JP2014033535A

JP2014033535A - モータ制御装置

Info

Publication number: JP2014033535A
Application number: JP2012172664A
Authority: JP
Inventors: Hiroko Udagawa; 寛子宇田川
Original assignee: Kayaba Industry Co Ltd
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2012-08-03
Filing date: 2012-08-03
Publication date: 2014-02-20

Abstract

【課題】複雑な演算処理を要せず、コスト高を招かず、制御応答性を犠牲にせずに負荷の振動を抑制することができるモータ制御装置を提供することである。
【解決手段】上記した目的を達成するため、本発明の課題解決手段は、モータＭへ与える制御指令を生成して当該モータＭを制御するモータ制御装置１において、上記制御指令から上記モータＭで駆動する負荷の固有周波数成分を除去して当該制御指令を補正する補正手段２を備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータ制御装置に関する。

一般に、図２に示すように、モータＭに減速機Ｇを介して負荷を取り付けて、負荷を回転させる場合、減速機Ｇのシャフト４が完全な剛体ではなく捩じり方向にばねとして振る舞うため、負荷３が回転方向に振動する現象が見られる。

このような負荷の振動を制御によって抑制したい場合、モータ制御装置に負荷３の回転速度を推定するオブザーバを設け、このオブザーバで推定した回転速度とモータの回転速度との偏差を求め、この偏差を利用してモータ制御装置内で生成する制御指令を補正することができる（たとえば、特許文献１参照）。また、実際に負荷３の回転速度を検出するエンコーダ等を設けて、負荷３に振動があらわれると制御ゲインを小さくして負荷の振動を抑制することも考えられる。

特開平１１−３１０１５号公報

しかしながら、負荷３の回転速度を推定するモータ制御装置にあっては、オブザーバを用いる必要があって、演算が複雑となり演算処理負荷が高くなる。また、負荷３の回転速度を実際に検出する場合は、エンコーダ等のセンサが必要となってモータ制御装置のコストが高くなるとともに、制御ゲインを小さくするために、制御上の応答性が犠牲になってしまう。

そこで、本発明は上記不具合を改善するために創案されたものであって、その目的とするところは、複雑な演算処理を要せず、コスト高を招かず、制御応答性を犠牲にせずに負荷の振動を抑制することができるモータ制御装置を提供することである。

上記した目的を達成するため、本発明の課題解決手段は、モータへ与える制御指令を生成して当該モータを制御するモータ制御装置において、上記制御指令から上記モータで駆動する負荷の固有周波数成分を除去して当該制御指令を補正する補正手段を備えたことを特徴とする。

本発明では、補正手段で制御指令から負荷の固有周波数の周波数成分を取り除くため、制御指令から負荷の振動を励起する周波数成分を除去することができ、負荷の振動を抑制することができる。

また、モータ制御装置にあっては、負荷の回転速度を推定するオブザーバを用いることも無く、負荷の回転速度を直接検出するセンサを設ける必要もなく、さらには、制御ゲインを低下して振動を抑制する必要もない。

よって、本発明のモータ制御装置によれば、複雑な演算処理を要せず、コスト高を招かず、制御応答性を犠牲にせずに負荷の振動を抑制することができる。

本発明の一実施の形態におけるモータ制御装置の制御ブロック図である。負荷が減速機を介して連結されたモータの側面図である。

以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。一実施の形態におけるにモータ制御装置１は、図１に示すように、モータＭへ与える制御指令を生成する制御部Ｃと、制御指令を補正する補正手段としての補正部２とを備えて構成されている。

モータＭは、図２に示すように、減速機Ｇを介して負荷３に連結されており、モータＭを駆動すると、負荷３を回転させることができるようになっており、減速機Ｇのシャフト４が捩じりばねを構成し、負荷３とシャフト４とで一次のばねマス系を形成している。減速機Ｇは、モータＭによって回転駆動させられる歯車２０と、この歯車２０に噛み合う従動歯車２１と、この従動歯車２１の回転運動を負荷３へ伝達するシャフト４とを備えて構成されている。

以下、モータ制御装置１の各部について説明する。制御部Ｃは、たとえば、図１に示した制御ブロック図のように、モータＭの電気角を検出する電気角センサ５と、モータＭの図示しない巻線に流れる電流ｉを検出する電流センサ６と、上位の制御装置から入力される位置指令ｘ^＊と電気角センサ５で検出した電気角θとから速度指令ｖ^＊を演算する位置制御部７と、速度指令ｖ^＊と電気角θを微分する微分部８から出力される電気角速度ｖとの偏差である速度偏差εｖを求める演算部９と、上記速度偏差εｖからトルク指令ｉ^＊を求める速度制御部１０と、補正部２によって補正されたトルク指令ｉ^＊＊と電流センサ６で検知した電流ｉとの偏差である電流偏差εｉを求める演算部１２と、最終的な電流指令Ｉを求め、上記電流指令Ｉに従ってモータＭの巻線へ電流を供給する電流制御部１３と、電流指令Ｉに従ってモータＭの巻線へ電流を供給するドライバ１３とを備えて構成されている。

位置制御部７は、図示しない上位の制御装置から入力される位置指令ｘ^＊と電気角センサ５で検出した電気角θとの偏差を演算し、当該偏差を比例積分補償或いは比例微分積分補償を行って速度指令ｖ^＊を演算する。

速度制御部１０は、たとえば、速度偏差εｖを比例積分補償してトルク指令ｉ^＊を求めてもよいし、比例微分積分補償を行ってもよい。また、電流制御部１３にあっても、たとえば、電流偏差を比例積分補償して電流指令Ｉを求めてもよいし、比例微分積分補償を行ってもよい。

