JP2012191675A - モータ制御装置及びモータ制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】一定期間、予め設定されたトルクを出力させて、モータを目標停止位置に停止させることができるモータ制御装置及びモータ制御方法を提供する。
【解決手段】モータ制御装置10は、トルク指令に基づいて、モータMを駆動する電流を出力する電力変換部12と、モータMの速度指令とモータMのモータ速度との偏差に基づいて、トルク指令を生成する速度制御部14と、モータMの速度制御中に、モータMのモータ位置を検出する位置検出器PGの1回転当たりの基準位置を最初に検出した後、モータMを位置制御する定位置停止制御部20とを備える。
【選択図】図1
【解決手段】モータ制御装置10は、トルク指令に基づいて、モータMを駆動する電流を出力する電力変換部12と、モータMの速度指令とモータMのモータ速度との偏差に基づいて、トルク指令を生成する速度制御部14と、モータMの速度制御中に、モータMのモータ位置を検出する位置検出器PGの1回転当たりの基準位置を最初に検出した後、モータMを位置制御する定位置停止制御部20とを備える。
【選択図】図1
Description
本発明は、モータ制御装置及びモータ制御方法に関する。
特許文献1には、定位置停止制御を行うための定位置停止制御装置が記載されている。この定位置停止制御装置は、入力された速度指令に応じて現在速度をフィードバック制御する速度制御部と、目標位置と現在位置間の位置偏差の平方根に比例した定位置停止速度指令を出力する定位置停止速度指令演算部と、現在速度と現在位置とに応じて出力を予め設定されている定位置停止開始速度指令又は定位置停止速度指令演算部から入力された指令に切り換える定位置停止速度指令切り換え部と、速度制御時には外部からの速度指令を速度制御部に与え、定位置停止制御時には定位置停止速度指令切り換え部の出力を速度指令として速度制御部に与える速度指令切り換え手段とを備えている。
前述の定位置停止制御装置においては、位置偏差の平方根に比例した定位置停止速度指令を発生する定位置停止速度指令演算部を使用することにより、簡単な処理又は構成で、定位置停止制御装置の能力範囲内の加速度による等加速度運動、即ち、一定のトルクで定位置停止制御を行うことができる。ここで、このトルクは、ユーザが任意に設定するトルクとは異なる。
本発明は、一定期間、予め設定されたトルクを出力させて、モータを目標停止位置に停止させることができるモータ制御装置及びモータ制御方法を提供することを目的とする。
本発明は、一定期間、予め設定されたトルクを出力させて、モータを目標停止位置に停止させることができるモータ制御装置及びモータ制御方法を提供することを目的とする。
前記目的に沿う第1の発明に係るモータ制御装置は、トルク指令に基づいて、モータを駆動する電流を出力する電力変換部と、
前記モータの速度指令と該モータのモータ速度との偏差に基づいて、前記トルク指令を生成する速度制御部と、
前記モータの速度制御中に、前記モータのモータ位置を検出する位置検出器の1回転当たりの基準位置を最初に検出した後、予め設定されたトルクTを出力させるために加速度指令を算出し、該加速度指令に基づいて前記トルク指令に加算されるトルクフィードフォワード指令を生成すると共に、前記加速度指令に基づいて最初に検出した前記基準位置から前記モータの目標停止位置までの位置指令を生成し、該位置指令と前記モータ位置との偏差に基づいて前記速度指令を生成し、前記モータを位置制御する定位置停止制御部とを備える。
前記モータの速度指令と該モータのモータ速度との偏差に基づいて、前記トルク指令を生成する速度制御部と、
前記モータの速度制御中に、前記モータのモータ位置を検出する位置検出器の1回転当たりの基準位置を最初に検出した後、予め設定されたトルクTを出力させるために加速度指令を算出し、該加速度指令に基づいて前記トルク指令に加算されるトルクフィードフォワード指令を生成すると共に、前記加速度指令に基づいて最初に検出した前記基準位置から前記モータの目標停止位置までの位置指令を生成し、該位置指令と前記モータ位置との偏差に基づいて前記速度指令を生成し、前記モータを位置制御する定位置停止制御部とを備える。
第1の発明に係るモータ制御装置において、前記速度制御部における速度指令が、少なくとも第1〜第3の速度指令のうちいずれか1つの速度指令であって、前記第1の速度指令は前記定位置停止制御部が生成する速度指令、前記第2の速度指令は上位制御装置からの速度指令、前記第3の速度指令は予め決定された速度指令であり、
