JP2013121287A - モータ制御装置 - Google Patents
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- G05—CONTROLLING; REGULATING
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- G05D3/00—Control of position or direction
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Abstract
【解決手段】位置制御器410は、モデル制御系300から出力される生産機械の制御対象のモデル位置と制御対象の位置との偏差から速度指令を演算する。速度制御器420は、モデル制御系300から出力されるモデル位置を微分した速度指令と位置制御器410が演算した速度指令と制御対象を駆動するモータ120の位置を微分した速度指令との偏差からトルク指令を出力する。トルク制御器455は、モデル制御系300から出力される生産機械の制御対象を駆動するためのモデルトルク指令と速度制御器420から出力されたトルク指令とを加算してモータ120のトルクを制御する。速度制御器420は、モータ120が制御対象を駆動しているときには比例制御器422のみでトルク指令を出力し、モータ120が制御対象を駆動していないときには積分制御器424と比例制御器422とでトルク指令を出力する。
【選択図】図2
Description
プリント基板穴あけ機も理想的な剛体ではなく摩擦も存在するため、プリント基板の穴あけ作業を高速で行なわせようとすると、プリント基板穴あけ機自体が振動しまた摩擦の存在によって位置決めの整定時間が理論値より長くなる。
生産機械100は、機台110、モータ120、ボールねじ130、テーブル140、レベリングボルト150A、150Bを備える。
本実施形態に係るモータ制御装置の制御系は、図1の機台110が振動することを前提とした生産機械において、テーブル140の位置決め制御に若干のオーバーシュートを許容する一方、オーバーシュートによる振動が生じないようにし、さらにテーブル140とボールねじ130との摩擦を考慮して、高速かつ確実な位置決めができるように構成する。
モデル制御系300は、モデル位置制御器310、モデル速度制御器320、モデルトルク指令ローパスフィルタ330、可動部モデル340、機台モデル350を有する。また、状態フィードバックを行う第1フィードバック部360及び第2フィードバック部370、微分器380を有する。さらに、加え合わせ点を構成する演算部SP315、SP325、SP335、SP345、SP355を有する。
モデル位置制御器310は、位置制御器410をモデル化したものでモデル速度指令を出力する。モデル位置制御器310のゲインは位置制御器410と同一である。モデル速度制御器320は、速度制御器420をモデル化したものでモデルトルク指令を出力する。モデル速度制御器320のゲインは速度制御器420と同一である。モデル制御系では外乱を考慮しないため、モデル位置制御器310とモデル速度制御器320は比例制御器で構成する。
センサ140Sはテーブル140の位置を検出する。モータ120は、図1に示した通りテーブル140を駆動するものである。センサ120Sはモータ120の回転位置を検出する。
本実施形態に係るモータ制御装置の制御系は上記のように構成される。次に、本実施形態に係るモータ制御装置の制御系の全体の動作を図1に示した生産機械100を例示して説明する。
本実施形態では、位置制御系及び速度制御系に若干のオーバーシュートをさせ、テーブル140の位置決めを高速化するために、KV=3J2・KPとし、J2・KPの係数として3を用いる。KV=3J2・KPとすると、
110 機台、
120 モータ
120S センサ
130 ボールねじ、
140 テーブル、
140S センサ
150A、150B レベリングボルト、
160 床、
180 可動部、
200 モータ制御装置の制御系、
300 モデル制御系、
310 モデル位置制御器、
320 モデル速度制御器、
330 モデルトルク指令ローパスフィルタ、
340 可動部モデル、
350 機台モデル
360 第1フィードバック部、
370 第2フィードバック部、
380 微分器、
SP315−SP355 演算器、
400 フィードバック制御系、
410 位置制御器、
420 速度制御器、
422 比例制御器、
424 積分制御器、
430 トルク指令ローパスフィルタ、
445 トルク指令ノッチフィルタ、
455 トルク制御器、
SP415−SP445 演算器。
Claims (9)
- 生産機械の動きをモデル化するモデル制御系と、
前記生産機械の動きを実際に制御するフィードバック制御系と、を有し、
前記フィードバック制御系は、
前記モデル制御系から出力される前記生産機械の制御対象のモデル位置と前記生産機械の制御対象の位置との偏差から速度指令を演算する位置制御器と、
