JP2016001977A - Motor speed control structure, motor, motor system, and motor speed control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はモータ速度制御構造、モータ、モータシステムおよびモータ速度制御方法に係り、特に、サーボモータ等モータのトルク制御時に速度リミッタを設けることのできる、モータ速度制御構造等に関するものである。 The present invention relates to a motor speed control structure, a motor, a motor system, and a motor speed control method, and more particularly to a motor speed control structure in which a speed limiter can be provided during torque control of a motor such as a servo motor.
図4は、従来のロボットアーム制御におけるモータ制御方法を示すブロック図である。図示するように従来のモータ制御においてトルク制御を行う際には、トルク制御系(42、43、44)における演算値が電流指令値として出力されてくるため、速度リミットを設けることは通常困難である。したがって、電流リミッタという形によって、安全のための動作制限が行われている。つまり従来のモータ制御方法は、トルク制御系(42、43、44)または速度制御系(46、47、48)のいずれか一方による演算値が電流指令選択部40において電流指令値として選択されるものである。 FIG. 4 is a block diagram showing a motor control method in conventional robot arm control. As shown in the figure, when performing torque control in the conventional motor control, the calculated value in the torque control system (42, 43, 44) is output as a current command value, so it is usually difficult to provide a speed limit. is there. Therefore, operation restrictions for safety are performed in the form of a current limiter. In other words, in the conventional motor control method, the current command selection unit 40 selects the calculation value by either the torque control system (42, 43, 44) or the speed control system (46, 47, 48) as the current command value. Is.
なお、ロボットの制御装置に関しては従来、複数の技術的提案がなされている。後掲各特許文献はその一部であるが、これらに開示されている技術はいずれも、位置制御時に速度制御の値を何らかの手段を用いて補正し、制御が行えなくなることを防止する目的で構成された、ロボットアームの制御方法である。 Conventionally, a plurality of technical proposals have been made regarding robot control devices. Each of the patent documents listed below is a part thereof, but all of the techniques disclosed in these patent documents are intended to correct the value of the speed control using some means during position control and prevent the control from being disabled. This is a method for controlling a robot arm.
さて、上述したように従来のモータ制御においてトルク制御を行う際には、トルク制御系(42、43、44)における演算値が電流指令値として出力されてくるため、速度リミットを設けることは通常困難であり、結局、電流リミッタという形でしか安全のための動作制限を行うことができなかった。電流リミッタのみでは駆動軸が加速を続けてしまうため、そうなると結局、制御を止めるという異常の対処方法しかなかった。速度リミッタを設けることができれば、制御を継続した状態で異常対処を行うことができるようになる。 As described above, when torque control is performed in the conventional motor control, the operation value in the torque control system (42, 43, 44) is output as a current command value. After all, it was difficult to limit operation for safety only in the form of a current limiter. Since the drive shaft continued to accelerate with only the current limiter, there was only a way of dealing with the abnormality that eventually stopped the control. If a speed limiter can be provided, it is possible to deal with anomalies while continuing control.
また従来のモータ制御方法は、トルク制御系または速度制御系のいずれか一方による演算値しか使うことができないため、速度を優先する場合にはトルクを一定にできず、一方トルクを優先する場合には速度を一定にできない、という問題があった。 In addition, since the conventional motor control method can only use the value calculated by either the torque control system or the speed control system, the torque cannot be made constant when giving priority to the speed, and when giving priority to the torque. Had the problem that the speed could not be constant.
そこで本発明が解決しようとする課題は、かかる従来技術の問題点をなくし、ロボットアーム制御その他のモータのトルク制御時において、速度リミッタを設けることを可能とする、モータ速度制御構造、モータ、モータシステムおよびモータ速度制御方法を提供することである。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is to eliminate the problems of the prior art and to provide a speed limiter in the robot arm control and other motor torque control, and to provide a speed limiter. A system and motor speed control method are provided.
本願発明者は上記課題について検討した結果、トルク制御と速度制御を同時に並列で演算させ、双方の演算結果(電流指令値)を比較し、常に小さい方の演算結果(電流指令値)を選択してこれを電流指令値として使用することにより、速度が小さい時にはトルク制御が優先され、速度が大きい場合には速度制御が優先され、一定速度以上には速度が上がらなくなることを見出し、これに基づいて本発明を完成するに至った。すなわち、上記課題を解決するための手段として本願で特許請求される発明、もしくは少なくとも開示される発明は、以下の通りである。 As a result of studying the above problems, the inventor of the present application calculates torque control and speed control simultaneously in parallel, compares both calculation results (current command values), and always selects the smaller calculation result (current command value). By using this as the current command value, torque control is prioritized when the speed is low, speed control is prioritized when the speed is high, and the speed cannot be increased beyond a certain speed. The present invention has been completed. That is, the invention claimed in the present application, or at least the disclosed invention, as means for solving the above-described problems is as follows.
