JP2010187464A - Device and method for selection of motor control unit, computer program implementing the method, and storage medium therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体製造装置や工作機械、産業用ロボット等に用いられて位置決め制御や、プレス機、加工機等に用いられて押し付け制御などをする電動機および制御器等からなる電動機制御装置の選定に関し、特に電動機制御装置や構成する機械部品の使用条件と、電動機制御装置の特性を備えた特性データベースと、から適した電動機制御装置を選定する電動機制御装置の選定装置、電動機制御装置の選定方法、該方法を実現するコンピュータプログラム、及びその記憶媒体に関する。 The present invention is a selection of an electric motor control device composed of an electric motor and a controller used for semiconductor manufacturing equipment, machine tools, industrial robots, etc. for positioning control, press machine, processing machine, etc. In particular, a motor control device selection device and a motor control device selection method for selecting a suitable motor control device from conditions of use of the motor control device and machine parts constituting the motor and a characteristic database having characteristics of the motor control device The present invention relates to a computer program for realizing the method and a storage medium thereof.
電動機制御装置は、半導体製造装置や工作機械、産業用ロボット等に用いられ、位置決めや押し付け、倣い軌跡制御など様々な用途で用いられる。また、電動機制御装置はそれらに対応できるように様々な機能を搭載して対応している。
電動機制御装置の選定は、負荷と動作パターンから、単に必要最低限の容量の電動機制御装置を選定しており、使用条件に応じた電動機制御装置の設定は使用する作業者に任されていた。このため、電動機制御装置の選定の工程とは別に、作業者が使用条件に合わせた設定を検討する必要があった。また、電動機制御装置の選定時に使用した条件が、電動機制御装置の使用条件となる項目があるが、作業者が代り使用条件として適切でない設定をされることもある。設定が最適でなければ、電動機制御装置に定めるパラメータが適切でなく、振動が発生する等の問題が出ることがある。つまり、電動機制御装置の設定を最適に行う事前検討の過程が、電動機制御装置の選定の過程と分断し、効率的にまた最適に行われておらず、2度手間になっていた。
The motor control device is used in semiconductor manufacturing devices, machine tools, industrial robots, and the like, and is used in various applications such as positioning, pressing, and tracing locus control. In addition, the motor control device is equipped with various functions so as to cope with them.
In selecting the motor control device, the motor control device having the minimum capacity is simply selected from the load and the operation pattern, and the setting of the motor control device according to the use conditions is left to the operator who uses the motor control device. For this reason, apart from the process of selecting the motor control device, it is necessary for the operator to consider the setting according to the use conditions. In addition, although there are items in which the conditions used at the time of selecting the motor control device become the usage conditions of the motor control device, the operator may make an inappropriate setting as the usage conditions instead. If the setting is not optimal, the parameters set for the motor control device are not appropriate, and problems such as vibration may occur. In other words, the preliminary examination process for optimally setting the motor control device is separated from the process for selecting the motor control device, and it has not been efficiently and optimally performed.
従来の電動機駆動装置の制御パラメータ設定方法及び設定支援装置の例を見てみると、知識と経験が豊富でないユーザでも安全かつ適切なパラメータ設定を行うことができる制御パラメータ設定方法及び設定支援装置を提供するために、推奨値を参照しながら複数の選択肢から回答を選んで設定を行うものがある。(例えば特許文献1参照) Looking at examples of control parameter setting methods and setting support devices of conventional motor drive devices, a control parameter setting method and setting support device that can perform safe and appropriate parameter setting even for users who do not have a wealth of knowledge and experience. In order to provide it, there are those that select and set an answer from a plurality of options while referring to recommended values. (For example, see Patent Document 1)
また、従来のモータ駆動制御装置で、モータ負荷機械の先端の動作を低コストで容易に確認することによって実際の制御パラメータを適正に調整することができ、また、その制御パラメータを最適化するために、モータ、モータ負荷機械の各々のシミュレーション用モデルを作成し、運転パターン等の制御パラメータを入力して機構部力学モデルをシミュレーション動作させ、機構部力学モデルの先端の速度及び位置の変化を計算するものもある。(例えば特許文献2参照) In addition, with the conventional motor drive control device, the actual control parameters can be properly adjusted by easily confirming the operation of the tip of the motor load machine at low cost, and also to optimize the control parameters Next, create a simulation model for each of the motor and motor load machine, input the operation parameters and other control parameters, run the mechanical part dynamic model, and calculate the speed and position changes at the tip of the mechanical part mechanical model. Some will do. (For example, see Patent Document 2)
また、従来のモータ容量選定方法で、顧客の所望する運転パターンに最適なモータ容量が選定でき、周辺情報が一度に入手できる方法を提供するために、要素を組合せ、機構要素にデータを入力して所望の運転パターンを設定するステップと、選定ソフトにあらかじめ保存されたデータベースからモータシリーズを選定し、選定ソフトを実行して判定結果を表示するステップとを備え、機構要素を組合せる際に、選定ソフトに標準装備した機構要素に加えて、顧客が独自に設計した新たな機構要素をダウンロードした選定ソフトに保存可能するものもある。(例えば、特許文献3参照) In addition, the conventional motor capacity selection method can select the optimum motor capacity for the operation pattern desired by the customer and provide a method in which peripheral information can be obtained at a time. The step of setting a desired operation pattern and the step of selecting a motor series from a database stored in advance in the selection software and executing the selection software to display the determination result. In addition to the mechanism elements that are standard equipment in the selection software, there are some that can store new mechanism elements designed by the customer in the downloaded selection software. (For example, see Patent Document 3)
従来の第1例である特許文献1の電動機駆動装置の制御パラメータ設定方法及び設定支援装置について説明する。
図23は、従来の第1例の電動機駆動装置の制御パラメータ設定支援装置の概略構成を示すブロック図である。図23において、パラメータ設定支援装置1010は、表示装置1011、キーボード1012、マウス1013、通信装置1014、処理装置1015、主メモリ1016、固定ディスク装置1017、及びリムーバブルディスク装置1018を備えている。
パラメータ設定支援装置1010(パラメータ設定支援ソフトウェア)は、電動機や電動機駆動装置に関する豊富な知識や経験を持ち合わせていないユーザ(操作者)が安全かつ適切なパラメータの設定を行うことができるように、制御パラメータの設定を支援する。図24は処理装置1015が行う処理の概略を示すフローチャートである。
用途選択ダイアログボックスが表示され(#1101)、ユーザが用途の選択を行う(#1102)。この後、電動機の種類や動作条件等に関する質問のダイアログボックスが表示される(#1103)。あらかじめ複数の選択肢が回答として用意されている場合は選択肢が表示され(#1105)、選択入力が行われる(#1106)。そうでない場合は、数値入力欄が表示され(#1107)、数値入力(#1108)が行われた後、入力された数値がどの領域に属するかが判断される(#1109)。ユーザの選択入力又は数値入力にしたがってテーブルが参照され、変更すべきパラメータとその推奨値が求められる(#1110)。すべての質問についての解答が完了するまで、ステップ#1103〜#1110の処理が繰り返される
以上のように、従来の第1例である電動機駆動装置の制御パラメータ設定方法及び設定支援装置によれば、知識と経験が豊富でないユーザであっても、電動機の用途や動作条件等に関する質問に回答していくだけで、変更すべき制御パラメータとその推奨値が自動的に求まるので、安全かつ適切なパラメータ設定を行うことができる。
A control parameter setting method and a setting support device for an electric motor drive device of
FIG. 23 is a block diagram showing a schematic configuration of a control parameter setting support device of the motor driving device of the first conventional example. 23, the parameter
The parameter setting support device 1010 (parameter setting support software) performs control so that a user (operator) who does not have a wealth of knowledge and experience about the motor or the motor drive device can perform safe and appropriate parameter setting. Support parameter setting. FIG. 24 is a flowchart showing an outline of processing performed by the
A use selection dialog box is displayed (# 1101), and the user selects a use (# 1102). Thereafter, a dialog box for questions regarding the type of motor and operating conditions is displayed (# 1103). When a plurality of options are prepared as answers in advance, the options are displayed (# 1105), and selection input is performed (# 1106). If not, a numerical value input field is displayed (# 1107), and after the numerical value is input (# 1108), it is determined to which area the input numerical value belongs (# 1109). The table is referred to according to the user's selection input or numerical input, and the parameter to be changed and its recommended value are obtained (# 1110). Until the answers to all the questions are completed, the processes of
次に従来の第2例である特許文献2のモータ駆動制御装置について説明する。
図25は従来の第2例のモータ駆動制御装置に用いられるローダの機能ブロック図である。図25に示すローダは、メインメニュー2501と、システム設定部2502と、試運転部2503と、パラメータ編集部2504と、モニタ/トレース部2505と、メカアナリシス部2506とに加え、メカモデル作成部2101と、運転パターン入力部2102と、駆動仕様入力部2103と、メカ動作解析部2104と、制御パラメータ入力部2105とを備えて構成されている。
このモータ駆動制御装置は、実際のモータ駆動装置、モータ、モータ負荷機械の各々のシミュレーション用モデルをソフトウェアによって作成すると共に、モータ負荷機械の機構部のモデルを作成し、駆動仕様を入力した後、モータ駆動装置モデルに制御パラメータを入力して機構部力学モデルをシミュレーション動作させ、機構部力学モデルの先端の速度及び位置の変化を計算する。
Next, a motor drive control device of
FIG. 25 is a functional block diagram of a loader used in the motor drive control device of the second conventional example. The loader shown in FIG. 25 includes a
This motor drive control device creates a simulation model for each of the actual motor drive device, motor, and motor load machine by software, creates a model of the mechanism part of the motor load machine, and inputs the drive specifications. A control parameter is input to the motor driving device model to cause the mechanical unit dynamic model to perform a simulation operation, and changes in the speed and position of the tip of the mechanical unit dynamic model are calculated.
