JP2017123763A - Motor drive controller and machine tool including the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、工作機械等に用いられるモータの駆動を制御するためのモータ駆動制御装置およびこれを備えた工作機械に関するものである。 The present invention relates to a motor drive control device for controlling the drive of a motor used in a machine tool or the like, and a machine tool including the same.
従来、工作機械等に用いられるモータを制御するための制御モードとしては、モータを一定速度で回転させる際に用いられる速度制御と、回転軸を所定の停止位置(角度)に一致させる際に用いられる位置制御とがある。そして、モータを回転状態から所定の停止位置(角度)に位置決めする際には、速度制御によって最大トルクで減速させた後、制御モードを位置制御に切り換えて停止させるシーケンスが採用されている。速度制御では、最大トルクを発生させて迅速に減速できる一方、当該最大トルクでは振動、オーバーシュート、計測誤差等が発生し、正確な位置決めができないためである。 Conventionally, as a control mode for controlling a motor used in a machine tool or the like, it is used when a motor is rotated at a constant speed and when a rotating shaft is made to coincide with a predetermined stop position (angle). There is a position control. When the motor is positioned from the rotational state to a predetermined stop position (angle), a sequence is adopted in which the motor is decelerated with the maximum torque by speed control and then the control mode is switched to position control and stopped. This is because in speed control, the maximum torque can be generated and decelerated quickly, while the maximum torque causes vibrations, overshoots, measurement errors, etc., and accurate positioning is not possible.
上記シーケンスにおいては、図20に示すように、位置制御への切り換えタイミングが遅すぎると、最大トルクで減速させる時間が長くなり、速度が低下し過ぎるため、位置決めにかかる時間が長くなってしまう。一方、位置制御への切り換えタイミングが早すぎると、最大トルクで減速させる時間が短くなり、回転量が無駄に多くなるため、減速にかかる時間が長くなってしまう。このため、モータの総回転数が最も少なくなるように位置決め動作を最適化するには、最適なタイミングで位置制御へ切り換えることが重要である。 In the above sequence, as shown in FIG. 20, if the timing for switching to position control is too late, the time for deceleration with the maximum torque becomes long and the speed is too low, so the time required for positioning becomes long. On the other hand, if the timing for switching to the position control is too early, the time for deceleration with the maximum torque is shortened, and the amount of rotation is unnecessarily increased, so that the time required for deceleration is lengthened. Therefore, in order to optimize the positioning operation so that the total number of rotations of the motor is minimized, it is important to switch to position control at an optimal timing.
ただし、工作機械等のモータおいては、回転軸に把持されるワーク(被切削物)の重さや形状等によって、発生するイナーシャ(回転慣性モーメント)が異なる。このため、図21に示すように、当該イナーシャが小さいときは、最大トルクで減速する際の減速度が大きく、図22に示すように、当該イナーシャが大きいときは、最大トルクで減速する際の減速度が小さい。したがって、上述した最適な切り換えタイミングは、イナーシャによっても異なるし、回転軸の初期角度や位置決め角度によっても変わってしまう。 However, in a motor such as a machine tool, the generated inertia (rotational moment of inertia) varies depending on the weight and shape of a workpiece (workpiece) gripped by a rotary shaft. Therefore, as shown in FIG. 21, when the inertia is small, the deceleration when decelerating with the maximum torque is large, and as shown in FIG. 22, when the inertia is large, the deceleration when decelerating with the maximum torque is large. The deceleration is small. Therefore, the optimum switching timing described above varies depending on the inertia, and also varies depending on the initial angle and positioning angle of the rotating shaft.