〔1〕 モータのトルク制御時に速度リミッタを設けるためのモータ速度制御構造であって、トルク制御系と、速度制御系と、各制御系による電流指令値を比較してより小さい電流指令値が最終指令値として選択される比較部とを備えてなることを特徴とする、モータ速度制御構造。
〔2〕 前記トルク制御系における演算処理と前記速度制御系における演算処理は同時に並行してなされるよう構成されていることを特徴とする、〔1〕に記載のモータ速度制御構造。
[1] A motor speed control structure for providing a speed limiter at the time of motor torque control. A current command value by a torque control system, a speed control system, and each control system is compared, and a smaller current command value is finally obtained. A motor speed control structure comprising a comparison unit selected as a command value.
[2] The motor speed control structure according to [1], wherein the calculation process in the torque control system and the calculation process in the speed control system are configured to be performed simultaneously in parallel.
〔3〕 前記比較部により選択された最終指令値に基づきモータを制御する電流制御系を備えていることを特徴とする、〔1〕または〔2〕に記載のモータ速度制御構造。
〔4〕 前記トルク制御系はトルク指令値とトルクセンサ検出値とから電流指令値を演算する第一制御器を用いて構成されることを特徴とする、〔1〕ないし〔3〕のいずれかに記載のモータ速度制御構造。
〔5〕 前記速度制御系は速度指令値と速度センサ検出値とから電流指令値を演算する第二制御器を用いて構成されることを特徴とする、〔1〕ないし〔4〕のいずれかに記載のモータ速度制御構造。
[3] The motor speed control structure according to [1] or [2], further including a current control system that controls the motor based on a final command value selected by the comparison unit.
[4] The torque control system includes a first controller that calculates a current command value from a torque command value and a torque sensor detection value. The motor speed control structure described in 1.
[5] Any one of [1] to [4], wherein the speed control system is configured using a second controller that calculates a current command value from a speed command value and a speed sensor detection value. The motor speed control structure described in 1.
〔6〕 通常時は前記トルク制御系による電流指令値の方が小さいためこれが最終指令値として選択され、モータ速度が速度リミッタとして設定された設定値以上の速度となった場合には前記速度制御系により所定の値として演算された電流指令値が選択されることを特徴とする、〔1〕ないし〔5〕のいずれかに記載のモータ速度制御構造。
〔7〕 前記速度制御系による電流指令値が選択されているときに、前記トルク制御系による電流指令値の方が小さくなった場合にはこれが最終指令値として選択されることを特徴とする、〔6〕に記載のモータ速度制御構造。
〔8〕 〔1〕ないし〔7〕のいずれかに記載のモータ速度制御構造により制御されることを特徴とする、モータ。
[6] In normal times, the current command value by the torque control system is smaller, so this is selected as the final command value, and when the motor speed exceeds the set value set as the speed limiter, the speed control The motor speed control structure according to any one of [1] to [5], wherein a current command value calculated as a predetermined value by the system is selected.
[7] When the current command value by the speed control system is selected, if the current command value by the torque control system becomes smaller, this is selected as the final command value. [6] The motor speed control structure according to [6].
[8] A motor controlled by the motor speed control structure according to any one of [1] to [7].
〔9〕 〔1〕ないし〔7〕のいずれかに記載のモータ速度制御構造およびこれにより制御されるモータとからなる、モータシステム。
〔10〕 モータのトルク制御時に速度リミッタを設けるためのモータ速度制御方法であって、トルク制御系によるトルク制御過程と、速度制御系による速度制御過程と、各制御過程による電流指令値を比較してより小さい電流指令値が最終指令値として選択される比較部による比較過程とを備えてなり、該トルク制御過程と該速度制御過程における演算処理は同時に並行してなされることを特徴とする、モータ速度制御方法。
[9] A motor system comprising the motor speed control structure according to any one of [1] to [7] and a motor controlled thereby.
[10] A motor speed control method for providing a speed limiter during motor torque control, which compares the torque control process by the torque control system, the speed control process by the speed control system, and the current command value by each control process. A comparison process by a comparison unit in which a smaller current command value is selected as a final command value, and the calculation process in the torque control process and the speed control process are performed in parallel. Motor speed control method.
なお、上記各文献開示技術のロボットアーム制御方法は、位置制御時に速度制御の値を何らかの手段を用いて補正し、制御が行えなくなることを防ぐ目的で行われているが、一方本発明は、トルク制御と速度制御の演算を同時に並行して行い、小さい値を選択するものであるから、二つの制御が両立せしめられるものである。 The robot arm control method disclosed in each of the above-mentioned documents is performed for the purpose of correcting the value of speed control using some means during position control and preventing the control from being disabled. Since the calculation of torque control and speed control are performed simultaneously in parallel and a small value is selected, the two controls can be made compatible.
