JP2010110080A - Motor control apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、位置指令と検出位置との位置偏差に位置ループゲインを乗じて速度指令を算出する位置制御と、速度指令と検出速度に基づいてトルク指令を算出する速度制御と、を行なってサーボモータを制御することで制御対象の位置を制御するモータ制御装置に関するものである。 The present invention performs position control for calculating a speed command by multiplying a position deviation between a position command and a detected position by a position loop gain, and speed control for calculating a torque command based on the speed command and the detected speed. The present invention relates to a motor control device that controls a position of a control target by controlling a motor.
図4は、従来のモータ制御装置の一例を示すブロック図である。位置指令演算器1からの位置指令Pcとサーボモータ10に取り付けられたモータ位置検出器13からのモータ位置検出値Pmとの偏差を減算器2が算出し、位置偏差演算器3が前記位置偏差に位置ループゲインKpを乗じて速度指令Vcを出力する。一方、サーボモータ10に取り付けられたモータ位置検出器13からのモータ位置検出値Pmを微分器15が微分し、モータ速度検出値Vmを出力する。速度指令Vcとモータ速度検出値Vmとの偏差を減算器4が算出し、速度偏差演算部5へ出力する。速度偏差演算部5において、速度偏差比例成分演算器6が前記速度偏差と速度ループ比例ゲインPvに基づいて速度偏差比例成分を出力する。同時に、速度偏差積分成分演算器7が前記速度偏差と速度ループ積分ゲインIvに基づいて速度偏差積分成分を出力する。前記速度偏差比例成分と前記速度偏差積分成分との和を加算器8が算出し、トルク指令値Tcを出力する。インバータ9は、トルク指令値Tcに従った電流をサーボモータ10に供給することによって、ボールネジ11を介して駆動される制御対象12の位置を制御する。
FIG. 4 is a block diagram showing an example of a conventional motor control device. The
工作機械や産業用ロボット等の機械では、非常停止スイッチが押されたり、アラームが発生したりすると、制御対象を速やかに停止させる必要があるため、一般的にはダイナミックブレーキで停止させる方法が知られている。 In machines such as machine tools and industrial robots, when an emergency stop switch is pressed or an alarm is generated, it is necessary to stop the controlled object quickly. It has been.
図5は、ダイナミックブレーキでの停止方法を説明するブロック図である。通常、U相、V相、W相の各モータ電流は、インバータ9からサーボモータ10に供給される。一方、非常停止スイッチが押されたり、アラームが発生したりした時には、ダイナミックブレーキ抵抗回路切替部20がインバータ9からダイナミックブレーキ抵抗21a,21b,21cへ電流経路を切り替える。サーボモータ10が回転している状態で前記電流経路を切り替えた場合、サーボモータ10が発電機となるため、ダイナミックブレーキ抵抗21a,21b,21cに電流が流れる。ダイナミックブレーキ抵抗21a,21b,21cに流れる電流が熱エネルギーとして消費されることによって、モータが停止する。
FIG. 5 is a block diagram illustrating a stopping method using a dynamic brake. Normally, the U-phase, V-phase, and W-phase motor currents are supplied from the
しかしながら、前述したダイナミックブレーキでの停止方法では、停止トルクが小さいため、停止するまでの距離が長くなる。その結果として、制御対象が機械の他の部分と衝突して、機械が破損するという問題がある。 However, in the stopping method using the dynamic brake described above, since the stopping torque is small, the distance to stop becomes long. As a result, there is a problem that the controlled object collides with other parts of the machine and the machine is damaged.
停止距離を短縮する技術として、非常停止スイッチが押されたり、アラームが発生したりした時には、速度指令を0にし、サーボモータに対して、制御対象の駆動方向と逆向きのトルクを発生させることによって、停止距離の短縮を行なう方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。 As a technology to shorten the stop distance, when the emergency stop switch is pressed or an alarm is generated, the speed command is set to 0, and the servo motor generates torque in the direction opposite to the drive direction of the controlled object. Thus, a method for shortening the stop distance is known (see, for example, Patent Document 1).
上述した従来技術によって、サーボモータが出力できる最大トルクで停止することになるため、減速時の加速度が大きくなり、短い距離で停止することが可能となった。しかし、駆動系の許容加速度が低い機械においては、駆動系に対して、機械的ダメージを与えるという課題があった。また、制御対象にワーク等が保持されている場合、ワーク等がずれたり、保持部分から外れたりする可能性も考えられる。 According to the above-described conventional technology, the servo motor stops at the maximum torque that can be output, so that the acceleration during deceleration increases and it is possible to stop at a short distance. However, a machine with a low allowable acceleration of the drive system has a problem of causing mechanical damage to the drive system. In addition, when a workpiece or the like is held on the controlled object, there is a possibility that the workpiece or the like is displaced or detached from the holding portion.
本発明の目的は、駆動系の許容加速度が低い機械又は制御対象にワーク等が保持されている場合においても、駆動系に与えるダメージを従来より小さくし、又は急減速によるワークのずれや外れの可能性を低減することにある。 The object of the present invention is to reduce the damage to the drive system compared to the prior art even when a workpiece or the like is held on a machine or control target having a low allowable acceleration of the drive system, or to prevent the workpiece from shifting or coming off due to sudden deceleration. To reduce the possibility.