前記速度制御部が前記第2の速度指令に従って前記モータを速度制御している状態にて前記目標停止位置への停止開始指令が入力された後、前記第2の速度指令に代えて前記第3の速度指令に従って前記モータを速度制御し、
前記基準位置を最初に検出した後、前記定位置停止制御部が前記第1の速度指令及び前記トルクフィードフォワード指令を用いて前記モータを位置制御することができる。
前記速度制御部が前記第2の速度指令に従って前記モータを速度制御している状態にて前記目標停止位置への停止開始指令が入力された後、前記第2の速度指令に代えて前記第3の速度指令に従って前記モータを速度制御し、
前記基準位置を最初に検出した後、前記定位置停止制御部が前記第1の速度指令及び前記トルクフィードフォワード指令を用いて前記モータを位置制御することができる。
第1の発明に係るモータ制御装置において、前記予め決定された速度指令は、前記基準位置を検出することが可能な速度指令とすることができる。
第1の発明に係るモータ制御装置において、前記予め決定された速度指令は、前記基準位置を検出することが可能な実質的な最大速度指令であり、
前記トルクTは、前記モータの実質的な最大トルクであるのが好ましい。
前記トルクTは、前記モータの実質的な最大トルクであるのが好ましい。
第1の発明に係るモータ制御装置において、前記定位置停止制御部は、前記トルクT及び前記モータの慣性モーメントを含む制御対象の慣性モーメントに基づいて前記加速度指令を算出し、該加速度指令に基づいて、前記トルクフィードフォワード指令を生成することができる。
第1の発明に係るモータ制御装置において、前記定位置停止制御部は、前記加速度指令を2階積分して前記位置指令を生成することができる。
第1の発明に係るモータ制御装置において、前記基準位置を最初に検出するタイミングTm1から前記モータが前記目標停止位置に停止するタイミングTm3までの期間が、前記タイミングTm1から前記モータが前記トルクTを出力するタイミングTm2までの第1の期間と、該タイミングTm2からから前記タイミングTm3までの第2の期間とからなり、
前記定位置停止制御部は、前記第1の期間の長さを、前記目標停止位置、前記第3の速度指令、及び前記トルクTに基づいて算出し、
前記第2の期間の長さを、前記慣性モーメント、前記第3の速度指令、及び前記トルクTに基づいて算出することができる。
前記定位置停止制御部は、前記第1の期間の長さを、前記目標停止位置、前記第3の速度指令、及び前記トルクTに基づいて算出し、
前記第2の期間の長さを、前記慣性モーメント、前記第3の速度指令、及び前記トルクTに基づいて算出することができる。
第1の発明に係るモータ制御装置において、前記慣性モーメントを同定する慣性モーメント同定部を更に備えてもよい。
第1の発明に係るモータ制御装置において、前記定位置停止制御部は、前記加速度指令を1階積分して速度フィードフォワード指令を生成し、
前記定位置停止制御部によって生成された前記速度フィードフォワード指令が少なくとも前記速度指令に加算されてもよい。
前記定位置停止制御部によって生成された前記速度フィードフォワード指令が少なくとも前記速度指令に加算されてもよい。
前記目的に沿う第2の発明に係るモータ制御方法は、モータを停止するための停止開始指令が入力されると、前記モータのモータ速度が該モータの位置を検出する位置検出器の基準位置を検出することが可能な検出可能速度となるように、前記モータを速度制御する第1のステップと、
前記検出可能速度と前記モータ速度との偏差が予め決められた値よりも小さくなった後、最初に前記基準位置を検出すると、前記モータが予め設定された目標停止位置にて停止するように、前記モータを位置制御する第2のステップとを含み、
前記第2のステップでは、一定期間、前記モータに予め設定されたトルクを出力させる。
前記検出可能速度と前記モータ速度との偏差が予め決められた値よりも小さくなった後、最初に前記基準位置を検出すると、前記モータが予め設定された目標停止位置にて停止するように、前記モータを位置制御する第2のステップとを含み、
前記第2のステップでは、一定期間、前記モータに予め設定されたトルクを出力させる。
本発明に係るモータ制御装置及びモータ制御方法によれば、一定期間、予め設定されたトルクを出力させて、モータを目標停止位置に停止させることが可能である。
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。なお、各図において、説明に関連しない部分は図示を省略する場合がある。