本発明のモータ速度制御構造、モータ、モータシステムおよびモータ速度制御方法は上述のように構成されるため、これによれば、ロボットアーム制御、ねじ締め、その他のモータのトルク制御時において、速度リミッタを設けることができる。つまり、任意の回転数で速度リミットをかけることができるようになり、機器の異常監視が容易となる。また、モータの制御を止めずに異常検出後の処理ができることから、異常時のトルク抜け等のリスク無しで異常処理を行うことができるようになる。 Since the motor speed control structure, motor, motor system, and motor speed control method of the present invention are configured as described above, according to this, a speed limiter is used during robot arm control, screw tightening, and other motor torque control. Can be provided. That is, it becomes possible to apply a speed limit at an arbitrary number of rotations, and it becomes easy to monitor the abnormality of the device. Further, since the process after the abnormality detection can be performed without stopping the motor control, the abnormality process can be performed without the risk of torque loss at the time of abnormality.
以下、図面により本発明を詳細に説明する。
図1は、本発明のモータ速度制御構造の基本構成を示すブロック図である。図示するように本モータ速度制御構造30は、トルク制御系1と、速度制御系5と、各制御系1、5による電流指令値を比較してより小さい電流指令値が最終指令値として選択される比較部9とを備えてなることを、基本的構成とする。なお、トルク制御系1における演算処理と速度制御系5における演算処理は、同時に並行してなされる。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing the basic configuration of the motor speed control structure of the present invention. As shown in the figure, the motor speed control structure 30 compares the current command values of the torque control system 1, the speed control system 5, and the control systems 1 and 5, and selects a smaller current command value as the final command value. It is assumed that the comparison unit 9 is provided as a basic configuration. Note that the arithmetic processing in the torque control system 1 and the arithmetic processing in the speed control system 5 are simultaneously performed in parallel.
かかる構成により本モータ速度制御構造30においては、トルク制御系1、速度制御系5、それぞれにおいて演算処理がなされて各電流指令値が出力され、両電流指令値が比較部9において比較されてより小さい電流指令値が最終指令値として選択されて電流制御系10に送られ、電流制御系10によって最終指令値に基づくモータ20の制御が実行される。これによって、モータ20のトルク制御時における速度リミッタの設定が実現される。 With this configuration, in the motor speed control structure 30, the torque control system 1 and the speed control system 5 are each subjected to arithmetic processing and output each current command value, and both current command values are compared in the comparison unit 9. A small current command value is selected as the final command value and sent to the current control system 10, and the control of the motor 20 based on the final command value is executed by the current control system 10. Thereby, the setting of the speed limiter at the time of torque control of the motor 20 is realized.
図2は、本発明のモータ速度制御構造の構成例を示すブロック図である。図示するように本モータ速度制御構造30では、トルク指令値2とトルクセンサ検出値3とから電流指令値を演算する第一制御器4を用いてトルク制御系1を構成し、また、速度指令値6と速度センサ検出値7とから電流指令値を演算する第二制御器8を用いて速度制御系5を構成することができる。 FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of the motor speed control structure of the present invention. As shown in the figure, in the motor speed control structure 30, the torque control system 1 is configured using the first controller 4 that calculates the current command value from the torque command value 2 and the torque sensor detection value 3, and the speed command The speed control system 5 can be configured by using the second controller 8 that calculates the current command value from the value 6 and the speed sensor detection value 7.
かかる構成により本モータ速度制御構造30では、トルク制御系1の第一制御器4においてトルク指令値2とトルクセンサ検出値3とから電流指令値C1が演算され、また、速度制御系5の第二制御器8において速度指令値6と速度センサ検出値7とから電流指令値C5が演算されて比較部9に送られ、比較部9では、電流指令値の比較手段9S、電流指令値の選択手段9Dにより各電流指令値C1、C5が処理されて最終指令値が得られる。 With this configuration, in the motor speed control structure 30, the current command value C 1 is calculated from the torque command value 2 and the torque sensor detection value 3 in the first controller 4 of the torque control system 1. In the second controller 8, the current command value C5 is calculated from the speed command value 6 and the speed sensor detection value 7 and sent to the comparison unit 9. In the comparison unit 9, the current command value comparison means 9S and the selection of the current command value Each current command value C1, C5 is processed by means 9D to obtain a final command value.
