のモータ制御装置において、前記制御ゲインセットは、位置制御比例ゲイン、速度制御比例ゲイン、速度制御積分ゲインであることを特徴とするものである。
請求項５記載の発明は、請求項４記載のモータ制御装置において、前記制御ゲインセットは、トルクフィルタ定数を含むことを特徴とするものである。

請求項６記載の発明は、位置指令とモータ位置に基づいて速度指令を生成する位置制御部と、前記速度指令とモータ速度に基づいてトルク指令を生成する速度制御部と、前記トルク指令に基づいてモータを駆動する電流制御部と、ゲイン選択信号により前記位置制御部および前記速度制御部の制御ゲインセットを選択するゲイン選択部と、を備えるモータ制御装置の制御方法において、設定された特定の日付時刻を複数記憶するステップと、前記特定の日付時刻に対応する前記制御ゲインセットを記憶するステップと、現在の月日および時間を識別して前記特定の日付時刻に該当するゲイン選択信号を生成するステップと、
前記ゲイン選択信号に基づき該当する制御ゲインセットを選択し前記位置制御部および前記速度制御部にセットするステップと、を備えることを特徴とするものである。
請求項７記載の発明は、請求項６記載のモータ制御装置の制御方法において、所定の電波時計により現在の月日および時間を識別するステップと備えることを特徴とするものである。
請求項８記載の発明は、請求項６記載のモータ制御装置の制御方法において、変更後所定時間経過後、変更前の制御ゲインセットに戻すステップを備えることを特徴とするものである。

請求項１乃至５記載の発明によると、特定の期間における特定の時間において制御ゲインを変更することができるモータ制御装置を提供することができる。
請求項６乃至８記載の発明によると、特定の期間における特定の時間において制御ゲインを変更することができるモータ制御装置の制御方法を提供することができる。

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。

図１は、本発明のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。図において、１０１、１０３は減算部、１０２は位置制御部、１０４は速度制御部、１０５は補償部、１０６は電流制御部、１０７はモータ、１０８は速度検出器、１０９は位置検出器、１１０はゲイン選択部、１１１はゲイン記憶部、１２０はカレンダー部、１２１は日付時刻記憶部である。
本発明が従来技術と異なる部分は、カレンダー部１２０と日付時刻記憶部１２１とゲイン記憶部１１１を備えた点である。

次に動作について説明する。位置制御部１０２は位置指令Ｘｃとモータ位置Ｘｍの位置偏差Ｘｅに位置制御比例ゲインＫｐを乗じて速度指令Ｖｃを生成する。ここで位置制御系の遮断周波数をωｏとするとＫｐ＝ωｏである。次に、速度制御部１０４は速度指令Ｖｃとモータ速度Ｖｍの速度偏差Ｖｅに速度制御比例ゲインＫｖを乗じて第１トルク指令を生成する。ここで速度制御系の遮断周波数をωｃ、慣性モーメントをＪとするとＫｖ＝Ｊ・ωｃになる。次に第１トルク指令を速度制御積分時定数Ｔｖｉで制御時間の間積分して第２トルク指令を生成、さらに第１トルク指令と第２トルク指令を加算してトルク指令を生成する。補償部１０５はトルク指令をフィルタ処理をして新たなトルク指令を生成する。電流制御部１０６はトルク指令に基づいて電流指令を生成、次に電流指令とモータ電流の電流偏差をＰＩＤ処理をして電圧指令を生成、さらに電圧指令をＰＷＭ信号に変換して電力変換器を動作させモータを駆動する。速度検出器１０８はモータに結合されてモータ速度を検出する。位置検出器１０９は、同様にモータに結合されてモータ位置を検出する。ゲイン選択部１１０は、ゲイン選択信号に基づき位置制御ゲインセットを位置制御部に、速度ゲインセットを速度制御部にセットする。日付時刻記憶部１２１は、設定された特定の日付時刻を複数記憶する。カレンダー部１２０は現在の月日および時間を識別して前記特定の日付時刻に該当するゲイン選択信号を生成する。ここで、位置制御ゲインセットは位置制御比例ゲインＫｐであり、速度制御ゲインセットは速度制御ゲインＫｖ、速度制御積分時定数Ｔｖｉ（速度制御積分ゲインＫｖｉ＝Ｋｖ／Ｔｖｉ）である。また制御ゲインセットに補償部のトルクフィルタ定数を含ませることもできる。

図２はカレンダー部１２０の処理を示すフローチャートである。図２において、モータ制御装置がモータに通電した際に、ステップ２０１にてゲイン変更がまだ実施されていないか判別し、未実施であれば、ステップ２０２にてカレンダー部１２０が現在の日付および時刻を読み込み、ステップ２０３にて日付時刻記憶部１２１が記憶しているゲイン変更期間の情報を読み込み、ステップ２０４にて現在の日付がゲイン変更期間内であるかを判別し、変更期間内であればステップ２０５にて現在の時刻がゲイン変更期間内であるかを判別し、変更期間内であればゲイン調節器１１０に対してゲインを変更する要求信号を出力する。この信号によりゲイン調節器１１０は、ゲイン記憶部１１１から変更するゲインの値を読み込み、対象となる制御ゲインの値を変更する。ステップ２０４、ステップ２０５において変更期間外であればそのまま終了する。