なお、特開2014−7790号公報の第二実施形態には、上述した切り換えタイミングをモータに固有のベース回転速度で固定し、当該ベース回転速度までは最大トルクで減速するとともに、当該ベース回転速度よりも低い場合には、減速に最低限必要な減速所要距離に基づいて、停止位置まで一定の減速度で減速させるモータ駆動制御装置が提案されている(特許文献1)。 In the second embodiment of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-7790, the above-described switching timing is fixed at a base rotation speed inherent to the motor, and the base rotation speed is reduced to the base rotation speed and the base rotation speed. If it is lower, a motor drive control device has been proposed that decelerates to a stop position at a constant deceleration based on the minimum required deceleration distance (Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1に記載された発明においては、最大トルクでの高速回転中に位置検出値や最大加速度を計測する必要があるため、計測誤差が発生しやすく、オーバーシュート対策が取りにくいという問題がある。また、当該オーバーシュート等によって、所定の停止位置で停止できなかった場合には、図23に示すように、一旦停止してから再度加減速して、もう1回転させる必要があるため、結局、停止するまでの時間が無駄に長引いてしまうという問題もある。
However, in the invention described in
そこで、本願発明者らは、特願2015−136510号において、速度制御から位置制御への切り換えタイミングを最適化することにより、できるだけ少ない回転数で迅速かつ確実にモータを所定の停止位置に停止可能なモータ駆動制御技術を提案している。ただし、当該技術は、モータが高速度で回転している状態からの位置決めには適しているものの、モータが比較的低速度で回転している状態からの位置決めや、停止している状態からの位置決めには改善の余地があった。 Therefore, the inventors of the present application can stop the motor at a predetermined stop position quickly and surely with as few revolutions as possible by optimizing the switching timing from speed control to position control in Japanese Patent Application No. 2015-136510. A new motor drive control technology is proposed. However, although this technology is suitable for positioning from a state where the motor is rotating at a high speed, positioning from a state where the motor is rotating at a relatively low speed or from a state where it is stopped is possible. There was room for improvement in positioning.
本発明は、以上のような背景技術のもとでなされたものであって、モータが比較的低速度で回転している状態や停止している状態からであっても、できるだけ少ない回転数で迅速かつ確実にモータを所定の停止位置に停止させることができるモータ駆動制御装置およびこれを備えた工作機械を提供することを目的としている。 The present invention has been made based on the background art as described above. Even when the motor is rotating at a relatively low speed or stopped, the rotation speed is as low as possible. It is an object of the present invention to provide a motor drive control device capable of quickly and reliably stopping a motor at a predetermined stop position and a machine tool including the motor drive control device.
本発明に係るモータ駆動制御装置は、モータが比較的低速度で回転している状態や停止している状態からであっても、できるだけ少ない回転数で迅速かつ確実にモータを所定の停止位置に停止させるという課題を解決するものであり、位置検出手段によって検出された前記モータの位置情報に基づいて、前記モータの現在速度、前記モータの加速度または減速度、および現在位置と停止位置との差分値を算出するモータ状態算出部と、前記モータを最大トルクで減速制御しても安定して停止できる速度の最小値である最大減速可能速度を算出する最大減速可能速度算出部と、イナーシャが最小のときにイナーシャを測定するために必要な移動距離の最小値であるイナーシャ測定最小距離を算出するイナーシャ測定最小距離算出部と、前記モータの駆動制御開始時における初速度が前記最大減速可能速度未満であって、前記差分値が前記イナーシャ測定最小距離以上の場合、最大トルクで加速した後、速度制御および位置制御によって減速する第2モードを実行し、前記初速度が前記最大減速可能速度未満であって、前記差分値が前記イナーシャ測定最小距離よりも小さい場合、最大トルクで加速した際の最大加速度よりも小さい設定加速度で加速した後、当該設定加速度で減速する第3モードを実行する加減速制御部と、を有する。 The motor drive control device according to the present invention enables a motor to be quickly and reliably placed at a predetermined stop position with as few revolutions as possible even when the motor is rotating at a relatively low speed or from a stopped state. In order to solve the problem of stopping, based on the position information of the motor detected by the position detection means, the current speed of the motor, the acceleration or deceleration of the motor, and the difference between the current position and the stop position A motor state calculation unit that calculates a value, a maximum decelerable speed calculation unit that calculates the maximum decelerable speed that is the minimum value of the speed at which the motor can be stably stopped even if the motor is decelerated and controlled with the maximum torque, and the inertia is minimum An inertia measurement minimum distance calculation unit for calculating an inertia measurement minimum distance, which is a minimum value of a movement distance necessary for measuring the inertia at the time, and the mode When the initial speed at the start of the drive control is less than the maximum decelerable speed and the difference value is equal to or greater than the minimum inertia measurement distance, the second mode is accelerated by maximum torque and then decelerated by speed control and position control. When the initial speed is less than the maximum decelerable speed and the difference value is smaller than the inertia measurement minimum distance, after accelerating at a set acceleration smaller than the maximum acceleration when accelerating with the maximum torque, And an acceleration / deceleration control unit that executes a third mode of decelerating at the set acceleration.