図1に示すように、本発明の一実施の形態に係るモータ制御装置10は、電力変換部12、速度制御部14、定位置停止制御部20、及び慣性モーメント同定部22を備え、位置検出器PGが取り付けられたモータMを制御することができる。このモータM及び位置検出器PGは、例えば、サーボモータであり、工作機の主軸を駆動するために用いられる。
電力変換部12は、トルク指令Trefに基づいて、モータMを駆動する電流を出力することができる。
速度制御部14は、モータの速度指令Vref、モータMの位置(モータ位置)Pfb、並びに定位置停止制御部20が生成した速度フィードフォワード指令Vff及びトルクフィードフォワード指令Tffに基づいて、トルク指令Trefを生成することができる。
詳細には、速度制御部14は、図2に示すように、速度指令Vrefとモータ位置(位置フィードバック)Pfbを微分したモータMの速度(モータ速度)Vfbとの偏差に速度フィードフォワード指令Vffを加算した値Evを求める。速度制御部14は、求めた値Evを積分時定数Tiの積分器30を用いて積分し、速度Vaを求める。速度制御部14は、速度Vaとモータ速度(速度フィードバック)Vfbとの偏差に速度フィードフォワード指令Vffを加算した値Evaを求め、求めた値Evaに速度ループゲインKvを乗じ、ローパスフィルタ32を用いて高周波成分を除去する。更に、速度制御部14は、ローパスフィルタ32の出力にトルクフィードフォワード指令Tffを加算したトルクTaに対し、トルクリミッタ34を用いてリミットをかけ、トルク指令Trefを生成する。
詳細には、速度制御部14は、図2に示すように、速度指令Vrefとモータ位置(位置フィードバック)Pfbを微分したモータMの速度(モータ速度)Vfbとの偏差に速度フィードフォワード指令Vffを加算した値Evを求める。速度制御部14は、求めた値Evを積分時定数Tiの積分器30を用いて積分し、速度Vaを求める。速度制御部14は、速度Vaとモータ速度(速度フィードバック)Vfbとの偏差に速度フィードフォワード指令Vffを加算した値Evaを求め、求めた値Evaに速度ループゲインKvを乗じ、ローパスフィルタ32を用いて高周波成分を除去する。更に、速度制御部14は、ローパスフィルタ32の出力にトルクフィードフォワード指令Tffを加算したトルクTaに対し、トルクリミッタ34を用いてリミットをかけ、トルク指令Trefを生成する。
定位置停止制御部20は、1)それぞれユーザによって予め設定された、トルクT及び目標停止位置Pos、並びに位置検出器PGの1回転当たりの基準位置(C相信号Dc)を検出することが可能な速度指令Vc、2)モータMのロータの慣性モーメントを含む制御対象の慣性モーメントJ、3)モータ速度Vfb、4)モータ位置Pfb、及び5)C相信号Dcに基づいて、1)速度指令P−Vref、2)トルクフィードフォワード指令Tff、及び3)速度フィードフォワード指令Vffを生成することができる。
トルクT及び目標停止位置Posは、記憶部40aに記憶され、速度指令Vcは、記憶部40bに記憶されている。
トルクT及び目標停止位置Posは、記憶部40aに記憶され、速度指令Vcは、記憶部40bに記憶されている。
なお、ユーザが設定するトルクTは、モータMの最大トルクTmaxとすることができる。ただし、ここに言う「最大トルクTmax」とは、厳密な意味での最大トルクではない。即ち、「最大トルク」とは、誤差が許容され、「実質的な最大トルク」という意味である(以下、同様)。また、速度指令Vcは、C相信号Dcを検出することが可能な最大速度とすることができる。ただし、ここに言う「最大速度」とは、厳密な意味での最大速度ではない。即ち、「最大速度」とは、誤差が許容され、「実質的な最大速度」という意味である(以下、同様)。
詳細には、定位置停止制御部20は、図2に示すように、C相信号Dcが入力されるとモータ速度Vfbに基づいて加速度指令Arefを算出する加速度指令算出部42を有している。定位置停止制御部20は、加速度指令算出部42が算出した加速度指令Arefに慣性モーメントJを乗じてトルクフィードフォワード指令Tffを生成する。また、定位置停止制御部20は、加速度指令Arefを積分して速度フィードフォワード指令Vffを生成する。更に、定位置停止制御部20は、生成した速度フィードフォワード指令Vffを積分して位置指令Prefを生成し、位置指令Prefとモータ位置Pfbとの偏差に位置ループゲインKpを乗じて、速度指令P−Vrefを生成する。
慣性モーメント同定部22は、前述のモータMのロータの慣性モーメントを含む制御対象の慣性モーメントJを同定することができる。慣性モーメント同定部22は、停止開始信号(停止開始指令)DIsが入力されると、例えば、次式で示すように、トルク指令Tref及びモータ速度Vfbに基づいて、慣性モーメントJを同定することができる。