従来の第3例である特許文献3のモータ容量選定方法について説明する。
図26は従来の第3例のモータ容量選定方法を示すフローチャートである。ステップ3001では選定ソフトダウンロード起動する。ステップ3002は機構要素の組み合わせデータ入力と運転パターン設定する。ステップ3003は、モータシリーズ選択・実行と、判定・結果表示と、内容詳細表示する。それ以降のステップは、処理選択により、オプション表示とCADデータ作成・保存に別れ、印刷・保存に至る。
ステップ3002では、顧客は機構要素を任意に組合せた機構ブロックを構成する。さらに、所望の運転パターンを設定する。
ステップ3003では、データベースの中から機能、性能、エンコーダ分解能などを考慮しながら選択する。判定結果の表示において、選定ソフトが算出した運転パターンにおける実効トルクまたは走行トルクの1つと、選定したシリーズの中から瞬時最大トルクを満足する全モータの定格トルクとをそれぞれ比較して、余裕度で表示(例えば、○=2倍以上、△=1〜1.5倍、×=1以下など)する。これにより、安全係数を考慮した選定が可能となる。
A motor capacity selection method of Patent Document 3 as a third conventional example will be described.
FIG. 26 is a flowchart showing a motor capacity selection method of a third conventional example. In step 3001, the selection software download starts. Step 3002 sets mechanism element combination data and sets an operation pattern. Step 3003 displays motor series selection / execution, determination / result display, and content details display. Subsequent steps are divided into option display and CAD data creation / storage depending on processing selection, and printing / storage is performed.
In step 3002, the customer configures a mechanism block with any combination of mechanism elements. Further, a desired operation pattern is set.
In step 3003, the database is selected in consideration of the function, performance, encoder resolution, and the like. In the judgment result display, one of the effective torque or running torque in the operation pattern calculated by the selection software is compared with the rated torque of all motors that satisfy the instantaneous maximum torque from the selected series. Display (for example, ◯ = 2 times or more, Δ = 1 to 1.5 times, x = 1 or less, etc.). Thereby, selection in consideration of the safety factor becomes possible.
従来の第1例である特許文献1の電動機駆動装置の制御パラメータ設定方法及び設定支援装置は、知識と経験が豊富でないユーザでも安全かつ適切なパラメータ設定を行うことができる制御パラメータ設定方法及び設定支援装置となっているが、電動機駆動装置の選定と、電動機駆動装置の制御パラメータ設定との連携が取れず、分断されていて、電動機駆動装置の選定時の検討項目を把握しないまま制御パラメータ設定を行うため、特に作業者が変わると、電動機駆動装置の選定時の意図が伝わらず、制御パラメータ設定時に再度同様の検討を行うこともある。つまり、電動機駆動装置の選定時に事前に検討できる項目が、後工程で独自に行われるため、効率的にまた最適に制御パラメータ設定が行われておらず、2度手間になる問題があった。
The control parameter setting method and setting support device of the electric motor drive device of
また、従来の第2例である特許文献2のモータ駆動制御装置は、モータ負荷機械の先端の動作を低コストで容易に確認することによって実際の制御パラメータを適正に調整することができ、また、その制御パラメータを最適化するようになっているが、電動機駆動装置の選定と、制御パラメータの調整が分断されており、従来の第1例と同様に、効率的にまた最適に制御パラメータの調整が行われておらず、2度手間になる問題があった。
In addition, the motor drive control device of
また、従来の第3例である特許文献3のモータ容量選定方法は、顧客の所望する運転パターンに最適なモータ容量が選定でき、周辺情報が一度に入手できる方法となっているが、電動機駆動装置と周辺機器の選定のみができる方法であり、電動機駆動装置の条件設定やパラメータの調整はできなかった。従来の第1例、第2例と同様に、電動機駆動装置の選定と、電動機駆動装置の条件設定が分断されており、効率的にまた最適に連携できておらず、2度手間になる問題があった。 In addition, the motor capacity selection method of Patent Document 3 which is a conventional third example is a method in which an optimal motor capacity can be selected for an operation pattern desired by a customer and peripheral information can be obtained at a time. This is a method that can only select the device and peripheral devices, and the condition setting and parameter adjustment of the motor drive device cannot be performed. As in the first and second examples, the selection of the motor drive device and the condition setting of the motor drive device are divided, and the problem is that the system cannot be efficiently and optimally linked and requires twice the trouble. was there.
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、利用者に負担を掛けずに電動機制御装置を選定できるようにすると共に、動作を模擬演算し、電動機制御装置の選定時に用いた条件に従って、利用用途に合致したパラメータ設定することができるようにして、電動機制御装置の選定とパラメータ調整が一括してできる電動機制御装置の選定装置および電動機制御装置の選定方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and enables selection of an electric motor control device without imposing a burden on the user, as well as simulation operation of the operation, which was used when selecting the electric motor control device. An object of the present invention is to provide a motor control device selection device and a motor control device selection method capable of collectively selecting a motor control device and adjusting parameters so that parameters can be set according to usage conditions according to conditions. And
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に記載の発明は、機械を駆動する電動機と、前記電動機または前記機械の動作量を検出する動作量検出部と、指令信号を発生する指令器と、指令信号に基づいて前記電動機を駆動する制御器と、を備え、前記指令信号と前記動作量が一致するようにフィードバックループを構成した電動機制御装置を、使用条件と、前記電動機制御装置の特性データベースと、から選定する電動機制御装置の選定装置であって、前記使用条件と前記電動機制御装置の特性データベースとから前記電動機制御装置の選定演算を行い、実際に使用する前記電動機制御装置を選定する選定演算部と、前記電動機制御装置の選定装置の操作を行う命令や前記電動機の使用条件を入力する入力部と、前記電動機制御装置の選定結果や前記選定装置の操作の応答結果を出力する出力部と、前記電動機の要素と機械要素を機構条件として入力する機構条件入力部と、を有する電動機制御装置の選定装置において、各要素のいずれかの運転パターンを前記使用条件として、少なくとも1つ設定する指令設定部と、前記機構条件と、前記使用条件と、前記電動機制御装置の数値演算モデルである電動機制御装置モデルと、を用いた前記電動機制御装置の動作を模擬演算する動作模擬演算部と、入力した値を基に、前記選定演算部で行う前記電動機制御装置の選定演算のための負荷値もしくは駆動力と、前記電動機制御装置を実際に稼動する際に前記制御器の負荷補償部に設定する負荷補償値とを算出する負荷補償演算部と、前記制御機もしくは前記指令機に設定するパラメータを出力する制御パラメータ出力部と、を備えたことを特徴とするものである。
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の電動機制御装置の選定装置において、前記機構条件として入力した前記電動機の要素や機械要素の関係と、前記使用条件として入力した各要素のいずれかの運転パターンと、を用いて機構の運動を解析し、前記電動機の要素に対する負荷値や、前記電動機が必要とする駆動力や、前記電動機もしくは負荷の要素の動作位置・速度・加速度を算出する機構解析演算部と、をさらに備えたことを特徴とするものである。
また、請求項3に記載の発明は、請求項1、2のいずれかに記載の電動機制御装置の選定装置において、前記制御パラメータ出力部から出力するパラメータは、前記制御機の比例−比例積分制御切り替えのモードスイッチであることを特徴とするものである。
また、請求項4に記載の発明は、請求項1、2のいずれかに記載の電動機制御装置の選定装置において、前記制御パラメータ出力部から出力するパラメータは、前記指令器に設定する補償駆動力であることを特徴とするものである。
また、請求項5に記載の発明は、請求項1、2のいずれかに記載の電動機制御装置の選定装置において、前記制御パラメータ出力部から出力するパラメータは、負荷補償値であることを特徴とするものである。
また、請求項6に記載の発明は、請求項2に記載の電動機制御装置の選定装置において、負荷変動のある機構を前記機構解析演算部で演算し、前記制御パラメータ出力部から出力するパラメータは、最小の負荷値を負荷補償値とすることを特徴とするものである。
また、請求項7に記載の発明は、請求項1、2のいずれかに記載の電動機制御装置の選定装置において、前記入力部は、前記電動機制御装置の利用用途に関連するパラメータを設定することを特徴とするものである。
In order to solve the above problem, the present invention is configured as follows.