図3は、本発明モータ速度制御構造における最終指令値の選択方法を示す表である。図示するように本発明モータ速度制御構造では、通常時は、トルク制御系1による電流指令値C1の方が小さいためこれが最終指令値として選択され、モータ速度が速度リミッタとして設定された設定値以上の速度となった場合には、速度制御系5により所定の値として演算された電流指令値C5が選択される。つまり、制御対象の速度が低い場合にはトルク制御が選択され、速度が速度指令値に一致すると瞬時に速度制御に切り替わり、一定の速度が保たれる。 FIG. 3 is a table showing a method of selecting a final command value in the motor speed control structure of the present invention. As shown in the figure, in the motor speed control structure of the present invention, since the current command value C1 by the torque control system 1 is smaller in normal times, this is selected as the final command value, and the motor speed is equal to or higher than the set value set as the speed limiter. In this case, the current command value C5 calculated as a predetermined value by the speed control system 5 is selected. That is, when the speed to be controlled is low, torque control is selected, and when the speed matches the speed command value, the control is instantaneously switched to speed control, and a constant speed is maintained.
また、速度制御系5による電流指令値C5が選択されているときに、トルク制御系1による電流指令値C1の方が小さくなった場合には、これが最終指令値として選択される。つまり、指令トルクが現在の速度よりも小さくなってくると、再度トルク制御に切り替わる。 When the current command value C5 by the speed control system 5 is selected and the current command value C1 by the torque control system 1 becomes smaller, this is selected as the final command value. That is, when the command torque becomes smaller than the current speed, the torque control is switched again.
したがって本発明のモータ速度制御構造30によれば、通常時は任意のトルクを出力することができ、一定以上の速度に加速すると速度制御が選択され、一定速度でリミッタをかけることができる。ロボットアーム、その他のトルク制御においても、かかる切り替え制御は良好に行われる。 Therefore, according to the motor speed control structure 30 of the present invention, it is possible to output an arbitrary torque in a normal state, and when accelerating to a speed above a certain level, the speed control is selected and a limiter can be applied at a constant speed. Such switching control is performed well also in the robot arm and other torque control.
なお、以上説明したモータ速度制御構造30により制御されるモータ20自体、また、モータ速度制御構造30およびこれにより制御されるモータ20とからなるモータシステム50、さらに、トルク制御系1によるトルク制御過程と、速度制御系5による速度制御過程と、比較部9による比較過程とからなるモータ速度制御方法もまた、本発明の範囲内である。 The motor 20 itself controlled by the motor speed control structure 30 described above, the motor system 50 including the motor speed control structure 30 and the motor 20 controlled thereby, and the torque control process by the torque control system 1 A motor speed control method comprising a speed control process by the speed control system 5 and a comparison process by the comparison unit 9 is also within the scope of the present invention.
本発明のモータ速度制御構造、モータ、モータシステムおよびモータ速度制御方法によれば、ロボットアーム制御、ねじ締め、その他のモータのトルク制御時において、速度リミッタを設けることができる。また、モータの制御を止めずに異常検出後の処理ができる。したがって、トルク制御を必要とするモータ制御分野全般、および関連する全分野において、産業上利用性が高い発明である。 According to the motor speed control structure, motor, motor system, and motor speed control method of the present invention, a speed limiter can be provided during robot arm control, screw tightening, and other motor torque control. Further, the processing after the abnormality detection can be performed without stopping the control of the motor. Therefore, the present invention is highly industrially applicable in the general motor control field requiring torque control and in all related fields.
1…トルク制御系
2…トルク指令値
3…トルクセンサ検出値
4…第一制御器
5…速度制御系
6…速度指令値
7…速度センサ検出値
8…第二制御器
9…比較部
9S…電流指令値の比較手段
9D…電流指令値の選択手段
10…電流制御系
20…モータ
30…モータ速度制御構造
50…モータシステム
C1…トルク制御系による電流指令値
C5…速度制御系による電流指令値
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Torque control system 2 ... Torque command value 3 ... Torque sensor detection value 4 ... 1st controller 5 ... Speed control system 6 ... Speed command value 7 ... Speed sensor detection value 8 ... 2nd controller 9 ... Comparison part 9S ... Current command value comparison means 9D ... Current command value selection means 10 ... Current control system 20 ... Motor 30 ... Motor speed control structure 50 ... Motor system C1 ... Current command value C5 by torque control system ... Current command value by speed control system
40…電流指令値選択部
42…トルク指令値
43…トルクセンサ検出値
44…トルク制御系の制御器
46…速度指令値
47…速度センサ検出値
48…速度制御系の制御器
410…電流制御系
420…モータ
40 ... Current command value selection unit 42 ... Torque command value 43 ... Torque sensor detection value 44 ... Torque control system controller 46 ... Speed command value 47 ... Speed sensor detection value 48 ... Speed control system controller 410 ... Current control system 420 ... motor
Claims (10)
A motor speed control method for providing a speed limiter during torque control of the motor, which is smaller than the torque control process by the torque control system, the speed control process by the speed control system, and the current command value by each control process. A motor speed control characterized by comprising a comparison process by a comparison unit in which a current command value is selected as a final command value, and the calculation process in the torque control process and the speed control process are performed simultaneously in parallel. Method.
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