J = Tref/(s・Vfb) ・・・式(1)
ただし、sはラプラス演算子である。
ただし、sはラプラス演算子である。
なお、慣性モーメントJが予め分かっている場合には、慣性モーメント同定部22を設けなくてもよい。
モータ制御装置10は、図1に示すように、更に、切替器46a及び接続器46bを備えている。
切替器46aは、速度制御部14に入力される速度指令Vrefを、少なくとも、1)定位置停止制御部20が生成する速度指令P−Vref、2)図示しない上位制御装置(例えば、プログラマブルロジックコントローラ)からの速度指令E−Vref、及び3)位置検出器PGの1回転当たりの基準位置(C相信号Dc)を検出することが可能な速度指令Vcのうち、何れか1つを速度指令Vrefに切替えることができる。ここで、速度指令P−Vrefは、第1の速度指令の一例である。速度指令E−Vrefは、第2の速度指令の一例である。速度指令Vcは、第3の速度指令の一例である。
切替器46aは、停止開始信号DIsが入力された場合には、図1に示す接点を接点aから接点bへと切り替えることにより、速度指令Vrefを、速度指令E−Vrefから速度指令Vcへと切り替えることができる。更に、切替器46aは、C相信号Dcが入力された場合には、同図1に示す接点を接点bから接点cへと切り替えることにより、速度指令Vrefを、速度指令Vcから速度指令P−Vrefへと切り替えることができる。
切替器46aは、速度制御部14に入力される速度指令Vrefを、少なくとも、1)定位置停止制御部20が生成する速度指令P−Vref、2)図示しない上位制御装置(例えば、プログラマブルロジックコントローラ)からの速度指令E−Vref、及び3)位置検出器PGの1回転当たりの基準位置(C相信号Dc)を検出することが可能な速度指令Vcのうち、何れか1つを速度指令Vrefに切替えることができる。ここで、速度指令P−Vrefは、第1の速度指令の一例である。速度指令E−Vrefは、第2の速度指令の一例である。速度指令Vcは、第3の速度指令の一例である。
切替器46aは、停止開始信号DIsが入力された場合には、図1に示す接点を接点aから接点bへと切り替えることにより、速度指令Vrefを、速度指令E−Vrefから速度指令Vcへと切り替えることができる。更に、切替器46aは、C相信号Dcが入力された場合には、同図1に示す接点を接点bから接点cへと切り替えることにより、速度指令Vrefを、速度指令Vcから速度指令P−Vrefへと切り替えることができる。
接続器46bは、C相信号Dcが入力された場合に、接点d及び接点fをそれぞれ接点e及び接点gに接続し、定位置停止制御部20が生成したトルクフィードフォワード指令Tff及び速度フィードフォワード指令Vffを速度制御部14に入力することができる。
次に、モータ制御装置10の動作(モータ制御方法)について説明する。なお、下記動作は、モータ制御装置10に搭載されたCPU(不図示)が実行するソフトウェアにより実現される。
まず、図3に示すように、モータMが速度制御され、上位制御装置からの速度指令E−Vrefに追従するように動作している状態において、停止開始信号DIsが入力された場合の期間ta〜tdにおけるモータ制御装置10の動作についてそれぞれ説明する。
まず、図3に示すように、モータMが速度制御され、上位制御装置からの速度指令E−Vrefに追従するように動作している状態において、停止開始信号DIsが入力された場合の期間ta〜tdにおけるモータ制御装置10の動作についてそれぞれ説明する。
(期間ta)
期間taは、停止開始信号DIsが入力されてから、モータ速度Vfbが位置検出器PGの1回転当たりの基準位置(C相信号Dc)を検出することが可能な速度指令Vc(例えば、C相信号Dcを検出することが可能な最大速度)に一致するまでの期間である。ここで、モータ速度Vfbが速度指令Vcに一致するとは、厳密な一致を意味するものではなく、実質的に一致するという意味である(以下同様)。具体的には、モータ速度Vfbが予め決められた偏差内に収まればよい。この偏差は、例えば、速度指令Vcの±5%である。
停止開始信号DIsが入力されると、切替器46aは、速度制御部14の速度指令Vrefを、速度指令E−Vrefから速度指令Vcへと(図1に示す接点aから接点bへと)切り替える。その結果、モータMは、減速を開始する。
一方で、慣性モーメント同定部22は、慣性モーメントJの同定演算を開始し、期間taの間に、慣性モーメントJを同定する。