According to the first aspect of the present invention, there is provided an electric motor that drives a machine, an operation amount detection unit that detects an operation amount of the electric motor or the machine, a command device that generates a command signal, and the motor based on the command signal. A motor controller, and a motor controller configured to select a motor controller configured in a feedback loop so that the command signal and the operation amount coincide with each other based on use conditions and a characteristic database of the motor controller A selection calculation unit that performs selection calculation of the motor control device from the use condition and a characteristic database of the motor control device, and selects the motor control device to be actually used, and the motor control device An input unit for inputting a command for operating the selection device and a use condition of the motor, a selection result of the motor control device, and a response result of the operation of the selection device. In an apparatus for selecting an electric motor control device having an output unit that outputs an output and a mechanism condition input unit that inputs an element of the electric motor and a mechanical element as a mechanism condition, the operation pattern of each element is used as the use condition, An operation for simulating the operation of the motor control device using at least one command setting unit, the mechanism condition, the use condition, and a motor control device model that is a numerical calculation model of the motor control device Based on the simulation calculation unit and the input value, the load value or driving force for the selection calculation of the motor control device performed by the selection calculation unit, and the controller of the controller when actually operating the motor control device A load compensation calculation unit for calculating a load compensation value to be set in the load compensation unit, and a control parameter output unit for outputting a parameter to be set in the controller or the command unit , It is characterized in that it comprises a.
Further, the invention according to
According to a third aspect of the present invention, in the motor control device selecting device according to any one of the first and second aspects, the parameter output from the control parameter output unit is proportional-proportional integral control of the controller. It is a switching mode switch.
According to a fourth aspect of the present invention, in the motor control device selecting device according to any one of the first and second aspects, the parameter output from the control parameter output unit is a compensation driving force set in the command device. It is characterized by being.
According to a fifth aspect of the present invention, in the motor control device selecting device according to any one of the first and second aspects, the parameter output from the control parameter output unit is a load compensation value. To do.
According to a sixth aspect of the present invention, in the motor control device selecting device according to the second aspect, a mechanism having a load variation is calculated by the mechanism analysis calculation unit, and a parameter output from the control parameter output unit is The minimum load value is used as a load compensation value.
According to a seventh aspect of the present invention, in the motor control device selection device according to any one of the first and second aspects, the input unit sets a parameter related to a use application of the motor control device. It is characterized by.
また、請求項8に記載の発明は、機械を駆動する電動機と、前記電動機または前記機械の動作量を検出する動作量検出部と、指令信号を発生する指令器と、指令信号に基づいて前記電動機を駆動する制御器と、を備え、前記指令信号と前記動作量が一致するようにフィードバックループを構成した電動機制御装置を、使用条件と、前記電動機制御装置の特性データベースと、から選定する電動機制御装置の選定方法において、前記電動機の要素や機械要素を機構条件として入力するステップと、各要素のいずれかの運転パターンを使用条件として、少なくとも1つ設定するステップと、前記機構条件と、前記使用条件と、前記電動機制御装置の数値演算モデルである電動機制御装置モデルと、を用いた前記電動機制御装置の動作を模擬演算するステップと、使用条件と前記電動機制御装置の特性データベースとから前記電動機制御装置の選定演算を行い、実際に使用する前記電動機制御装置を選定するステップと、入力した機構条件から前記電動機制御装置を実際に稼動する際に前記制御器の負荷補償部に設定する負荷補償値を算出するステップと、前記制御器または前記指令器のために設定するパラメータを出力するステップと、パラメータを出力するステップにおける出力を、前記電動機制御装置に設定するステップと、を備えたことを特徴とするものである。
また、請求項9に記載の発明は、請求項8に記載の電動機制御装置の選定方法において、前記機構条件として入力した前記電動機の要素や機械要素の関係と、前記使用条件として入力した各要素のいずれかの運転パターンと、を用いて機構の運動を解析し、前記電動機の要素に対する負荷値や、前記電動機が必要とする駆動力や、前記電動機もしくは負荷の要素の動作位置・速度・加速度を算出するステップと、をさらに備えたことを特徴とするものである。
また、請求項10に記載の発明は、請求項8、9のいずれかに記載の電動機制御装置の選定方法において、前記制御器または前記指令器のために設定するパラメータを出力するステップは、前記制御機の比例−比例積分制御切り替えのモードスイッチを出力することを特徴とするものである。
また、請求項11に記載の発明は、請求項8、9のいずれかに記載の電動機制御装置の選定方法において、前記制御器または前記指令器のために設定するパラメータを出力するステップは、前記指令器に設定する補償駆動力を出力することを特徴とするものである。
また、請求項12に記載の発明は、請求項8、9のいずれかに記載の電動機制御装置の選定方法において、前記制御器または前記指令器のために設定するパラメータを出力するステップは、負荷補償値を出力することを特徴とするものである。
また、請求項13に記載の発明は、請求項9に記載の電動機制御装置の選定方法において、負荷変動のある機構の運動を解析するステップの後の、前記制御器または前記指令器のために設定するパラメータを出力するステップは、最小の負荷値を出力することを特徴とするものである。
また、請求項14に記載の発明は、請求項8、9のいずれかに記載の電動機制御装置の選定方法において、前記電動機制御装置の利用用途に関連するパラメータを設定するステップをさらに備えたことを特徴とするものである。
また、請求項15に記載のコンピュータプロ不ラムの発明は、請求項8〜14いずれか1項に記載の電動機制御装置の選定方法を実現することを特徴とするものである。
また、請求項16に記載の記憶媒体は、請求項15のコンピュータプログラムを格納したことを特徴とするものである。
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided an electric motor that drives a machine, an operation amount detection unit that detects an operation amount of the electric motor or the machine, a command device that generates a command signal, and the command signal based on the command signal. A motor that drives the motor, and selects a motor control device that configures a feedback loop so that the command signal and the operation amount coincide with each other based on usage conditions and a characteristic database of the motor control device. In the control device selection method, the step of inputting the electric motor element or mechanical element as a mechanism condition, the step of setting at least one operation pattern of each element as a use condition, the mechanism condition, Simulates the operation of the motor control device using a use condition and a motor control device model that is a numerical calculation model of the motor control device. Selecting the motor control device from the step, use conditions and the characteristic database of the motor control device, selecting the motor control device to be actually used, and actually operating the motor control device from the input mechanism conditions. Output in a step of calculating a load compensation value to be set in the load compensator of the controller when operating, a step of outputting a parameter set for the controller or the commander, and a step of outputting the parameter Is set in the electric motor control device.
The invention according to claim 9 is the method of selecting a motor control device according to claim 8, wherein the relationship between the motor element and the mechanical element input as the mechanism condition and each element input as the use condition The movement of the mechanism is analyzed using any one of the driving patterns, and the load value for the element of the motor, the driving force required by the motor, the operating position / speed / acceleration of the element of the motor or load And a step of calculating.
The invention described in
The invention described in
The invention described in claim 12 is the method of selecting an electric motor control device according to any one of claims 8 and 9, wherein the step of outputting a parameter to be set for the controller or the commander is a load A compensation value is output.
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the method for selecting an electric motor control device according to the ninth aspect, for the controller or the commander after the step of analyzing the motion of the mechanism having a load variation. The step of outputting the parameter to be set is characterized by outputting a minimum load value.
The invention according to claim 14 further comprises the step of setting a parameter related to a use application of the motor control device in the method for selecting a motor control device according to any of claims 8 and 9. It is characterized by.
The invention of a computer program according to
A storage medium according to a sixteenth aspect stores the computer program according to the fifteenth aspect.