本発明に係わるモータ制御装置は、位置指令と検出位置との位置偏差に位置ループゲインを乗じて速度指令を算出する位置制御と、速度指令と検出速度に基づいてトルク指令を算出する速度制御と、を行なってサーボモータを制御することで、制御対象の位置を制御するモータ制御装置において、位置制御時の加減速時間と最大送り速度を保持する加減速データ保持部と、前記加減速時間と前記最大送り速度に応じて、加速度を演算する加速度演算部と、前記加速度と前記検出速度に応じて、速度指令を演算する速度指令演算部と、を備え、停止条件が満足された場合に、前記位置制御により求められた速度指令に代えて、前記速度指令演算部が求めた速度指令を用いて前記速度制御を実行することを特徴とする。 A motor control device according to the present invention includes a position control that calculates a speed command by multiplying a position deviation between a position command and a detected position by a position loop gain, and a speed control that calculates a torque command based on the speed command and the detected speed. In the motor control device that controls the position of the object to be controlled by controlling the servo motor, an acceleration / deceleration data holding unit that holds the acceleration / deceleration time during position control and the maximum feed speed, and the acceleration / deceleration time In accordance with the maximum feed speed, an acceleration calculation unit that calculates acceleration, and a speed command calculation unit that calculates a speed command according to the acceleration and the detected speed, and when the stop condition is satisfied, Instead of the speed command obtained by the position control, the speed control is executed using the speed command obtained by the speed command calculation unit.
本発明により、駆動系の許容加速度が低い機械又は制御対象にワーク等が保持されている場合においても、駆動系に与えるダメージを従来より小さくし、又は急減速によるワークのずれや外れの可能性を低減することができる。 According to the present invention, even when a workpiece or the like is held on a machine or control target having a low allowable acceleration of the drive system, damage to the drive system is made smaller than before, or the possibility of deviation or disconnection of the work due to sudden deceleration is achieved. Can be reduced.
図1は、本発明の実施形態のモータ制御装置の一例を示すブロック図である。なお、図4に示した従来例と同一要素には同一番号を付してあり、その説明は省略する。 FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of a motor control device according to an embodiment of the present invention. The same elements as those in the conventional example shown in FIG.
この実施形態のモータ制御装置は、図4に例示した構成に対し、加減速データ保持部16,加速度演算部17及び速度指令演算部18を加えたものである。
The motor control device of this embodiment is obtained by adding an acceleration / deceleration
加減速データ保持部16には、予め調整作業等で決定された位置制御時の加減速時間Tconと、機械仕様で規定されている位置制御時の最大送り速度Fmaxとが保持されている。加速度演算部17は、加減速時間保持部16からの加減速時間Tconと最大送り速度Fmaxに応じて、加速度αを演算して出力する。速度指令演算部18は、加速度演算部17からの加速度αと微分器15からのモータ速度検出値Vmに応じて、速度指令Vc’を出力する。非常停止スイッチが押されたり、アラームが発生したりした時などのように、所定の停止条件が満足された場合には、速度指令切替部19が位置偏差演算器3からの速度指令Vcから速度指令演算部18からの速度指令Vc’へ速度指令を切り替える。前記速度指令を切り替えた場合、速度指令Vc’とモータ速度検出値Vmとの偏差を減算器4が算出し、速度偏差演算部5へ出力する。速度偏差演算部5において、速度偏差比例成分演算器6が前記速度偏差と速度ループ比例ゲインPvに基づいて速度偏差比例成分を出力する。同時に、速度偏差積分成分演算器7が前記速度偏差と速度ループ積分ゲインIvに基づいて速度偏差積分成分を出力する。前記速度偏差比例成分と前記速度偏差積分成分との和を加算器8が算出し、トルク指令値Tcを出力する。インバータ9は、トルク指令値Tcに従った電流をサーボモータ10に供給することによって、ボールネジ11を介して駆動される制御対象12を停止させる。
The acceleration / deceleration
以下では、図2を参照しながら、加減速データ保持部16、加速度演算部17、速度指令演算部18にて、加減速時間Tcon、最大送り速度Fmax、加速度α、速度指令Vc’を求める際の演算処理の一例について説明する。加減速データ保持部16には、予め調整作業等で決定された位置制御時の加減速時間Tconと機械仕様で規定されている位置制御時の最大送り速度Fmaxが保持されている。加速度演算部17は、加減速時間Tconと最大送り速度Fmaxを用いて、例えば次式、
<数1>
α=Fmax/Tcon
で算出される加速度αを出力する。速度指令演算部18は、非常停止スイッチが押されたり、アラームが発生したりした時の微分器15からのモータ速度検出値をV0として、加速度α(上式にて算出)、時間t、速度vを用いて、例えば次式、
<数2>
v=V0−αt
にて速度vを算出し、この速度vを速度指令Vc’として速度指令切替部19に供給する。加減速時間Tconは、例えば調整作業等の作業にて、様々な加減速時間を試行するなどして、駆動系の許容加速度が低い機械や制御対象にワーク等を保持している場合に合わせて決定しておく。このように加減速時間Tconを決定しておけば、減速時の加速度が過度に大きくなること、かつ、必要以上に小さくなることを防止することができる。つまり、駆動系の許容加速度が低い機械においては、駆動系に対して、機械的ダメージを与える可能性が少なくなる。また、制御対象にワーク等が保持されている場合、ワーク等がずれたり、保持部分から外れたりする可能性も低減される。従って、駆動系の許容加速度が低い機械又は制御対象にワーク等を保持している場合においても、最適な加速度で減速させることができ、駆動系に与えるダメージが従来より小さくなり、又は急減速によるワークのずれや外れの可能性が低減される。
