JP2010148248A - 位置決め制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】モータ回転軸等の回転体の回転角度を検出するロータリーエンコーダ6と、エンコーダ6による角度検出値を、その軸ずれによる検出誤差に相当する補正量を用いて補正する位置補正器7と、位置補正器7から出力される補正後の角度検出値と位置指令とを比較して位置偏差を求める位置比較器1と、前記位置偏差をゼロとするように前記回転体の駆動源としてのモータ4を制御するフィードバック制御器2,モータ駆動装置3を備える。
【選択図】図1
Description
モータの回転軸Oから距離Rだけ離れた観測点Bで回転角度を検出すると、モータの回転軸が線分OBを基準(線分OBの延長軸を基準軸50とする)として角度θだけ回転した場合、エンコーダにより検出される角度は、線分ABが基準となるため角度θ’となる。この検出された角度θ’には誤差Δθ(=∠OBA)が含まれることとなり、このような角度検出値を用いてモータを制御すると、モータの回転に同期したトルクリプルや速度リプルを生じ、高性能な位置制御の妨げとなる。
なお、図3に示された他の参照符号については、後述する本発明の実施形態において説明する。
例えば、図4は、特許文献1に記載された速度制御装置(位置制御装置)に相当するブロック図を示している。この速度制御装置は、モータ駆動装置103によりモータ104を駆動してスピンドル等の負荷105の回転速度を制御するものであり、ロータリーエンコーダ等の位置検出器106と、位置比較器101と、メモリ107と、読み出し回路108と、減算器109と、フィードバック制御器102と、を備えている。
減算器109は、位置比較器101から出力された偏差から前記補正量を減算し、その出力をフィードバック制御器102に与える。フィードバック制御器102は、減算器109の出力をゼロとするような電流指令値を生成してモータ駆動装置103に与え、モータ駆動装置103はこの電流指令値に基づいてモータ104を駆動する。
このように構成することで、モータ104の一回転における位置偏差の変動が小さくなり、高精度な位置制御が実現可能となる。
図5において、110は速度補正器であり、ロータリーエンコーダ等の位置検出器106から出力される位置検出値に基づいて速度検出値を補正し、この補正後の速度検出値Ndetを出力する。そして、補正後の速度検出値Ndetを積分器111により位置補正値に変換し、位置比較器101により位置指令と位置補正値との偏差を算出する。
次に、乗算器115による乗算結果を補正量として加算器116に入力し、速度検出値Nd(θ)と加算することにより補正後の速度検出値Ndetを得る。
これにより、軸ずれの影響を除去してモータ104の速度を正確に検出することができ、より高精度な位置制御が可能になる。
特許文献2に記載された従来技術(図5,図6)は、位置検出値に基づいて軸ずれの影響を考慮した補正量を演算し、この補正量を用いて速度検出値を補正するものである。しかしながら、位置検出値を微分して速度に換算する必要があり、位置制御を考えた場合には演算が複雑になるという問題がある。
前記角度検出器は前記回転体に連結されたロータリーエンコーダであり、前記位置補正器は、前記ロータリーエンコーダの回転軸と中心軸との間の軸ずれによる検出誤差を推定する検出誤差推定手段と、この検出誤差推定手段により推定した検出誤差を前記補正量として前記角度検出値から減算する減算手段と、を備え、前記検出誤差推定手段は、前記ロータリーエンコーダの回転軸と中心軸との間の誤差距離と、前記ロータリーエンコーダの原点軸に対する前記軸ずれ方向の角度と、を用いて前記検出誤差を推定するものである。
また、本発明は、従来技術のようにメモリに記憶された補正量を用いて補正する方法ではないため、メモリ容量の削減も可能である。
図1は、本実施形態の構成を示すブロック図であり、位置比較器1、フィードバック制御器2、モータ駆動装置3及び位置補正器7を備えている。ここで、フィードバック制御器2及びモータ駆動装置3は、請求項における制御手段を構成している。
位置比較器1では、位置指令(角度指令)と補正後の角度検出値との偏差が演算され、その偏差がフィードバック制御器2に入力される。フィードバック制御器2は、前記偏差をゼロとするような電流指令をモータ駆動装置3に与え、モータ駆動装置3はこの電流指令に従ってモータ4を駆動する。
ここで、誤差距離r及び軸ずれ方向の角度δは、予め設定されているものとする。
図3において、モータ4の回転軸をOとし、この回転軸Oから誤差距離rだけ離れた位置にロータリーエンコーダ6の中心軸A0またはAがあるものとする。また、モータ4の回転軸Oから距離Rだけ離れた観測点Bで位置を検出するものとし、線分OBの延長軸を回転角度の基準軸50とする。