請求項1と請求項8に記載の発明によると、利用条件を入力することで電動機制御装置を選定することができ、選定時の利用条件に従い利用用途に合致した電動機制御装置のパラメータを事前に設定することができる。
また、電動機制御装置の選定時に予め動作を模擬演算することができ、選定時の利用条件に従い利用用途に合致した電動機制御装置のパラメータを確認することができ、電動機制御装置の選定とパラメータ調整が一括してできる。
また、請求項2と請求項9に記載の発明によると、電動機制御装置の選定時に、負荷変動がある機構のような複雑な制御対象についても、予め動作を模擬演算することができ、選定時の利用条件に従い利用用途に合致した電動機制御装置のパラメータを確認することができる。
また、請求項3と請求項10に記載の発明によると、電動機制御装置にパラメータの設定をしないと、想定外の動作をしてしまう条件で使用される場合にも、電動機制御装置の選定時に事前に使用条件を把握できるので、用途に応じた制御のパラメータが事前に把握し設定可能になる。パラメータの設定をしないと、電動機に外力が掛かることで振動を発生するような用途の場合に、選定時の利用条件に従い制御機の比例−比例積分制御切り替えを実機に利用できるように電動機制御装置の選定時に事前に設定することができる。
また、請求項4と請求項11に記載の発明によると、選定時の利用条件に従い、不足する駆動力を電動機制御装置の選定時に事前に把握し、検討できるので、指令器に設定する補償駆動力を実機に利用できるように事前に設定することができる。
また、請求項5と請求項12に記載の発明によると、実機の電動機制御装置のパラメータとして必要であり、電動機制御装置の選定時にも関連する情報が必要な負荷補償値を事前に計算し、これを継承して、負荷補償値を実機の電動機制御装置で利用できるように事前に設定することができる。
また、請求項6と請求項13に記載の発明によると、負荷変動のある機構でも、選定時の利用条件に従いながら、最大の負荷を用いて電動機制御装置の選定し、実機に利用するに最適な最小の負荷値を負荷補償値を事前に設定し、容量不足の無い電動機制御装置の選定と、発振の無い電動機制御装置のパラメータ設定をすることができる。
また、請求項7と請求項14に記載の発明によると、電動機制御装置の選定時の条件に用途を入力することができ、実機に利用できるように評価し、事前に設定することができる。
According to the first and eighth aspects of the present invention, the motor control device can be selected by inputting the use conditions, and the parameters of the motor control device that match the use application are determined in advance according to the use conditions at the time of selection. Can be set.
In addition, the operation can be simulated and calculated in advance when selecting the motor control device, the parameters of the motor control device matching the usage can be confirmed according to the usage conditions at the time of selection, and the selection and parameter adjustment of the motor control device can be performed. You can do it all at once.
Further, according to the invention described in
Further, according to the invention described in claim 3 and claim 10, even when the motor controller is used under conditions that cause an unexpected operation unless parameters are set in the motor controller, Since the use conditions can be grasped in advance, the control parameters corresponding to the application can be grasped and set in advance. If the parameter is not set, the motor controller can be used for the actual machine with proportional-proportional-integral control switching in accordance with the usage conditions at the time of selection when the motor generates vibration due to external force. It can be set in advance when selecting.
Further, according to the inventions according to
Further, according to the invention described in claim 5 and claim 12, a load compensation value that is necessary as a parameter of the actual motor control device and that requires information related to the selection of the motor control device is calculated in advance. Inheriting this, the load compensation value can be set in advance so that it can be used in the actual motor controller.
Further, according to the inventions of
Moreover, according to the invention of
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の第1実施例の電動機制御装置の選定装置の構成図である。図1において、10は選定演算部、11は入力部、12は出力部、13は機構条件入力部、14は指令設定部、15は負荷補償演算部、16は制御パラメータ出力部、17は動作模擬演算部、21は特性データベースとなっている。
ここで、特性データベース21には、電動機制御装置の特性のデータが格納されている。入力部11は電動機制御装置の選定装置の操作を行う命令や電動機の使用条件を入力する。機構条件入力部13は電動機の要素と機械の要素を入力する。指令設定部14は電動機と機械の要素のいずれかの運転パターンを使用条件として少なくとも1つ設定する。出力部12は電動機制御装置の選定結果や選定装置の操作の応答結果を出力する。制御パラメータ出力部16は制御器または指令器に設定するパラメータを出力する。選定演算部10は使用条件と特性データベース21から電動機制御装置の選定演算を行い、実際に使用する電動機、制御器等の電動機制御装置を選定する。負荷補償演算部15は入力した値を基に選定演算部10で行う電動機制御装置の選定演算のための負荷値もしくは駆動力と、電動機制御装置を実際に稼動する前に制御器の負荷補償部に設定する負荷補償値を算出する。動作模擬演算部17は機構条件と使用条件と電動機制御装置の数値演算モデルである電動機制御装置モデルとを用いた電動機制御装置の動作を模擬演算する。
本発明が従来技術と異なる部分は、指令設定部14と負荷補償演算部15と制御パラメータ出力部16と動作模擬演算部17を備えた部分である。
図2は本発明の第1実施例の電動機制御装置および電動機制御装置の選定装置の構成図である。図2において、1は電動機、2は動作量検出部、3は指令器、4は制御器、5は機械、6は電動機制御装置、19はパラメータ設定部、20は電動機制御装置の選定装置でコンピュータで実現される。ここで電動機制御装置6とは、電動機1、動作量検出部2、指令器3、制御器4、パラメータ設定部19の範囲をさす。
FIG. 1 is a configuration diagram of a motor control device selection device according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, 10 is a selection calculation unit, 11 is an input unit, 12 is an output unit, 13 is a mechanism condition input unit, 14 is a command setting unit, 15 is a load compensation calculation unit, 16 is a control parameter output unit, and 17 is an operation. The
Here, the
The present invention is different from the prior art in that it includes a
FIG. 2 is a configuration diagram of the motor control device and the motor control device selection device according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 2, 1 is an electric motor, 2 is an operation amount detection unit, 3 is a command device, 4 is a controller, 5 is a machine, 6 is an electric motor control device, 19 is a parameter setting unit, and 20 is a selection device for the electric motor control device. Realized by computer. Here, the motor control device 6 refers to the range of the
図3は本発明の第1実施例の電動機制御装置の選定方法を示すフローチャートである。図3において、STP01は電動機の要素や機械要素を機構条件として入力するステップ、STP02は電動機制御装置の利用用途に関連するパラメータを設定するステップ、STP03は各要素のいずれかの運転パターンを使用条件として、少なくとも1つ設定するステップ、STP04は電動機制御装置の動作を模擬演算するステップ、STP05は使用条件と電動機制御装置の特性データベースとから電動機制御装置の選定演算を行うステップ、STP06は入力した機構条件から電動機制御装置を実際に稼動する際に制御器の負荷補償部に設定する負荷補償値を算出するステップ、STP07は、制御器または指令器のために設定するパラメータを出力するステップ、STP08はSTP07で出力したパラメータを電動機制御装置に設定するステップとなっている。 FIG. 3 is a flowchart showing a method of selecting the motor control device according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 3, STP01 is a step of inputting an electric motor element or mechanical element as a mechanism condition, STP02 is a step of setting a parameter related to the use application of the electric motor control device, and STP03 is a usage condition of one of the operating patterns of each element. The step of setting at least one, STP04 is a step of simulating calculation of the operation of the motor control device, STP05 is a step of calculating calculation of the motor control device from the use condition and the characteristic database of the motor control device, and STP06 is the input mechanism A step of calculating a load compensation value to be set in the load compensator of the controller when the motor control device is actually operated from the conditions, STP07 is a step of outputting parameters to be set for the controller or commander, and STP08 is The parameter output in STP07 is the motor controller. And it has a step of setting.
次に、電動機制御装置と減速機とボールねじ等から構成される機構の一例で本発明の実施手順の詳細を説明する。
図4は第1実施例の機構構成図である。図4において、51はカップリング、52は減速器、53はボールねじとなっている。動作量検出部2を装備した電動機1がカップリング51を介してつながっている。また、ボールねじのテーブルには負荷が備えられ、さらに外力Fdが掛かる構成になっている。
本発明の実施手順は図3の処理となる。図3の処理を行うことで、使用条件を入力し、最大トルク、最大回転数、実効トルク、許容慣性モーメントを満たす電動機1と制御器4(図2)を選定する。加えて、実機の電動機制御装置の出荷時のパラメータでは異常動作となる事を予め把握し、改善できるパラメータを出力する。また、そのパラメータを実機の電動機制御装置に設定を行う。
Next, the implementation procedure of the present invention will be described in detail using an example of a mechanism including an electric motor control device, a reduction gear, a ball screw, and the like.
FIG. 4 is a diagram showing the structure of the first embodiment. In FIG. 4, 51 is a coupling, 52 is a speed reducer, and 53 is a ball screw. An
The implementation procedure of the present invention is the process of FIG. By performing the processing of FIG. 3, the operating conditions are input, and the
次に図3の各ステップの詳細を説明する。
STP01の電動機の要素や機械要素を機構条件として入力するステップでは、カップリング51、減速器52、ボールねじ53と外力Fdを機構条件として機構条件入力部13に入力する。
図5は電動機の要素や機械要素を機構条件として入力するステップおよび機構条件入力部への入力例を示す図である。図5において、100は電動機要素モデル、101はカップリング要素モデル、102は減速器要素モデル、103はボールねじ要素モデル、104は外力要素モデルとなっている。カップリング51、減速器52、ボールねじ53と外力Fdに対応するカップリング要素モデル101、減速器要素モデル102、ボールねじ要素モデル103、外力要素モデル104を機構条件入力部13にて、実機に合わせて構成する。
図6は機構条件入力部の任意の要素への入力例を示す図である。図6には、ボールねじ要素モデル103の詳細な諸元を入力する一例を示している。カップリング要素モデル101、減速器要素モデル102についても同様に詳細な諸元を入力する。外力要素モデル104も同様に諸元を入力できるが、本例では、運転パターンと同様に時間依存の条件となるので、その場合は後述する指令設定部14での入力となる。
Next, details of each step of FIG. 3 will be described.