他方、補正部２は、上記したトルク指令ｉ^＊を濾波するフィルタ１４と、トルク指令ｉ^＊からフィルタ処理したトルク指令を差し引きしてトルク指令ｉ^＊＊を補正する演算部１１とを備えており、補正処理後のトルク指令ｉ^＊＊を演算部１２に出力するようになっている。

フィルタ１４は、減速機Ｇに連結された負荷３の固有周波数帯の周波数成分を抽出することができるようになっており、その伝達関数は、減速機Ｇに連結された負荷３の固有周波数をωとし、減速機Ｇのシャフト４の捩じり剛性をＫとし、ラプラス演算子をｓとし、上記ばねマス系における減衰係数をζとすると、以下の式（１）のように設定される。

負荷３の固有周波数ωは、負荷３の慣性モーメントＪとし、減速機Ｇのシャフト４の捩じり剛性をＫとすると、以下の式（２）のように表わされる。

なお、上記した制御部Ｃおよび補正部２における各構成要素は、ハードウェアによって実現されてもよいが、電気角センサ５および電流センサ６を除き、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）等の演算処理装置がソフトウェアプログラムを実行することで実現されるようにしてもよい。

上記モータＭで減速機Ｇを介して負荷３を回転駆動すると、負荷３が回転方向に固有周波数ωで振動して、負荷３側の振動成分がモータＭの回転速度に重畳される。そのため、電気角センサ６で検出する電気角θや電気角θを微分して得られる電気角速度ｖ^＊にも上記振動に起因する固有周波数ωの周波数成分が重畳し、制御指令である電流指令Ｉを得る過程において、速度偏差εｖにも上記周波数成分が重畳されるためトルク指令ｉ^＊にも周波数が負荷３の固有周波数ωである振動成分が含まれる。

この周波数成分を含んだまま電流制御部１３で電流指令Ｉを求める場合、電流指令Ｉに固有周波数ωの周波数成分が重畳されたまま、モータＭに電流が供給されるため、負荷３の振動を励起してしまうことになる。そこで、本発明では、補正部２でトルク指令ｉ^＊から上記固有周波数ωの周波数成分を抽出し、この抽出した当該周波数成分を上記トルク指令ｉ^＊から取り除くため、電流指令Ｉから負荷３の振動を励起する周波数成分を除去することができ、負荷３の振動を抑制することができる。

つまり、このモータ制御装置１にあっては、負荷３の振動を抑制することができるのであり、また、負荷３の回転速度を推定するオブザーバを用いることも無く、負荷３の回転速度を直接検出するセンサを設ける必要もなく、さらには、制御ゲインを低下して振動を抑制する必要もない。

よって、本発明のモータ制御装置１によれば、オブザーバが不要なので複雑な演算処理を要せず、負荷３の回転速度を検出するセンサが不要なのでコスト高を招かず、制御ゲインを低下させる必要が無いので制御応答性を犠牲にせず、負荷３の振動を抑制することができる。

なお、補正部２は、上記したところでは、トルク指令ｉ^＊から電流指令Ｉを得る過程において、トルク指令ｉ^＊を補正するようにしているが、電流偏差εｉを補正してもよいし、電流偏差εｉを求める演算部１２から電流制御部１３までの間で補正を行ってもよく、また、電流制御部１３において求める電流指令Ｉを補正してもよいし、位置制御部７から速度制御部１０までの間において速度指令を補正してもよいし、速度偏差εｖを補正してもよいし、また、位置制御部７における演算過程において負荷３の固有周波数ωの周波数成分を除去するようにしてもよい。

また、上記したところでは、フィルタ１４で一端トルク指令ｉ^＊に含まれる固有周波数ωの周波数成分を抽出して、トルク指令ｉ^＊から当該周波数成分を除去するようにしているが、固有周波数帯の周波数成分のみを除去する帯域除去フィルタで制御指令を濾波することでこれを補正部２としてもよい。

さらに、上記したモータ制御装置１では、位置指令ｘ^＊から速度指令ｖ^＊を求め、速度指令ｖ^＊からトルク指令ｉ^＊を求め、トルク指令ｉ^＊から電流指令Ｉを求めるようになっているが、位置指令ｘ^＊から速度指令ｖ^＊を経ることなくトルク指令ｉ^＊を求めるようにしてもよいし、位置指令ｘ^＊の入力なしに速度指令ｖ^＊から電流指令Ｉを求めるようにしてもよい。

なお、この実施の形態の場合、モータＭと負荷３との間に減速機Ｇを設けているが、負荷３とモータＭとの間を捩じりバネとして機能する軸を介して連結するような場合にあっても、軸と負荷３とが一次のばねマス系を構成するので、このような負荷３の駆動に際しても、本発明を適用することによって、負荷３の回転方向の振動を抑制することが可能である。

以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。

本発明は、モータの制御装置に利用可能である。

１モータ制御装置
２補正手段としての補正部
１４フィルタ
Ｍモータ

Claims

モータへ与える制御指令を生成して当該モータを制御するモータ制御装置において、上記制御指令から上記モータで駆動する負荷の固有周波数成分を除去して当該制御指令を補正する補正手段を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
上記補正手段は、上記制御指令を濾波して当該制御指令に含まれる上記負荷の固有周波数成分を抽出するフィルタを備え、当該フィルタで処理した結果を上記制御指令から減算して、上記制御指令を補正することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
上記制御指令がトルク指令であって上記補正手段は、当該トルク指令を補正す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。