期間taは、停止開始信号DIsが入力されてから、モータ速度Vfbが位置検出器PGの1回転当たりの基準位置(C相信号Dc)を検出することが可能な速度指令Vc(例えば、C相信号Dcを検出することが可能な最大速度)に一致するまでの期間である。ここで、モータ速度Vfbが速度指令Vcに一致するとは、厳密な一致を意味するものではなく、実質的に一致するという意味である(以下同様)。具体的には、モータ速度Vfbが予め決められた偏差内に収まればよい。この偏差は、例えば、速度指令Vcの±5%である。
停止開始信号DIsが入力されると、切替器46aは、速度制御部14の速度指令Vrefを、速度指令E−Vrefから速度指令Vcへと(図1に示す接点aから接点bへと)切り替える。その結果、モータMは、減速を開始する。
一方で、慣性モーメント同定部22は、慣性モーメントJの同定演算を開始し、期間taの間に、慣性モーメントJを同定する。
(期間tb)
期間tbは、モータ速度Vfbが速度指令Vcに一致してから、位置検出器PGの1回転当たりの基準位置(C相信号Dc)を最初に検出するまでの期間である。
期間tbの間、モータ制御装置10は、速度指令Vrefを速度指令VcとしてモータMを速度制御する。
モータMは、期間tbが終わるまで、速度制御される。
期間tbは、モータ速度Vfbが速度指令Vcに一致してから、位置検出器PGの1回転当たりの基準位置(C相信号Dc)を最初に検出するまでの期間である。
期間tbの間、モータ制御装置10は、速度指令Vrefを速度指令VcとしてモータMを速度制御する。
モータMは、期間tbが終わるまで、速度制御される。
(期間tc)
期間tcは、位置検出器PGの1回転当たりの基準位置(C相信号Dc)を最初に検出してから(タイミングTm1)、モータMが予め設定されたトルクTを出力するまで(タイミングTm2)の期間(第1の期間)である。
C相信号Dcが最初に検出されると、切替器46aは、速度制御部14の速度指令Vrefを、速度指令Vcから定位置停止制御部20が生成した速度指令P−Vrefへと(図1に示す接点bから接点cへと)切替える。また、C相信号Dcが最初に検出されると、接続器46bは、接点d及び接点fをそれぞれ接点e及び接点gに接続することによって、定位置停止制御部20が生成したトルクフィードフォワード指令Tff及び速度フィードフォワード指令Vffを速度制御部14に入力する。
期間tcは、位置検出器PGの1回転当たりの基準位置(C相信号Dc)を最初に検出してから(タイミングTm1)、モータMが予め設定されたトルクTを出力するまで(タイミングTm2)の期間(第1の期間)である。
C相信号Dcが最初に検出されると、切替器46aは、速度制御部14の速度指令Vrefを、速度指令Vcから定位置停止制御部20が生成した速度指令P−Vrefへと(図1に示す接点bから接点cへと)切替える。また、C相信号Dcが最初に検出されると、接続器46bは、接点d及び接点fをそれぞれ接点e及び接点gに接続することによって、定位置停止制御部20が生成したトルクフィードフォワード指令Tff及び速度フィードフォワード指令Vffを速度制御部14に入力する。
その結果、期間tbから期間tcに入ると、モータMの制御は、速度制御から位置制御へと切り換えられる。
なお、速度制御から位置制御へ切り替わる際、速度フィードフォワード指令Vffとモータ速度Vfbとの大きさが実質的に一致するように、速度フィードフォワード指令Vffの初期値が決定される。例えば、速度フィードフォワード指令Vffの初期値は、Vcに設定される。また、位置指令Prefとモータ位置Pfbとの大きさが実質的に一致するように、位置指令Prefの初期値が決定される。例えば、位置指令Prefの初期値は、C相信号Dcが検出されるとモータMの制御が位置制御に切り替わるため、0に設定される。また、速度制御部14における積分器30の積分値について、速度制御から位置制御へ切り替わる際のショック(モータ速度の不連続性)を低減するように、切り替え直前の積分値がクリアされる。従って、速度制御から位置制御へ切り替わる際のモータ速度の連続性が許容範囲内に維持される。
期間tcの間、定位置停止制御部20が生成する速度指令P−Vrefに基づいて、モータMは、モータ速度が速度指令Vcと同じ速度を維持するように動作する。定位置停止制御部20による速度指令P−Vrefの生成方法については、後述する。