また、本発明の一態様として、第2モードを適切に実現するという課題を解決するために、前記加減速制御部が、前記第2モードを実行する場合、前記モータの最大減速度にマージン設定用比率を掛け合わせて位置制御用減速度を算出する位置制御用減速度算出部と、前記初速度と、前記最大加速度と、前記位置制御用減速度と、前記差分値と、前記マージン設定用比率と、前記位置制御用減速度で駆動制御する時間の最小値として設定される位置制御時間とに基づいて、前記最大加速度での加速時間と前記最大減速度での減速時間と前記位置制御時間との和が最小となる速度を、前記モータの駆動制御を加速制御から減速制御に切り換える第一最大速度として算出する第一最大速度算出部と、前記最大減速度と、前記第一最大速度と、前記差分値と、前記マージン設定用比率と、前記位置制御時間とに基づいて、前記最大減速度での移動距離と前記位置制御用減速度での移動距離との和が最小となる速度を、前記モータの駆動制御を速度制御から位置制御に切り換える第二制御速度として算出する切換速度算出部とを有し、前記加減速制御部は、前記モータの速度が前記第一最大速度よりも小さいうちは最大トルクで加速制御し、前記モータの速度が前記第一最大速度に到達すると最大トルクで減速制御し、前記モータの速度が前記第二制御速度よりも小さくなった後には前記位置制御用減速度で減速制御してもよい。 Further, as one aspect of the present invention, in order to solve the problem of appropriately realizing the second mode, when the acceleration / deceleration control unit executes the second mode, a margin is set for the maximum deceleration of the motor. A position control deceleration calculating unit that calculates a position control deceleration by multiplying a ratio for use, the initial speed, the maximum acceleration, the position control deceleration, the difference value, and the margin setting The acceleration time at the maximum acceleration, the deceleration time at the maximum deceleration, and the position control time based on the ratio and the position control time set as the minimum value of the drive control time with the position control deceleration A first maximum speed calculation unit that calculates a speed at which the sum of the motor and the motor is controlled as a first maximum speed for switching the drive control from acceleration control to deceleration control, the maximum deceleration, and the first maximum speed, The above Based on the minute value, the margin setting ratio, and the position control time, the speed at which the sum of the moving distance at the maximum deceleration and the moving distance at the position control deceleration is minimized, A switching speed calculation unit that calculates a second control speed for switching the motor drive control from the speed control to the position control, and the acceleration / deceleration control unit is operable while the motor speed is smaller than the first maximum speed. The acceleration control is performed with the maximum torque, the deceleration control is performed with the maximum torque when the speed of the motor reaches the first maximum speed, and the deceleration for position control is performed after the motor speed becomes smaller than the second control speed. Deceleration control may be performed with.
さらに、本発明の一態様として、第3モードを適切に実現するという課題を解決するために、前記加減速制御部が、前記第3モードを実行する場合、前記設定加速度と前記差分値とに基づいて、前記モータの駆動制御を加速制御から減速制御に切り換える第二最大速度を算出する第二最大速度算出部を有し、前記加減速制御部は、前記モータの速度が前記第二最大速度よりも小さいうちは前記設定加速度で加速制御し、前記モータの速度が前記第二最大速度に到達すると前記設定加速度で減速制御してもよい。 Furthermore, as one aspect of the present invention, in order to solve the problem of appropriately realizing the third mode, when the acceleration / deceleration control unit executes the third mode, the set acceleration and the difference value are And a second maximum speed calculation unit that calculates a second maximum speed for switching the drive control of the motor from acceleration control to deceleration control, wherein the acceleration / deceleration control unit is configured such that the motor speed is the second maximum speed. The acceleration may be controlled with the set acceleration as long as the speed is smaller, and when the speed of the motor reaches the second maximum speed, the acceleration may be controlled with the set acceleration.
また、本発明の一態様として、第2モードで制御するか、第3モードで制御するかを判定するという課題を解決するために、前記イナーシャ測定最小距離算出部は、下記式(2)を用いて前記イナーシャ測定最小距離を算出してもよい。
Smin=amax(2Ti 2+XT2−X2T2)/2+ω0Ti …式(2)
ただし、各記号は以下を表す。
ω0:初速度
amax:設定最大加速度
X:マージン設定用比率
Ti:イナーシャを測定するために必要な時間
T:位置制御時間
Further, as one aspect of the present invention, in order to solve the problem of determining whether to control in the second mode or in the third mode, the inertia measurement minimum distance calculation unit calculates the following equation (2): The minimum inertia measurement distance may be calculated using
S min = a max (2T i 2 + XT 2 −X 2 T 2 ) / 2 + ω 0 T i (2)
However, each symbol represents the following.