In the step of inputting the motor elements and mechanical elements of STP01 as mechanism conditions, the
FIG. 5 is a diagram showing a step of inputting an electric motor element or a mechanical element as a mechanism condition and an example of input to a mechanism condition input unit. In FIG. 5, 100 is an electric motor element model, 101 is a coupling element model, 102 is a speed reducer element model, 103 is a ball screw element model, and 104 is an external force element model. The
FIG. 6 is a diagram illustrating an input example to an arbitrary element of the mechanism condition input unit. FIG. 6 shows an example of inputting detailed specifications of the ball
STP02の電動機制御装置の利用用途に関連するパラメータを設定するステップでは、電動機の要素や機械要素を機構条件として入力するステップSTP01にて判明した条件に従い、あるいは利用者が新規に、電動機制御装置の利用用途に関連するパラメータを入力部11に入力する。
図7は電動機制御装置の利用用途に関連するパラメータを設定するステップの入力部の一例を示す図である。図7においては、ステップSTP01で判明した外力が掛かる点に従い、制御器4の機能であるトルク制限について入力部11に図7のように入力する。トルク制限は機械保護などの目的により,出力トルクを制限する機能であり、制限方法の選択や関連するパラメータが制限方法に依存して存在する。
なお、本実施例では、ステップSTP01の後にステップSTP02を配置したが、ステップSTP03やステップSTP04の後にステップSTP02を配置しても良い。
また、ステップST01やステップST02の設定順番を入力部11により変更して操作しても良い。出力部12は、それぞれのステップで入力された結果の確認や各種入力項目を表示する。
In the step of setting the parameters related to the use application of the motor control device of STP02, in accordance with the conditions found in step STP01 in which the motor elements and machine elements are input as mechanism conditions, or the user newly A parameter related to the usage is input to the
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of an input unit in a step of setting parameters related to the usage application of the motor control device. In FIG. 7, the torque limit which is a function of the controller 4 is input to the
In this embodiment, step STP02 is arranged after step STP01. However, step STP02 may be arranged after step STP03 or step STP04.
Further, the setting order of step ST01 and step ST02 may be changed and operated by the
STP03の各要素のいずれかの運転パターンを使用条件として、少なくとも1つ設定するステップでは、時間依存の運転パターンを指令設定部14に入力する。
図8は指令設定部への入力例1を示す図、図9は指令設定部への入力例2を示す図である。指令設定部14には図8、図9のように複数の運転パターンを入力できる。図8、図9では電動機1の位置指令速度と外力Fdを入力している。図8では、電動機1の最高回転速度が図9より大きく、外力Fdが図9より小さい。また、図9では電動機1の最高回転速度が図8より小さく、外力Fdが図8より大きい。
電動機制御装置の選定には、一番負荷が掛かる指令を利用する。本例では利用者は図8、図9でどちらが一番負荷が掛かる指令かを使用者が判断せずに、複数の運転パターンを入力できる。
後のステップSTP05にて選定演算部10で一番負荷が掛かる指令で電動機制御装置を選定する。
なお、本実施例では電動機1の位置指令速度を入力したが、負荷側のボールねじ53のテーブルの位置指令速度を入力しても良いし、途中の構成要素である減速器の位置指令速度でも良い。また、位置指令速度では無く、位置指令でも良い。また、本実施例では外力Fdもボールねじ53のテーブルへの外力としたが、電動機1への外力を入力しても良い。
In the step of setting at least one operation pattern of each element of STP03 as a use condition, a time-dependent operation pattern is input to the command setting unit.
FIG. 8 is a diagram showing an input example 1 to the command setting unit, and FIG. 9 is a diagram showing an input example 2 to the command setting unit. A plurality of operation patterns can be input to the
For selecting the motor control device, the command that puts the most load is used. In this example, the user can input a plurality of operation patterns without the user determining which is the most loaded command in FIGS.
In the subsequent step STP05, the
In this embodiment, the position command speed of the
STP04の電動機制御装置の動作を模擬演算するステップでは、動作模擬演算部17が、ステップSTP01で入力した機構条件を基に、負荷の慣性モーメントを算出する。図6に示された負荷質量、テーブル質量、ボールねじの慣性モーメント、ボールねじの1回転あたりの並進移動量であるピッチや、図5に示された構成要素であるカップリングの慣性モーメント、減速器の減速比および慣性モーメントが機構条件として機構条件入力部13にて入力されているので、電動機1が駆動する負荷全体の慣性モーメントを算出する。つまり、回転型の電動機1に掛かるすべての負荷の慣性モーメントを算出する。
さらに、動作模擬演算部17が、ステップSTP03で入力した運転パターンを基に、負荷と電動機1の総慣性モーメントで動作するための最大トルク、最大回転数、実効トルクを算出する。つまり、総慣性モーメントを電動機1が運転パターン通りに動作させるための必要トルクを算出する。
動作模擬演算部17では、図8、図9に示した運転パターンの加速・減速領域の運転パターンの加速度と、電動機と負荷の総合的な慣性モーメントとの積を算出し、必要な最大トルクを得る。減速比やボールねじピッチなどの機構的な関係があれば、図8、図9に示した運転パターンが負荷側のものであっても、電動機の運転パターンを算出できるので、電動機の最大回転数を算出できる。
また、図6に図示していない摩擦や効率、重力などと外力や負荷質量、慣性モーメント等機構条件を使って一定速度の動作時に必要な定常トルクが算出できる。
さらに、最大トルクや定常トルクや停止持を含めた運転時全般を考慮して実効トルクを算出できる。
また、ステップSTP02で入力した条件を加えて、使用条件に従って動作模擬演算部17で模擬的に動作を算出する。本例では、外力Fdとトルク制限と、制御機4の比例−比例積分制御切り替えのモードスイッチが、トルクの振動を発生する可能性を検知する。
図10は制御機の比例−比例積分制御切り替えOFFのパラメータ設定を行った場合の電動機制御装置のトルク波形の一例を示す図、図11は制御器の比例−比例積分制御切り替えOFFのパラメータ設定を行わない場合の電動機制御装置のトルク波形の一例を示す図、図12は図10の拡大図、図13は図11の拡大図である。運転パターンとして与えた電動機1の位置指令速度およびボールねじ53のテーブルへの外力では、比例−比例積分制御切り替えOFFとすれば、図10、図12のようにトルクが振動しないが、比例−比例積分制御切り替えOFFとしなければ図11、図13のようにトルクが振動する。
In the step of simulating the operation of the motor control device of STP04, the operation
Further, the operation
The motion
Moreover, the steady torque required at the time of constant speed operation | movement can be calculated using friction, efficiency, gravity, etc. which are not illustrated in FIG. 6 and mechanism conditions, such as external force, load mass, and an inertia moment.
Further, the effective torque can be calculated in consideration of the entire operation including the maximum torque, the steady torque, and the stop hold.
In addition, the operation inputted by the step STP02 is added, and the operation
FIG. 10 is a diagram showing an example of the torque waveform of the motor control device when the parameter setting of proportional-proportional-integral control switching OFF of the controller is performed, and FIG. 11 shows the parameter setting of proportional-proportional-integral control switching OFF of the controller. FIG. 12 is an enlarged view of FIG. 10, and FIG. 13 is an enlarged view of FIG. 11. With the position command speed of the
なお、比例−比例積分制御切り替えのモードスイッチは、加減速時のオーバーシュートを抑えたい場合や、位置決め動作時のアンダーシュートを抑えて、整定時間を短縮したい場合、制御器4の内部の状態量が予め設定される検出点以下か未満かで、制御ループの処理を比例積分制御から比例制御に自動的に切り替える機能である。
図14は比例−比例積分制御切り替えの説明図である。ここでPは比例制御、PIは比例積分制御である。通常、比例積分制御を行うが、トルクが+Tcもしくは−Tc以上になった場合、比例制御に自動的に切り替える。切り替えは図14のようにトルクの値としても良いし、電動機速度の値でも良いし、電動機加速度の値でも良いし、位置偏差の値でも良いし、比例−比例積分制御切り替えを行わなくとも良い。
制御器4の出荷時の比例−比例積分制御切り替えのパラメータがトルクの値となっている場合、本実施例の条件では、図11、図13のように、振動を発生する。
このような場合を動作模擬演算部17が利用条件によって予め把握できるので、後のSTP07で制御パラメータ出力部からパラメータを出力できるようにする。
また、ステップSTP02をステップSTP04の後に配置しておき、比例−比例積分制御切り替えのパラメータをOFFするのを利用者に確認を取っても良い。
また、動作模擬演算部17は、使用条件である外力Fdとトルク制限と、制御器4の比例−比例積分切り替えのモードスイッチが、トルクの振動を発生する可能性の検知のみを行い、利用者に比例−比例積分制御切り替えのパラメータをOFFするのを促しても良い。あるいは、動作模擬演算部17にて制御器4の機能を模擬して算出し、比例−比例積分制御切り替えのパラメータをONのまま、機構条件と運転パターンから図11、図13のように模擬的に電動機の応答を算出して出力部12に表示し、振動の発生を確認し、利用者が比例−比例積分制御切り替えのパラメータOFF後に再度図10、図12の振動が発生しない模擬的な応答を確認するように利用しても良い。
The mode switch for proportional-proportional-integral control switching is used when the overshoot during acceleration / deceleration is desired, or when the settling time is desired to be shortened by reducing the undershoot during positioning operation. Is a function of automatically switching the processing of the control loop from proportional integral control to proportional control depending on whether or not is less than or equal to a preset detection point.