なお、速度制御から位置制御へ切り替わる際、速度フィードフォワード指令Vffとモータ速度Vfbとの大きさが実質的に一致するように、速度フィードフォワード指令Vffの初期値が決定される。例えば、速度フィードフォワード指令Vffの初期値は、Vcに設定される。また、位置指令Prefとモータ位置Pfbとの大きさが実質的に一致するように、位置指令Prefの初期値が決定される。例えば、位置指令Prefの初期値は、C相信号Dcが検出されるとモータMの制御が位置制御に切り替わるため、0に設定される。また、速度制御部14における積分器30の積分値について、速度制御から位置制御へ切り替わる際のショック(モータ速度の不連続性)を低減するように、切り替え直前の積分値がクリアされる。従って、速度制御から位置制御へ切り替わる際のモータ速度の連続性が許容範囲内に維持される。
期間tcの間、定位置停止制御部20が生成する速度指令P−Vrefに基づいて、モータMは、モータ速度が速度指令Vcと同じ速度を維持するように動作する。定位置停止制御部20による速度指令P−Vrefの生成方法については、後述する。
(期間td)
期間tdは、モータMが予め設定されたトルクTを出力してから(タイミングTm2)、モータMが目標停止位置Pos(予め設定された停止位置Pos)に停止するまで(タイミングTm3)の期間(第2の期間)である。
期間tdの間、定位置停止制御部20が生成する速度指令P−Vrefに基づいて、モータMは予め設定されたトルクT(例えば、最大トルクTmax)を出力する。定位置停止制御部20による速度指令P−Vrefの生成方法については、後述する。
期間tdが経過した後は、モータMが目標停止位置Posでの位置決めを維持するように、位置制御が継続される。
期間tdは、モータMが予め設定されたトルクTを出力してから(タイミングTm2)、モータMが目標停止位置Pos(予め設定された停止位置Pos)に停止するまで(タイミングTm3)の期間(第2の期間)である。
期間tdの間、定位置停止制御部20が生成する速度指令P−Vrefに基づいて、モータMは予め設定されたトルクT(例えば、最大トルクTmax)を出力する。定位置停止制御部20による速度指令P−Vrefの生成方法については、後述する。
期間tdが経過した後は、モータMが目標停止位置Posでの位置決めを維持するように、位置制御が継続される。
次に、期間tc及び期間tdにおける、定位置停止制御部20による速度指令P−Vrefの生成方法について説明する。
定位置停止制御部20の加速度指令算出部42は、C相信号を検出した場合に、期間tc及び期間tdの長さを算出し、算出した期間tc及び期間tdそれぞれについて、加速度指令Arefを生成することができる。
まず、加速度指令算出部42は、次式に基づき、期間tcの長さを算出する。
定位置停止制御部20の加速度指令算出部42は、C相信号を検出した場合に、期間tc及び期間tdの長さを算出し、算出した期間tc及び期間tdそれぞれについて、加速度指令Arefを生成することができる。
まず、加速度指令算出部42は、次式に基づき、期間tcの長さを算出する。
tc = Pos/Vc − J・Vc/(2・T) ・・・式(2)
ただし、Pos:目標停止位置(rad)、Vc:位置検出器の1回転当たりの基準位置(C相信号Dc)を検出することが可能な速度指令(rad/s)、J:慣性モーメント(kgm2)、T:予め設定されたモータのトルク(Nm)である。
ただし、Pos:目標停止位置(rad)、Vc:位置検出器の1回転当たりの基準位置(C相信号Dc)を検出することが可能な速度指令(rad/s)、J:慣性モーメント(kgm2)、T:予め設定されたモータのトルク(Nm)である。
なお、tc<0となる場合は、目標停止位置Posに2πを加算したものを新たな目標停止位置Posとする。
次に、加速度指令算出部42は、次式に基づき、期間tdの長さを算出する。
td = J・Vc/T ・・・式(3)
更に、加速度指令算出部42は、次式に基づき、算出した期間tc及び期間td毎に、加速度指令Arefを算出する。
期間tc:Aref = 0 ・・・式(4)
期間td:Aref = −T/J ・・・式(5)
期間td:Aref = −T/J ・・・式(5)
定位置停止制御部20は、図4の実線で示すように、この加速度指令Arefに慣性モーメントJを乗じてトルクフィードフォワード指令Tffを生成することができる。また、定位置停止制御部20は、加速度指令Arefを積分して速度フィードフォワード指令Vffを生成し、生成した速度フィードフォワード指令Vffを積分して位置指令Prefを生成することができる。
即ち、モータMは、C相信号Dcを検出してから目標停止位置Posまでの移動量(図3に示す斜線部)のうち、期間tcについては、C相信号Dcを検出した際の速度を維持して移動し、期間tdについては、予め設定されたトルクTを出力して目標停止位置Posまで移動する。