前記モデル制御系から出力されるモデル位置を微分した速度指令と前記位置制御器が演算した速度指令と前記制御対象を駆動するモータの位置を微分した速度指令との偏差からトルク指令を出力する速度制御器と、
前記モデル制御系から出力される前記生産機械の制御対象を駆動するためのモデルトルク指令と前記速度制御器から出力されたトルク指令とを加算して前記モータのトルクを制御するトルク制御器と、を有し、
前記速度制御器は、積分制御器と比例制御器とを有し、前記モータが前記制御対象を動かしているときには前記比例制御器のみでトルク指令を出力し、前記モータが前記制御対象を停止させているときには前記積分制御器と比例制御器とでトルク指令を出力することを特徴とするモータ制御装置。 - 前記フィードバック制御系は、前記速度制御器が有する積分制御器を前記比例制御器に接続するタイミングを制御するタイミング調整部をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。
- 前記フィードバック制御系は、前記制御対象の位置を前記位置制御器にフィードバックするとともに微分した前記モータの位置を前記速度制御器にフィードバックするフルクローズフィードバック系であることを特徴とする請求項1または2に記載のモータ制御装置。
- 前記フィードバック制御系の前記速度制御器と前記トルク制御器との間には、
前記トルク指令に含まれる量子化リップルや高周波数成分を取り除くトルク指令ローパスフィルタと、
前記生産機械の共振周波数成分を取り除くトルク指令ノッチフィルタと、
を有することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のモータ制御装置。 - 前記モデル制御系は、
前記生産機械の前記可動部の動きをモデル化して前記可動部のモデル可動部位置を出力する可動部モデルと、
前記機台の動きをモデル化して前記機台のモデル機台位置を出力する機台モデルと、
前記位置制御器をモデル化してモデル速度指令を出力するモデル位置制御器と、
前記速度制御器をモデル化してモデルトルク指令を出力するモデル速度制御器と、
前記トルク指令ローパスフィルタをモデル化して、前記モデルトルク指令をローパスフィルタ処理して得たフィルタ処理モデルトルク指令を、前記可動部モデルと前記機台モデルとに与えるモデルトルク指令ローパスフィルタと、
前記モデル可動部位置と前記モデル機台位置とを加算して得たモデル位置情報をフィードバック系へのモデル位置として前記モデル位置制御器及び前記モデル速度制御器にそれぞれフィードバックする主フィードバック部と、
前記モデル機台位置に基づいて少なくとも前記モデル機台位置を含む第1のフィードバックを出力する第1のフィードバック部と、
前記フィルタ処理モデルトルク指令から第2のフィードバックを出力する第2のフィードバック部と、
前記第1のフィードバックと前記第2のフィードバックと前記モデルトルク指令との偏差を求め、前記偏差をモデルトルク指令として前記モデルトルク指令ローパスフィルタと前記トルク指令ローパスフィルタに出力する演算部とを備え、
前記フィードバック系へのモデル位置指令を前記位置制御器に前記位置指令として与え、前記フィードバック系へのモデル位置指令に基づいて作成したフィードバック系へのモデル速度指令を前記速度制御器に入力される前記速度指令に加算することを特徴とする請求項4に記載のモータ制御装置。 - 前記第1のフィードバック部は、前記モデル機台位置に加えて前記機台のモデル機台速度及びモデル機台加速度を前記第1のフィードバックに含めることを特徴とする請求項5に記載のモータ制御装置。
- 前記モデル位置制御器及び前記モデル速度制御器にそれぞれ設定されるゲインは、前記位置制御器及び前記速度制御器にそれぞれ設定されるゲインと同じであり、前記第1のフィードバック部に設定される第1のフィードバックゲインと、前記第2のフィードバック部に設定される第2のフィードバックゲインとは、前記機台の振動を抑制するように定められていることを特徴とする請求項5または6に記載のモータ制御装置。
- 前記モデル位置制御器及び前記モデル速度制御器にそれぞれ設定されるゲインは、前記位置制御器及び前記速度制御器にそれぞれ設定されるゲインよりも若干高めであり、前記第1のフィードバック部に設定される第1のフィードバックゲインと、前記第2のフィードバック部に設定される第2のフィードバックゲインとは、前記機台の振動を抑制するように定められていることを特徴とする請求項5または6に記載のモータ制御装置。
- 前記モデル制御系に含まれる複数のパラメータは、前記モデル制御系の状態方程式の特性方程式が重根を持ち、かつ前記モデル制御系における位置ループゲインをKP、速度ループゲインをKV、イナーシャをJとした場合、前記フィードバック制御系がオーバーシュートを起こすようにKV=2.5〜3.5J2・KPとされていることを特徴とする請求項5から8のいずれかに記載のモータ制御装置。
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