ω 0 : Initial speed a max : Maximum set acceleration X: Margin setting ratio T i : Time required for measuring inertia T: Position control time
さらに、本発明の一態様として、第2モードにおいて、最大加速度での加速時間と最大減速度での減速時間と位置制御時間との和を最小化するという課題を解決するために、第一最大速度算出部は、下記式(6)を満たす前記モータが停止するまでに必要な回転数nの最小値を用いて、下記式(5)によって前記第一最大速度ωmax1を算出してもよい。
ωmax1=√[{ω0 2−a1 2T2X(1−X)}/2+a1(L+2πn)] …式(5)
n≧〔[ω0 2+a1 2T2X(1−X)]/2a1−L〕/2π …式(6)
ただし、各記号は以下を表す。
ω0:初速度
a1:最大加速度(最大減速度)
n:モータが停止するまでに必要な回転数
L:現在位置と停止位置との差分値
X:マージン設定用比率
T:位置制御時間
Furthermore, as one aspect of the present invention, in the second mode, in order to solve the problem of minimizing the sum of the acceleration time at the maximum acceleration, the deceleration time at the maximum deceleration, and the position control time, the first maximum The speed calculation unit may calculate the first maximum speed ω max1 by the following formula (5) using the minimum value of the rotation speed n required until the motor satisfying the following formula (6) stops. .
ω max1 = √ [{ω 0 2 −a 1 2 T 2 X (1−X)} / 2 + a 1 (L + 2πn)] (5)
n ≧ [[ω 0 2 + a 1 2 T 2 X (1-X)] / 2a 1 −L] / 2π Formula (6)
However, each symbol represents the following.
ω 0 : Initial speed a 1 : Maximum acceleration (maximum deceleration)
n: Number of rotations required until the motor stops L: Difference value between the current position and the stop position X: Margin setting ratio T: Position control time
また、本発明に係る工作機械は、上述したいずれかの態様のモータ駆動制御装置を備えてなる。 A machine tool according to the present invention includes the motor drive control device according to any one of the above-described aspects.
本発明によれば、モータが比較的低速度で回転している状態や停止している状態からであっても、できるだけ少ない回転数で迅速かつ確実にモータを所定の停止位置に停止させることができる。 According to the present invention, even when the motor is rotating or stopped at a relatively low speed, the motor can be quickly and reliably stopped at a predetermined stop position with as few revolutions as possible. it can.
以下、本発明に係るモータ駆動制御装置およびこれを備えた工作機械の一実施形態について図面を用いて説明する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of a motor drive control device according to the invention and a machine tool including the same will be described with reference to the drawings.
本実施形態のモータ駆動制御装置1は、図1に示すように、上位コントローラ10からの指示に基づいて、工作機械11に用いられるモータ11aの駆動を制御し、所定の停止位置に位置決めを行うためのものである。以下、各構成について詳細に説明する。
As shown in FIG. 1, the motor
上位コントローラ10は、モータ駆動制御装置1にモータ11aの駆動制御に関する指示を出すものであり、プログラマブル・ロジック・コントローラ(PLC)やパーソナルコンピュータ等によって構成されている。上位コントローラ10は、モータ駆動制御装置1へ出力する設定条件として、停止位置と、位置決め条件と、停止判定速度と、第一制御速度と、マージン設定用比率と、位置制御時間と、設定最大加速度と、イナーシャ測定時間と、設定加速度とが設定可能に構成されている。
The
停止位置は、モータ11aの回転軸を停止させたい位置(角度)を設定するものである。位置決め条件は、停止位置に対する許容誤差範囲を設定するものであり、例えば「停止位置に対して±1度以内」のように設定される。停止判定速度は、モータ11aの位置決めが完了したか否かを判定するための速度を設定するものである。
The stop position is a position (angle) at which the rotation axis of the