なお、同図4の各破線は、期間ta及び期間tbにおける、トルク指令Tref及びモータ速度Vfbを示している。
即ち、モータMは、C相信号Dcを検出してから目標停止位置Posまでの移動量(図3に示す斜線部)のうち、期間tcについては、C相信号Dcを検出した際の速度を維持して移動し、期間tdについては、予め設定されたトルクTを出力して目標停止位置Posまで移動する。
なお、同図4の各破線は、期間ta及び期間tbにおける、トルク指令Tref及びモータ速度Vfbを示している。
このように、定位置停止制御部20は、モータMの速度制御中に、モータ位置Pfbを検出する位置検出器PGの1回転当たりの基準位置(C相信号Dc)を最初に検出した後、1)予め設定されたトルクTを出力させるためにトルク指令Trefに加算されるトルクフィードフォワード指令Tffを生成すると共に、2)トルクフィードフォワード指令Tffに基づいて最初に検出した基準位置からモータMの目標停止位置Posまでの位置指令Prefを生成し、位置指令Prefとモータ位置Pfbとの偏差に基づいて速度指令P−Vrefを生成し、モータMを位置制御することができる。
以上説明したように、本実施の形態によれば、予め設定されたトルクTを出力させて、モータMを目標停止位置Posに停止させることができる。
従って、例えば、ユーザが速度指令Vcとして可能な限り大きい速度を、トルクTとしてモータMの最大トルクTmaxをそれぞれ設定することで、これ以外の速度指令VcやトルクTが設定された場合に比べ、モータMが目標停止位置Posに停止するまでに要する時間が短縮される。
従って、例えば、ユーザが速度指令Vcとして可能な限り大きい速度を、トルクTとしてモータMの最大トルクTmaxをそれぞれ設定することで、これ以外の速度指令VcやトルクTが設定された場合に比べ、モータMが目標停止位置Posに停止するまでに要する時間が短縮される。
なお、本発明は、前述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲での変更は可能である。例えば、前述の実施の形態や変形例の一部又は全部を組み合わせて発明を構成する場合も本発明の技術的範囲に含まれる。
前述の実施の形態においては、定位置停止制御部20が生成した速度フィードフォワード指令Vffが速度制御部14に入力されていた。しかし、速度フィードフォワード指令Vffは必ずしも速度制御部14に入力されなくてもよい。
前述の実施の形態においては、定位置停止制御部20が生成した速度フィードフォワード指令Vffが速度制御部14に入力されていた。しかし、速度フィードフォワード指令Vffは必ずしも速度制御部14に入力されなくてもよい。
慣性モーメントJの誤差による影響を補償するために、例えば、慣性モーメントJを同定する過程で外乱オブザーバを使って、モータのトルクと速度の情報から外乱推定値を除去することも可能である。この補償を行なうことにより、更に適当なトルクフィードフォワード指令Tff、速度フィードフォワード指令Vff、位置指令Prefを生成することができる。
前述の実施の形態においては、停止開始信号DIsが入力されると、モータMは速度指令Vcに一致するように減速を開始した。しかし、停止開始信号DIsが入力された際、モータ速度Vfbが速度指令Vcよりも小さい場合は、モータMは速度指令Vcに一致するように増速することもできる。
定位置停止制御部20は、まず、位置指令Prefを生成し、これを微分することによって、速度フィードフォワード指令Vffを生成し、生成した速度フィードフォワード指令Vffを微分した後、慣性モーメントJを乗じてトルクフィードフォワード指令Tffを生成しても良い。このように、定位置停止制御部20が位置指令Prefに基づいて速度フィードフォワード指令Vff及びトルクフィードフォワード指令Tffを生成することによって、目標停止位置Posに対するモータ位置Pfbの位置誤差(位置ズレ)が低減される。
前述の実施の形態においては、定位置停止制御部20における位置制御系及び速度制御部14における速度制御系について、位置比例・速度積分比例制御系(P−IP制御)の構成を例に説明した。この制御系に代えて、例えば、位置比例・速度比例積分制御系(P−PI制御)、位置比例・速度比例制御系(P−P制御系)などの構成を用いても良い。
10:モータ制御装置、12:電力変換部、14:速度制御部、20:定位置停止制御部、22:慣性モーメント同定部、30:積分器、32:ローパスフィルタ、34:トルクリミッタ、40a:記憶部、40b:記憶部、42:加速度指令算出部、46a:切替器、46b:接続器