FIG. 14 is an explanatory diagram of proportional-proportional integral control switching. Here, P is proportional control, and PI is proportional-integral control. Normally, proportional-integral control is performed, but when the torque becomes + Tc or -Tc or more, the control is automatically switched to proportional control. The switching may be a torque value as shown in FIG. 14, a motor speed value, a motor acceleration value, a position deviation value, or no proportional-proportional integral control switching. .
When the parameter of the proportional-proportional-integral control switching at the time of shipment of the controller 4 is a torque value, vibration is generated as shown in FIGS. 11 and 13 under the conditions of this embodiment.
Since such a case can be grasped in advance by the operation
Further, step STP02 may be arranged after step STP04, and confirmation may be made with the user to turn off the proportional-proportional-integral control switching parameter.
Further, the operation
STP05の使用条件と電動機制御装置の特性データベースとから電動機制御装置の選定演算を行うステップでは、選定演算部10で、使用条件と特性データベース21から電動機制御装置の選定演算を行い、実際に使用する電動機1、制御器4等の電動機制御装置を選定する。ステップSTP03で複数の運転パターンを入力している場合、より大きな容量が必要な電動機制御装置を選定する。選定演算部10はこうした条件から電動機制御装置を選定する。具体的には、電動機制御装置が適正に動作する電動機1、制御器4の組み合わせを選定する。また、選定された電動機1、制御器4に対応する動作量検出部2や指令器3やこれらを繋ぐケーブル類を特性データベース21に含め、選定しても良い。
これらは出力部12より、適切な電動機1、電動機1に付随する動作量検出部2、電動機1に対応する制御器4等を出力する。図2の構成ではコンピュータのモニタやファイルとして出力して良い。
In the step of selecting the motor control device from the use condition of STP05 and the characteristic database of the motor control device, the
These output from the output unit 12 are an appropriate
STP06の入力した機構条件から電動機制御装置を実際に稼動する際に制御器の負荷補償部に設定する負荷補償値を算出するステップでは、負荷補償演算部15が、ステップSTP05で選定演算部10が算出した電動機1に対する負荷の慣性モーメントに対し、適切な負荷補償値を算出する。本実施例では、負荷変動が無いため、ステップSTP05で選定演算部10が算出した慣性モーメントが負荷補償値となる。
図15は制御機の構成図である。図15において、Kjは負荷補償値であり、Kcは速度ループゲインである。制御器4では、電動機1の制御対象である負荷機械の慣性モーメント分を、負荷補償値Kjが補償し、負荷機械を動かすために必要なトルクを出す。このための負荷補償値Kjを本実施例において適切に出力する。
In the step of calculating the load compensation value to be set in the load compensator of the controller when the motor control device is actually operated from the mechanism condition input in STP06, the
FIG. 15 is a block diagram of the controller. In FIG. 15, Kj is a load compensation value, and Kc is a speed loop gain. In the controller 4, the load compensation value Kj compensates for the moment of inertia of the load machine that is the control target of the
STP07の制御器または指令器のために設定するパラメータを出力するステップでは、これまでに算出した比例−比例積分制御切り替えのモードスイッチ、負荷補償値を出力部12より出力する。図2の構成ではコンピュータのモニタやファイルとして出力して良い。 In the step of outputting the parameters to be set for the controller or commander of STP07, the output unit 12 outputs the mode switch and load compensation value of the proportional-proportional-integral control switching calculated so far. In the configuration of FIG. 2, it may be output as a computer monitor or file.
STP08のパラメータを電動機制御装置に設定するステップは選定した電動機制御装置が実際に搭載された実機で実施する。
ステップSTP08では、ステップSTP07で出力された比例−比例積分制御切り替えのモードスイッチ、負荷補償値のパラメータを電動機制御装置に設定する。
電動機制御装置と選定装置は図2のように構成され、制御パラメータ出力部16(図1)を介して電動機制御装置にパラメータを設定する。
The step of setting the parameters of STP08 in the motor control device is carried out with an actual machine in which the selected motor control device is actually mounted.
In step STP08, the proportional-proportional-integral control switching mode switch and load compensation value parameters output in step STP07 are set in the motor controller.
The motor control device and the selection device are configured as shown in FIG. 2, and parameters are set in the motor control device via the control parameter output unit 16 (FIG. 1).
以上のように、本実施例によれば、電動機の要素や機械要素を機構条件として入力し、利用用途に関連するパラメータを設定し、複数の運転パターンを入力し、電動機制御装置の動作を模擬演算して当初のパラメータでは異常動作となる事を予め把握し、電動機制御装置の選定し、利用条件で適切な負荷補償値を出力し、電動機制御装置にパラメータを設定できる。 As described above, according to this embodiment, motor elements and machine elements are input as mechanism conditions, parameters related to usage are set, a plurality of operation patterns are input, and the operation of the motor control device is simulated. It is possible to grasp in advance that abnormal operation will occur with the initial parameters after calculation, select the motor control device, output an appropriate load compensation value under the usage conditions, and set the parameters in the motor control device.
次に本発明の第2実施例を説明する。
図16は本発明の第2実施例の電動機制御装置の選定装置の構成図である。図16において、18は機構解析演算部である。機構解析演算部18は、機構条件として入力した電動機の要素や機械要素の関係と、使用条件として入力した各要素のいずれかの運転パターンを用いて機構の運動を解析し、電動機の要素に対する負荷値や、電動機が必要とする駆動力や、電動機もしくは負荷の要素の動作位置・速度・加速度を算出するもので、指定した要素の運転パターンに連動した複数の機械部品の動作を解析する。解析した結果は動作模擬演算部17で使用される。電動機制御装置の選定装置のその他の構成は第1実施例と同様で、選定演算部10、入力部11、出力部12、機構条件入力部13、指令設定部14、負荷補償演算部15、制御パラメータ出力部16、動作模擬演算部17、特性データベース21から構成されている。
図17は本発明の第2実施例の電動機制御装置および電動機制御装置の選定装置の構成図である。図17において、2bは動作量検出部である。電動機制御装置および電動機制御装置の選定装置のその他の構成は第1実施例と同様で、電動機1、動作量検出部2、指令器3、制御器4、機械5、パラメータ設定部19、電動機制御装置の選定装置20から構成されている。
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 16 is a configuration diagram of a motor control device selection device according to a second embodiment of the present invention. In FIG. 16,
FIG. 17 is a configuration diagram of the motor control device and the motor control device selection device according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 17, 2b is an operation amount detector. Other configurations of the motor control device and the motor control device selection device are the same as those in the first embodiment, and the
図18は本発明の第2実施例の電動機制御装置の選定方法を示すフローチャートである。図18において、STP04Bは機構の運動を解析するステップである。STP04Bは機構解析演算部18で実行される。フローチャートのその他の部分は第1実施例と同様で、電動機の要素や機械要素を機構条件として入力するステップSTP01、電動機制御装置の利用用途に関連するパラメータを設定するステップSTP02、各要素のいずれかの運転パターンを使用条件として、少なくとも1つ設定するステップSTP03、電動機制御装置の動作を模擬演算するステップSTP04、使用条件と電動機制御装置の特性データベースとから電動機制御装置の選定演算を行うステップSTP05、入力した機構条件から電動機制御装置を実際に稼動する際に制御器の負荷補償部に設定する負荷補償値を算出するステップSTP06、制御器または指令器のために設定するパラメータを出力するステップSTP07、パラメータを電動機制御装置に設定するステップSTP08から構成されている。
FIG. 18 is a flowchart showing a method for selecting a motor control device according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 18, STP04B is a step of analyzing the motion of the mechanism. STP04B is executed by the mechanism
本発明の第2実施例が、本発明の第1実施例と異なる部分は、機構解析演算部18を備えた点、電動機1の制御対象の機械5が負荷変動する構成である点と、動作量検出部2bを追加した点、機構の運動を解析するステップSTP04Bを備えた点である。機械5の詳細は図19に示す。また、電動機制御装置に設定するステップSTP08で実施するパラメータの設定内容が本発明の第1実施例とは異なり、図17に示した電動機制御装置にて、動作量検出部2bから指令部2へのフィードバックや、指令部2から制御器3へのフィードフォワードを備えている点が異なる。
The second embodiment of the present invention is different from the first embodiment of the present invention in that the mechanism
本発明の実施手順は図18の処理となる。
ここでは、電動機制御装置とピストン・クランク機構の一例を示す。
図19は第2実施例の機構構成図である。図19には省略されている電動機1は、減速機52を介し、クランク54を回転させ、クランク54はコンロッド55とつながれ、コンロッド55の先にはピストン56が配置されている。また、図19には省略されているが、図17のようにピストン56の位置を検出する動作量検出部2bが備えられている。
電動機制御装置はピストン・クランク機構のピストンの位置決めを行う。
The implementation procedure of the present invention is the process of FIG.