エンコーダ6の回転の原点としては、通常、一回転に1パルス出力されるZ相信号を用いるため、このZ相信号が存在する軸であってエンコーダ6の基準中心軸A0(モータ回転軸の初期角度がδである中心軸)と観測点Bとを結ぶ線分の延長軸をエンコーダ6の原点軸51とする。なお、前記初期角度δは、モータ4の回転軸Oとエンコーダ6の基準中心軸A0とを通るずれ軸52と、基準軸50との間の角度である。
よって、エンコーダ6の中心軸が位置A0から位置Aに至るまでの、エンコーダ6による回転角度検出値θdは、(θ’−δ’)となる。
そこで、モータ4の実際の回転角度θoとエンコーダ6による角度検出値θdとの関係は、数式2によって表すことができる。
つまり、数式2によれば、エンコーダ6による角度検出値θdから補正量Δθd(=Δθ−Δδ)を減じれば、モータ4の実際の回転角度θ0を求めることができる。ここで、Δθ,Δδはそれぞれ数式3,数式4で表すことができるので、補正量Δθd(=Δθ−Δδ)を用いて補正した位置検出値(数式2における回転角度θ0に相当)θdetは数式5のようになる。なお、数式3〜数式5において、軸ずれ率(r/R)及びエンコーダ6の初期角度δ’は、エンコーダ6の取り付け時に決定される定数である。
図2において、図1のロータリーエンコーダ6から出力される角度検出値θdと、メモリ76に予め記憶されているエンコーダ6の初期角度δ’とを加算器71により加算し、その結果をsin関数演算器72に入力してsin(θd+δ’)を演算する。次に、この演算結果と、メモリ76に予め記憶されている軸ずれ率(r/R)とを乗算器73により乗算し、その乗算結果から、メモリ76に予め記憶されているオフセット量としての初期軸ずれ誤差Δδ(=r/R・sin(δ’))を減算器74にて減算することにより、補正量Δθd(数式5における右辺第2項に相当)が推定値として演算される。
最後に、減算器75により角度検出値θdから補正量Δθdを減算することにより、補正後の角度検出値θdetが求められる。
また、この補正量Δθdは、数式5の右辺第2項から明らかな如く、エンコーダ6の一回転が一周期の正弦波状に分布する周期関数であり、この周期関数の位相、振幅及びオフセット量(初期軸ずれ誤差Δδ)は前記誤差距離rと角度δ’とにより決定される。
2 フィードバック制御器
3 モータ駆動装置
4 モータ
5 負荷
6 ロータリーエンコーダ
7 位置補正器
50 基準軸
51 エンコーダ原点軸
52,52’ ずれ軸
71 加算器
72 sin関数演算器
73 乗算器
74,75 減算器
76 メモリ
101 位置比較器
102 フィードバック制御器
103 モータ駆動装置
104 モータ
105 負荷
106 位置検出器
107 メモリ
108 読み出し回路
109 減算器
110 速度補正器
111 積分器
112 微分器
113 減算器
114 cos関数演算器
115 乗算器
116 加算器
Claims (3)
- 回転体の回転角度を検出する角度検出器と、
前記角度検出器から出力される角度検出値を、前記角度検出器による検出誤差に相当する補正量を用いて補正する位置補正器と、
前記位置補正器から出力される補正後の角度検出値と位置指令とを比較して位置偏差を求める位置比較器と、
前記位置偏差をゼロとするように前記回転体の駆動源を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする位置決め制御装置。 - 請求項1に記載した位置決め制御装置において、
前記角度検出器は前記回転体に連結されたロータリーエンコーダであり、
前記位置補正器は、前記ロータリーエンコーダの回転軸と中心軸との間の軸ずれによる検出誤差を推定する検出誤差推定手段と、この検出誤差推定手段により推定した検出誤差を前記補正量として前記角度検出値から減算する減算手段と、を備え、
前記検出誤差推定手段は、前記ロータリーエンコーダの回転軸と中心軸との間の誤差距離と、前記ロータリーエンコーダの原点軸に対する前記軸ずれ方向の角度と、を用いて前記検出誤差を推定することを特徴とする位置決め制御装置。 - 請求項2に記載した位置決め制御装置において、
前記検出誤差推定手段により推定される検出誤差は、前記ロータリーエンコーダの一回転につき一周期の正弦波状に分布する周期関数であり、この周期関数の位相、振幅及びオフセット量を前記誤差距離と前記軸ずれ方向の角度とにより決定することを特徴とする位置決め制御装置。
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