In the following, referring to FIG. 2, the acceleration / deceleration
<
α = Fmax / Tcon
The acceleration [alpha] calculated in is output. The speed
<
v = V0−αt
Then, the speed v is calculated, and this speed v is supplied to the speed
また、図1では、位置指令演算器1からの位置指令Pcとサーボモータ10に取り付けられたモータ位置検出器13からのモータ位置検出値Pmとの偏差を減算器2が算出し、位置偏差演算器3が前記位置偏差に位置ループゲインKpを乗じて速度指令Vcを出力するセミクローズド・ループ制御での説明を行なったが、これは一例に過ぎない。この実施形態の方式は、この他にも、例えば、図3に示す通り、位置指令演算器1からの位置指令Pcと制御対象12の位置を直接出力するリニアスケール14からの制御対象位置Plとの偏差を減算器2が算出し、位置偏差演算器3が前記位置偏差に位置ループゲインKpを乗じて速度指令Vcを出力するフルクローズド・ループ制御に適用しても良い。
In FIG. 1, the
また、図1および図3では、ボールネジを介して駆動される直線軸での説明を行なったが、本実施形態の方式は、ギア/ベルト等を介して駆動される回転軸に適用しても良い。 Further, in FIGS. 1 and 3, the linear shaft driven through the ball screw has been described. However, the method of the present embodiment may be applied to a rotary shaft driven through a gear / belt or the like. good.
以上説明したように、本実施形態では、駆動系の許容加速度が低い機械や制御対象にワーク等を保持している場合においても、最適な加速度で減速させることができ、駆動系に与えるダメージを従来より小さくし、又は急減速によるワークのずれや外れの可能性を低減することができるモータ制御装置を提供できる。 As described above, in the present embodiment, even when a workpiece or the like is held on a machine or a control target having a low allowable acceleration of the drive system, it can be decelerated at an optimal acceleration, and damage to the drive system is reduced. It is possible to provide a motor control device that can be made smaller than conventional ones, or can reduce the possibility of workpiece displacement or detachment due to sudden deceleration.
1 位置指令演算器、2,4 減算器、3 位置偏差演算器、5 速度偏差演算部、6 速度偏差比例成分演算器、7 速度偏差積分成分演算器、8 加算器、9 インバータ、10 サーボモータ、11 ボールネジ、12 制御対象、13 モータ位置検出器、14 リニアスケール(制御対象位置検出器)、15 微分器、16 加減速データ保持部、17 加速度演算部、18 速度指令演算部、19 速度指令切替部、20 ダイナミックブレーキ抵抗回路切替部、21a,21b,21c ダイナミックブレーキ抵抗。 1 Position command calculator, 2, 4 subtractor, 3 Position deviation calculator, 5 Speed deviation calculator, 6 Speed deviation proportional component calculator, 7 Speed deviation integral component calculator, 8 Adder, 9 Inverter, 10 Servo motor , 11 Ball screw, 12 Control target, 13 Motor position detector, 14 Linear scale (control target position detector), 15 Differentiator, 16 Acceleration / deceleration data holding unit, 17 Acceleration calculation unit, 18 Speed command calculation unit, 19 Speed command Switching unit, 20 Dynamic brake resistance circuit switching unit, 21a, 21b, 21c Dynamic brake resistance.
Claims (1)
位置制御時の加減速時間と最大送り速度を保持する加減速データ保持部と、
前記加減速時間と前記最大送り速度に応じて、加速度を演算する加速度演算部と、
前記加速度と前記検出速度に応じて、速度指令を演算する速度指令演算部と、
を備え、停止条件が満足された場合に、前記位置制御により求められた速度指令に代えて、前記速度指令演算部が求めた速度指令を用いて前記速度制御を実行することを特徴とするモータ制御装置。 Servo motor is controlled by performing position control to calculate speed command by multiplying position deviation of position command and detection position by position loop gain, and speed control to calculate torque command based on speed command and detected speed In the motor control device that controls the position of the controlled object,
An acceleration / deceleration data holding unit that holds the acceleration / deceleration time and maximum feed speed during position control;
An acceleration calculator that calculates acceleration according to the acceleration / deceleration time and the maximum feed speed;
A speed command calculation unit that calculates a speed command according to the acceleration and the detected speed;
When the stop condition is satisfied, the speed control is executed using the speed command obtained by the speed command calculation unit instead of the speed command obtained by the position control. Control device.
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