第一制御速度は、モータ11aの減速度の最大値である最大減速度が算出されるタイミングにおけるモータ速度を示すものである。一般的に、モータ11aにおけるトルク特性は、図2に示すように、モータ11aに固有のベース回転速度(ベース回転数)までは一定のトルクを出力するのに対し、ベース回転速度以上では、弱め界磁制御によって出力(=トルク×回転速度)が一定となるように制御されている。このため、本実施形態では、図3に示すように、モータ速度がベース回転速度まで減速された直後の減速度(傾き)を最大減速度と考え、第一制御速度としては、制御対象となるモータ11aのベース回転速度が設定されている。
The first control speed indicates the motor speed at the timing when the maximum deceleration that is the maximum value of the deceleration of the
マージン設定用比率は、モータ11aの最大減速度に掛け合わせて、位置制御時の減速度である位置制御用減速度を算出するためパラメータである。本実施形態において、マージン設定用比率は、図3に示すように、後述する第二制御速度以下での位置制御用減速度を最大減速度よりも緩やかにしてマージンを持たせ、モータ11aが必ず安定して停止しうるようになっており、例えば90〜95%程度の値が設定される。
The margin setting ratio is a parameter for calculating the position control deceleration, which is the deceleration at the time of position control, by multiplying the maximum deceleration of the
位置制御時間は、位置制御用減速度で駆動制御する時間の最小値として設定されるパラメータである。上述したとおり、本実施形態では、位置制御用減速度にマージンが設定されるが、位置制御用減速度で駆動制御する時間が短すぎると、図4に示すように、最大トルクで減速時の計測誤差を吸収し切れない場合がある。この場合、モータ11aの停止後、さらに1回転させる必要があるため、停止するまでの時間が無駄に長引いてしまう。そこで、本実施形態では、最低でも位置制御時間の間は、位置制御を実行するようにマージンが設定されており、例えば10〜100msec程度の値が設定される。
The position control time is a parameter that is set as the minimum value of time for drive control with the position control deceleration. As described above, in this embodiment, a margin is set for the deceleration for position control. However, if the drive control time is too short with the deceleration for position control, as shown in FIG. Measurement errors may not be completely absorbed. In this case, since it is necessary to make one more rotation after the
設定最大加速度は、回転軸にかかるイナーシャ(回転慣性モーメント)が最小のときに、モータ11aを最大トルクで加速した際の加速度を示すものである。本実施形態において、イナーシャが最小の場合とは、例えば、回転軸にワーク等が取り付けられていない場合である。あるいは、同じワークを繰り返し量産加工する場合等には、加工後のワークが取り付けられている状態で測定したイナーシャが最小となる。本実施形態において、設定最大加速度は、工作機械11に用いられるモータ11aの種類等に応じて予め設定されている。なお、回転軸にかかるイナーシャが最小のときに、モータ11aを最大トルクで減速した際の減速度も設定最大加速度と同一であるため、当該減速度を含めて設定最大加速度というものとする。
The set maximum acceleration indicates the acceleration when the
イナーシャ測定時間は、回転軸にかかるイナーシャを測定するために必要な時間を示すものである。通常、イナーシャを測定するには、数サイクル分のデータが必要となる。このため、イナーシャ測定時間は、工作機械11に用いられるモータ11aの種類等に応じて必要な時間が確保されている。
The inertia measurement time indicates the time required to measure the inertia applied to the rotating shaft. Usually, several cycles of data are required to measure inertia. For this reason, the inertia measurement time is ensured according to the type of the
設定加速度は、後述する第3モードにおいて使用する加速度である。本実施形態において、設定加速度は、手動操作時の加速度等のように、他のパラメータとして別途設定されている値が援用されている。しかしながら、設定加速度は、当該値に限定されるものではなく、最大トルクで加速した際の最大加速度よりも小さい値に設定されていればよい。 The set acceleration is an acceleration used in a third mode described later. In the present embodiment, as the set acceleration, a value separately set as another parameter is used, such as an acceleration at the time of manual operation. However, the set acceleration is not limited to the value, and may be set to a value smaller than the maximum acceleration when accelerating with the maximum torque.