ステップ２０１においてゲイン変更が実施されていれば、ステップ２０７にて現在ゲイン変更中であるか判別し、変更中であれば、ステップ２０８にて変更後に所定の時間が経過しているか判別し、経過していれば、ステップ２０９にてゲイン調節器１１０に対してゲインの変更の要求信号を止める。これによりゲイン調節器１１０では、制御ゲインの値を変更前の値に戻す。ステップ２０７にてゲイン変更がすでに実施され変更前の値に戻っている場合、およびステップ２０８にてゲイン変更後に所定の時間が経過していない場合はそのまま終了する。
なお、前記カレンダー機能部は、所定の標準電波を受信して作動する電波時計をモータ制御装置に内蔵することによって実現可能である。

図４は本発明の制御方法を示すフローチャートである。ステップＳＴ１で設定された特定の日付時刻を複数記憶し、ステップＳＴ２で特定の日付時刻に対応する制御ゲインセットを記憶し、ステップＳＴ３で現在の月日および時間を識別して前記特定の日付時刻に該当するゲイン選択信号を生成し、ステップＳＴ４でゲイン選択信号に基づき該当する制御ゲインセットを選択し、ステップＳＴ５で位置制御部および速度制御部に制御ゲインセットをセットする。

このように、カレンダー機能を利用して現在の日時、時刻が予め設定されている範囲内であれば、制御ゲイン等の制御パラメータを所定の時間の間、別の値に変更することができるので、特定の期間における特定の時間において制御パラメータを変更することができる。

本発明のモータ制御装置の構成を示すブロック図 本発明のモータ制御装置のカレンダー部の動作を示すフローチャート 従来のモータ制御装置の構成を示すブロック図 本発明のモータ制御方法を示すフローチャート

符号の説明

１０１、１０３ 減算器
１０２ 位置制御部（増幅器）
１０４ 速度制御部（増幅器）
１０５ 補償部
１０６ 電流制御部
１０７ モータ
１０８ 速度検出器
１０９ 位置検出器
１１０ ゲイン選択部（ゲイン調節器）
１１１ ゲイン記憶部
１２０ カレンダー部
１２１ 日付時刻記憶部

Claims (8)

1. 位置指令とモータ位置に基づいて速度指令を生成する位置制御部と、前記速度指令とモータ速度に基づいてトルク指令を生成する速度制御部と、前記トルク指令に基づいてモータを駆動する電流制御部と、ゲイン選択信号により前記位置制御部および前記速度制御部の制御ゲインセットを選択するゲイン選択部と、を備えるモータ制御装置において、
   設定された特定の日付時刻を複数記憶する日付時刻記憶部と、
   現在の月日および時間を識別して前記特定の日付時刻に該当するゲイン選択信号を生成するカレンダー部と、
   前記特定の日付時刻に対応する前記制御ゲインセットを記憶するゲイン記憶部と、
   を備え、前記ゲイン選択部は、前記ゲイン選択信号に基づき該当する制御ゲインセットを選択し前記位置制御部および前記速度制御部にセットすることを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記カレンダー部は、所定の標準電波を受信して作動する電波時計を備え、現在の日付時刻を識別することを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
3. 前記制御ゲインセットは、変更後所定時間経過後、変更前の制御ゲインセットに戻すことを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
4. 前記制御ゲインセットは、位置制御比例ゲイン、速度制御比例ゲイン、速度制御積分ゲインであることを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
5. 前記制御ゲインセットは、トルクフィルタ定数を含むことを特徴とする請求項４記載のモータ制御装置。
6. 位置指令とモータ位置に基づいて速度指令を生成する位置制御部と、前記速度指令とモータ速度に基づいてトルク指令を生成する速度制御部と、前記トルク指令に基づいてモータを駆動する電流制御部と、ゲイン選択信号により前記位置制御部および前記速度制御部の制御ゲインセットを選択するゲイン選択部と、を備えるモータ制御装置の制御方法において、
   設定された特定の日付時刻を複数記憶するステップと、
   前記特定の日付時刻に対応する前記制御ゲインセットを記憶するステップと、
   現在の月日および時間を識別して前記特定の日付時刻に該当するゲイン選択信号を生成するステップと、
   前記ゲイン選択信号に基づき該当する制御ゲインセットを選択し前記位置制御部および前記速度制御部にセットするステップと、
   を備えることを特徴とするモータ制御装置の制御方法。
7. 所定の電波時計により現在の月日および時間を識別するステップを備えることを特徴とする請求項６記載のモータ制御装置の制御方法。
8. 変更後所定時間経過後、変更前の制御ゲインセットに戻すステップを備えることを特徴とする請求項６記載のモータ制御装置の制御方法。
   

Images