Here, an example of an electric motor control device and a piston / crank mechanism is shown.
FIG. 19 is a diagram showing the structure of the second embodiment. The
The motor control device positions the piston of the piston / crank mechanism.
次に図18の各ステップの詳細を説明する。
電動機の要素や機械要素を機構条件として入力するステップSTP01や、電動機制御装置の利用用途に関連するパラメータを設定するステップSTP02や、各要素のいずれかの運転パターンを使用条件として、少なくとも1つ設定するステップSTP03は、第1の実施例と同様である。
ステップSTP01では、図5に示したように、機構条件として機構条件入力部13に減速器要素モデル102や、ピストン・クランク機構の要素モデルを設定する。
ステップSTP02では、位置決め用途に関連するパラメータを設定する。なければ省略して良い。また、ステップSTP02で指令部3からのフィードフォワードを行う設定を行い以降のステップでフィードフォワードの設定条件を算出するようにもできる。ピストン・クランク機構では負荷変動が生じるため外乱オブザーバを利用するスイッチを入れる設定をしても良い。
ステップSTP03では第1の実施例と同様に複数の運動パターンを入力しても良い。
Next, details of each step in FIG. 18 will be described.
At least one step STP01 for inputting a motor element or machine element as a mechanism condition, step STP02 for setting a parameter related to the use application of the motor control device, or an operation pattern of each element as a use condition Step STP03 to be performed is the same as that in the first embodiment.
In step STP01, as shown in FIG. 5, the speed
In step STP02, parameters related to the positioning application are set. If not, you can omit it. In addition, it is possible to perform the setting for performing feedforward from the command unit 3 in step STP02 and calculate the feedforward setting conditions in subsequent steps. Since a load fluctuation occurs in the piston / crank mechanism, a switch using a disturbance observer may be set to be turned on.
In step STP03, a plurality of motion patterns may be input as in the first embodiment.
STP04Bの機構の運動を解析するステップでは、図19のようなピストン・クランク機構やカム機構のように負荷変動が起こる機構の動作を機構解析演算部18が解析する。
機構解析演算部18は、機構条件として入力した電動機の要素や機械要素の関係と、使用条件として入力した各要素のいずれかの運転パターンを用いて機構の運動を解析し、電動機の要素に対する負荷値や、電動機が必要とする駆動力や、電動機もしくは負荷の要素の動作位置・速度・加速度を算出するもので、指定した要素の運転パターンに連動した複数の機械部品の動作を解析する。この例では、機構解析演算部18は、複数の質点や慣性モーメントが、与えられた運転パターンで各部がどのように動くかを解析する。
図20はピストン・クランク機構のクランク回転角度とピストン位置の関係を示す一例の図、図21はピストン・クランク機構のクランク回転角度と慣性モーメントの関係を示す一例の図、図22はピストン・クランク機構のクランク回転角度と一定速度時の負荷トルクの関係を示す一例の図である。
ピストン・クランク機構では、クランクの回転によりピストンが図20のように変動する。クランクは電動機1に減速比1/Rを介して回転する。
図21のように慣性モーメントはクランクの回転角度に依存して変動するため、図22のように、回転速度が一定の場合にもトルクが変動する。
以上のような特性は機構解析演算部18で算出され、出力部12で出力される。
本例のようなピストン・クランク機能では、ピストン56の質量、コンロッド55の質量および長さ、重心位置、重心位置周りの慣性モーメント、クランク54の回転半径、慣性モーメント、減速器52の減速比、慣性モーメントが機構条件として与えられ、運転パターンがあるので、機械部品の運動を解析して変動する総慣性モーメントを駆動するトルクや、運転パターンを与えていない側(電動機の運転パターンを入力した場合、ピストン56の位置や速度、加速度等)を機構解析部18で算出する。ピストン・クランク機構のような、電動機の駆動により負荷側の運動方向が複雑に変化するような機構であっても、電動機の位置によって変化する負荷側(ピストン)の位置や、電動機の軸に掛かる慣性モーメント等を機構解析部18で解析する。
なお、負荷変動が起こらない第1実施例のような機構の場合でも動作を解析し、確認しても良い。
機構解析部18で算出された結果は、図19のような機械要素モデルの動きを出力部12から出力できる。また、図20〜22のようなグラフを出力部12から出力しても良い。
In the step of analyzing the movement of the mechanism of STP04B, the mechanism
The mechanism
FIG. 20 is a view showing an example of the relationship between the crank rotation angle of the piston / crank mechanism and the piston position, FIG. 21 is a view showing an example of the relationship between the crank rotation angle of the piston / crank mechanism and the moment of inertia, and FIG. It is a figure of an example which shows the relationship between the crank rotation angle of a mechanism, and the load torque at the time of fixed speed.
In the piston / crank mechanism, the piston fluctuates as shown in FIG. 20 due to the rotation of the crank. The crank rotates to the
Since the moment of inertia varies depending on the rotation angle of the crank as shown in FIG. 21, the torque varies even when the rotational speed is constant as shown in FIG.
The above characteristics are calculated by the mechanism
In the piston / crank function as in this example, the mass of the
The operation may be analyzed and confirmed even in the case of a mechanism such as the first embodiment in which no load fluctuation occurs.
As a result calculated by the
STP04の電動機制御装置の動作を模擬演算するステップでは、前段のステップSTP04Bで得たピストン・クランク機構の特性を基に動作模擬演算部17が動作を模擬演算する。第1の実施例と同様に、動作模擬演算部17は、ステップSTP04Bで得た最大の負荷の慣性モーメントと、ステップSTP03で入力した運転パターンを基に、最大トルク、最大回転数、実効トルクを算出する。
前段のステップSTP04Bに立ち戻り、機構解析演算部18と動作模擬演算部17を連成して機構解析と動作を模擬演算しても良い。機械的な動作と制御器の機能が連成した模擬演算となり、実機に近い動作を模擬できる。
例えば、機構解析演算部18で得た負荷変動とピストン位置のタイミングを利用して、制御器4にトルクをフィードフォワードで付加した動作を模擬演算できる。
In the step of simulating the operation of the motor control device of STP04, the operation
Returning to step STP04B in the previous stage, the mechanism
For example, the operation of adding torque to the controller 4 by feedforward can be simulated using the load fluctuation and piston timing obtained by the mechanism
STP05の使用条件と電動機制御装置の特性データベースとから電動機制御装置の選定演算を行うステップでは、第1実施例と同様に、利用条件によって判明する電動機制御装置の容量を判定し、電動機制御装置の選定を行う。
本実施例では負荷変動を生じるピストン・クランク機構のため、最大となる負荷を考慮し、選定演算部10は特性データベース21の中から条件に見合う、電動機制御装置の選定を行う。
In the step of calculating the motor control device from the use conditions of STP05 and the characteristic database of the motor control device, the capacity of the motor control device determined by the use conditions is determined as in the first embodiment, and the motor control device Make a selection.
In this embodiment, the piston / crank mechanism that causes load fluctuations, the maximum load is taken into consideration, and the
STP06の入力した機構条件から電動機制御装置を実際に稼動する際に制御器の負荷補償部に設定する負荷補償値を算出するステップでは、機構解析演算部18が算出した最小の慣性モーメントを負荷補償値とする。選定演算部10は最大の慣性モーメントを考慮して電動機制御装置を選定した。ここで、最大の慣性モーメントを負荷補償値とすると、負荷変動する機構では制御器4の速度ループゲインKcを負荷補償値Kjが過度に補償し、フィードバックループを発振させる恐れがあるためである。
このように、ステップSTP06では、利用条件で適切な負荷補償値を出力する。
In the step of calculating the load compensation value to be set in the load compensator of the controller when the motor control device is actually operated from the mechanism condition input in STP06, the minimum inertia moment calculated by the mechanism
Thus, in step STP06, an appropriate load compensation value is output under the usage conditions.
STP07の制御器または指令器のために設定するパラメータを出力するステップでは、これまでに算出した最小の慣性モーメントから得た負荷補償値を出力部12より出力する。また、機構解析演算部18で得た負荷変動とピストン位置のタイミングと、制御器4へのトルク・フィードフォワードの設定を出力部12より出力する。また、ステップSTP02で外乱オブザーバの利用を設定していれば、これを出力部12より出力する。
第1実施例と同様に、出力部12からの出力はコンピュータのモニタ表示やファイルとして良い。
In the step of outputting the parameter set for the controller or commander of STP07, the output compensation unit 12 outputs the load compensation value obtained from the minimum inertia moment calculated so far. Also, the load fluctuation and piston position timing obtained by the mechanism
As in the first embodiment, the output from the output unit 12 may be a computer monitor display or a file.