第1の発明に係るモータ制御装置において、前記定位置停止制御部は、前記トルクT及び前記モータの慣性モーメントを含む制御対象の慣性モーメントに基づいて前記加速度指令を算出し、該加速度指令に前記制御対象の慣性モーメントを乗じて、前記トルクフィードフォワード指令を生成することができる。
Claims (10)
- トルク指令に基づいて、モータを駆動する電流を出力する電力変換部と、
前記モータの速度指令と該モータのモータ速度との偏差に基づいて、前記トルク指令を生成する速度制御部と、
前記モータの速度制御中に、前記モータのモータ位置を検出する位置検出器の1回転当たりの基準位置を最初に検出した後、予め設定されたトルクTを出力させるために加速度指令を算出し、該加速度指令に基づいて前記トルク指令に加算されるトルクフィードフォワード指令を生成すると共に、前記加速度指令に基づいて最初に検出した前記基準位置から前記モータの目標停止位置までの位置指令を生成し、該位置指令と前記モータ位置との偏差に基づいて前記速度指令を生成し、前記モータを位置制御する定位置停止制御部とを備えるモータ制御装置。 - 請求項1記載のモータ制御装置において、前記速度制御部における速度指令が、少なくとも第1〜第3の速度指令のうちいずれか1つの速度指令であって、前記第1の速度指令は前記定位置停止制御部が生成する速度指令、前記第2の速度指令は上位制御装置からの速度指令、前記第3の速度指令は予め決定された速度指令であり、
前記速度制御部が前記第2の速度指令に従って前記モータを速度制御している状態にて前記目標停止位置への停止開始指令が入力された後、前記第2の速度指令に代えて前記第3の速度指令に従って前記モータを速度制御し、
前記基準位置を最初に検出した後、前記定位置停止制御部が前記第1の速度指令及び前記トルクフィードフォワード指令を用いて前記モータを位置制御するモータ制御装置。 - 請求項2記載のモータ制御装置において、前記予め決定された速度指令は、前記基準位置を検出することが可能な速度指令であるモータ制御装置。
- 請求項2記載のモータ制御装置において、前記予め決定された速度指令は、前記基準位置を検出することが可能な実質的な最大速度指令であり、
前記トルクTは、前記モータの実質的な最大トルクであるモータ制御装置。 - 請求項2〜4のいずれか1項に記載のモータ制御装置において、前記定位置停止制御部は、前記トルクT及び前記モータの慣性モーメントを含む制御対象の慣性モーメントに基づいて前記加速度指令を算出し、該加速度指令に基づいて、前記トルクフィードフォワード指令を生成するモータ制御装置。
- 請求項5記載のモータ制御装置において、前記定位置停止制御部は、前記加速度指令を2階積分して前記位置指令を生成するモータ制御装置。
- 請求項5又は6記載のモータ制御装置において、前記基準位置を最初に検出するタイミングTm1から前記モータが前記目標停止位置に停止するタイミングTm3までの期間が、前記タイミングTm1から前記モータが前記トルクTを出力するタイミングTm2までの第1の期間と、該タイミングTm2からから前記タイミングTm3までの第2の期間とからなり、
前記定位置停止制御部は、前記第1の期間の長さを、前記目標停止位置、前記第3の速度指令、及び前記トルクTに基づいて算出し、
前記第2の期間の長さを、前記慣性モーメント、前記第3の速度指令、及び前記トルクTに基づいて算出するモータ制御装置。 - 請求項5〜7のいずれか1項に記載のモータ制御装置において、前記慣性モーメントを同定する慣性モーメント同定部を更に備えたモータ制御装置。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載のモータ制御装置において、前記定位置停止制御部は、前記加速度指令を1階積分して速度フィードフォワード指令を生成し、
前記定位置停止制御部によって生成された前記速度フィードフォワード指令が少なくとも前記速度指令に加算されるモータ制御装置。 - モータを停止するための停止開始指令が入力されると、前記モータのモータ速度が該モータの位置を検出する位置検出器の基準位置を検出することが可能な検出可能速度となるように、前記モータを速度制御する第1のステップと、
前記検出可能速度と前記モータ速度との偏差が予め決められた値よりも小さくなった後、最初に前記基準位置を検出すると、前記モータが予め設定された目標停止位置にて停止するように、前記モータを位置制御する第2のステップとを含み、
前記第2のステップでは、一定期間、前記モータに予め設定されたトルクを出力させるモータ制御方法。
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