STP08のパラメータを電動機制御装置に設定するステップでは、ステップSTP07で出力された負荷補償値を制御器4に設定する。電動機制御装置と選定装置は図17のような構成となっていて制御パラメータ出力部(図16)を介して電動機制御装置にパラメータを設定する。
また、制御器4に外乱オブザーバの利用を設定しても良い。さらに、指令部3には、制御器4へのトルク・フィードフォワードの設定を制御パラメータ出力部16を介して設定する。動作量検出部2bによるピストン位置を検出すれば、模擬的に行った動作と同様にフィードフォワードを利用できる。
このように、制御パラメータ出力部16は電動機制御装置にパラメータを設定する。
In the step of setting the parameters of STP08 in the motor controller, the load compensation value output in step STP07 is set in the controller 4. The motor control device and the selection device are configured as shown in FIG. 17, and parameters are set in the motor control device via the control parameter output unit (FIG. 16).
Further, use of a disturbance observer may be set in the controller 4. Further, the setting of torque / feed forward to the controller 4 is set in the command unit 3 via the control
Thus, the control
以上のように、本実施例によれば、電動機の要素や機械要素を機構条件として入力し、利用用途に関連するパラメータを設定し、運転パターンを入力し、負荷変動のあるピストン・クランク機構であっても、機構を解析し、動作を模擬演算して、機構に最適な制御方法を検討でき、電動機制御装置の選定し、利用条件で適切な最小の慣性モーメントを負荷補償値として出力し、電動機制御装置にパラメータを設定できる。
なお、本実施例ではピストン・クランク機構がピストンの位置決めをする用途としたが、ピストンでプレス等を行い外力が働く場合には、第1実施例と同様に、比例−比例積分制御切り替えのモードスイッチの事前検討などにも対応できる。
As described above, according to the present embodiment, the elements of the electric motor and the mechanical elements are input as the mechanism conditions, the parameters related to the use application are set, the operation pattern is input, and the piston / crank mechanism with the load variation is set. Even if there is, it can analyze the mechanism, simulate the operation, study the optimal control method for the mechanism, select the motor control device, output the minimum moment of inertia appropriate for the usage conditions as the load compensation value, Parameters can be set in the motor control device.
In this embodiment, the piston / crank mechanism is used for positioning the piston. However, in the case where an external force is applied by pressing the piston, the proportional-proportional-integral control switching mode is applied as in the first embodiment. It can also be used for prior examination of switches.
電動機制御装置を選定するために、機械要素も入力し、運転パターンに見合う電動機制御装置を評価することによって選定することができるので、電動機制御装置を用いた機械システムの設計という用途にも適用できる。
また、第1、第2実施例共に回転型の電動機について記載したが、電動機は並進型であっても良い。
In order to select a motor control device, it can also be selected by inputting machine elements and evaluating a motor control device suitable for the operation pattern, so it can be applied to the design of a mechanical system using the motor control device. .
In addition, although both the first and second embodiments have been described with respect to the rotary electric motor, the electric motor may be a translation type.
1 電動機
2 動作量検出部
3 指令器
4 制御器
5 機械
6 電動機制御装置
10 選定演算部
11 入力部
12 出力部
13 機構条件入力部
14 指令設定部
15 負荷補償演算部
16 制御パラメータ出力部
17 動作模擬演算部
18 機構解析演算部
19 パラメータ設定部
20 電動機制御装置の選定装置
21 特性データベース
51 カップリング
52 減速器
53 ボールねじ
54 クランク
55 コンロッド
56 ピストン
100 電動機要素モデル
101 カップリング要素モデル
102 減速器要素モデル
103 ボールねじ要素モデル
104 外力要素モデル
1010 パラメータ設定支援装置
1011 表示装置
1012 キーボード
1013 マウス
1014 通信装置
1015 処理装置
1016 主メモリ
1017 固定ディスク装置
1018 リムーバブルディスク装置
1020 通信ケーブル
1050 電動機駆動装置
2101 メカモデル作成部
2102 運転パターン入力部
2103 駆動仕様入力部
2104 メカ動作解析部
2105 制御パラメータ入力部
2501 メインメニュー
2502 システム設定部
2503 試運転部
2504 パラメータ編集部
2505 モニタ/トレース部
2506 メカアナリシス部
DESCRIPTION OF
1014
Claims (16)
前記使用条件と前記電動機制御装置の特性データベースとから前記電動機制御装置の選定演算を行い、実際に使用する前記電動機制御装置を選定する選定演算部と、
前記電動機制御装置の選定装置の操作を行う命令や前記電動機の使用条件を入力する入力部と、
前記電動機制御装置の選定結果や前記選定装置の操作の応答結果を出力する出力部と、
前記電動機の要素と機械要素を機構条件として入力する機構条件入力部と、を有する電動機制御装置の選定装置において、
各要素のいずれかの運転パターンを前記使用条件として、少なくとも1つ設定する指令設定部と、
前記機構条件と、前記使用条件と、前記電動機制御装置の数値演算モデルである電動機制御装置モデルと、を用いた前記電動機制御装置の動作を模擬演算する動作模擬演算部と、 入力した値を基に、前記選定演算部で行う前記電動機制御装置の選定演算のための負荷値もしくは駆動力と、前記電動機制御装置を実際に稼動する際に前記制御器の負荷補償部に設定する負荷補償値とを算出する負荷補償演算部と、
前記制御機または前記指令機に設定するパラメータを出力する制御パラメータ出力部と、
を備えたことを特徴とする電動機制御装置の選定装置。 An electric motor that drives a machine, an operation amount detection unit that detects an operation amount of the electric motor or the machine, a command device that generates a command signal, and a controller that drives the motor based on the command signal, A motor control device selecting device that selects a motor control device that configures a feedback loop so that the command signal and the operation amount coincide with each other from a use condition and a characteristic database of the motor control device,
A selection calculation unit that performs a selection calculation of the motor control device from the use condition and a characteristic database of the motor control device, and selects the motor control device to be actually used;
An input unit for inputting a command for operating the selection device of the motor control device and a use condition of the motor;
An output unit that outputs a selection result of the motor control device and a response result of operation of the selection device;
In the motor control device selection device having a mechanism condition input unit for inputting the motor element and the mechanical element as a mechanism condition,
A command setting unit that sets at least one operation pattern of each element as the use condition,
An operation simulation operation unit that simulates the operation of the motor control device using the mechanism condition, the use condition, and a motor control device model that is a numerical operation model of the motor control device; In addition, a load value or driving force for the selection calculation of the motor control device performed by the selection calculation unit, and a load compensation value set in the load compensation unit of the controller when the motor control device is actually operated, A load compensation calculation unit for calculating
A control parameter output unit for outputting a parameter to be set in the controller or the commander;
An apparatus for selecting an electric motor control device comprising:
前記電動機の要素や機械要素を機構条件として入力するステップと、
各要素のいずれかの運転パターンを使用条件として、少なくとも1つ設定するステップと、
前記機構条件と、前記使用条件と、前記電動機制御装置の数値演算モデルである電動機制御装置モデルと、を用いた前記電動機制御装置の動作を模擬演算するステップと、
使用条件と前記電動機制御装置の特性データベースとから前記電動機制御装置の選定演算を行い、実際に使用する前記電動機制御装置を選定するステップと、
入力した機構条件から前記電動機制御装置を実際に稼動する際に前記制御器の負荷補償部に設定する負荷補償値を算出するステップと、
前記制御器または前記指令器のために設定するパラメータを出力するステップと、
パラメータを出力するステップにおける出力を、前記電動機制御装置に設定するステップと、
を備えたことを特徴とする電動機制御装置の選定方法。 An electric motor that drives a machine, an operation amount detection unit that detects an operation amount of the electric motor or the machine, a command device that generates a command signal, and a controller that drives the motor based on the command signal, In the method for selecting the motor control device, the motor control device configured as a feedback loop so that the operation amount matches the command signal is selected from the use conditions and the characteristic database of the motor control device.
Inputting an element of the electric motor or a mechanical element as a mechanism condition;
Setting at least one of the operation patterns of each element as a use condition;
Simulating the operation of the motor control device using the mechanism condition, the use condition, and a motor control device model that is a numerical calculation model of the motor control device;
Performing a selection calculation of the motor control device from a use condition and a characteristic database of the motor control device, and selecting the motor control device to be actually used;
Calculating a load compensation value to be set in a load compensator of the controller when actually operating the motor control device from the input mechanism condition;
Outputting parameters to be set for the controller or the commander;
Setting an output in the step of outputting a parameter to the motor control device;
A method for selecting an electric motor control device.
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