工作機械11は、旋盤、ボール盤、中ぐり盤、フライス盤、歯切り盤、研削盤等のように、金属、木材、石材、樹脂等のワークに対して、切断、穿孔、研削、研磨、圧延、鍛造、折り曲げ等の加工を施すための機械である。工作機械11は、図1に示すように、モータ駆動制御装置1の加減速制御部41から供給される駆動信号に基づいて駆動制御されるモータ11aと、このモータ11aの位置情報(回転角度位置)を検出するロータリエンコーダ等の位置検出手段11bとを有している。なお、本実施形態では、工作機械11の主軸モータを制御対象としているが、他のモータ11aを制御することも可能である。
The
モータ駆動制御装置1は、工作機械11を制御する数値制御装置等のコンピュータによって構成されており、図1に示すように、各種のデータを記憶するとともに、演算処理手段3が演算処理を行う際のワーキングエリアとして機能する記憶手段2と、記憶手段2にインストールされたモータ駆動制御プログラム1aを実行することにより、各種の演算処理を実行し後述する各構成部として機能する演算処理手段3とを有している。以下、各構成手段について説明する。
The motor
記憶手段2は、ハードディスク、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、フラッシュメモリ等で構成されており、図1に示すように、プログラム記憶部21と、設定条件記憶部22とを有している。
The storage means 2 includes a hard disk, a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), a flash memory, etc. As shown in FIG. 1, a
プログラム記憶部21には、本実施形態のモータ駆動制御装置1を制御するためのモータ駆動制御プログラム1aがインストールされている。そして、演算処理手段3が、当該モータ駆動制御プログラム1aを実行することにより、コンピュータとしてのモータ駆動制御装置1を後述する各構成部として機能させるようになっている。なお、本実施形態において、モータ駆動制御プログラム1aは、モータ11aの基本的な制御モードとして、一定速度に制御するための速度制御モードと、回転軸を所望の停止位置に位置決めするための位置制御モードとを備えている。
The
また、モータ駆動制御プログラム1aは、後述するとおり、本発明に係る特徴的な制御モードとして、モータ11aの駆動制御開始時における初速度と、現在位置から停止位置までの差分値とに応じて選択される、以下の3つのモードを有している。
第1モード:初速度がベース回転数近傍より低速であって、後述する最大減速可能速度以上の場合に好適なモード
第2モード:初速度が最大減速可能速度未満であって、差分値が後述するイナーシャ測定最小距離以上の場合に好適なモード
第3モード:初速度が最大減速可能速度未満であって、差分値がイナーシャ測定最小距離よりも小さい場合に好適なモード
Further, as will be described later, the motor
First mode: a mode suitable when the initial speed is lower than the vicinity of the base rotational speed and is equal to or higher than the maximum decelerable speed described later. Second mode: the initial speed is less than the maximum decelerable speed and the difference value is described later. Mode suitable for the case where the inertia measurement distance is greater than or equal to the third mode: Mode suitable for the case where the initial speed is less than the maximum decelerable speed and the difference value is smaller than the minimum inertia measurement distance
なお、モータ駆動制御プログラム1aの利用形態は、上記構成に限られるものではない。例えば、CD−ROMやUSBメモリ等のように、コンピュータで読み取り可能な非一時的な記録媒体にモータ駆動制御プログラム1aを記憶させておき、当該記録媒体から直接読み出して実行してもよい。また、外部サーバ等からクラウドコンピューティング方式やASP(Application Service Provider)方式等で利用してもよい。
The usage form of the motor
設定条件記憶部22は、上位コントローラ10から出力された各種の設定条件を記憶するものである。本実施形態では、上述したとおり、停止位置と、位置決め条件と、停止判定速度と、第一制御速度と、マージン設定用比率と、位置制御時間と、設定最大加速度と、イナーシャ測定時間と、設定加速度とが、上位コントローラ10で予め設定されており、これらの設定条件が設定条件記憶部22に読み込まれて記憶されるようになっている。
The setting
つぎに、演算処理手段3は、CPU(Central Processing Unit)等によって構成されており、記憶手段2にインストールされたモータ駆動制御プログラム1aを実行することにより、図1に示すように、設定条件取得部31と、位置情報取得部32と、モータ状態算出部33と、最大減速可能速度算出部34と、イナーシャ測定最小距離算出部35と、位置制御用減速度算出部36と、切換速度算出部37と、位置制御用減速度調整部38と、第一最大速度算出部39と、第二最大速度算出部40と、加減速制御部41と、位置決め完了判定部42として機能するようになっている。以下、各構成部についてより詳細に説明する。
Next, the arithmetic processing means 3 is constituted by a CPU (Central Processing Unit) or the like, and by executing the motor
設定条件取得部31は、モータ11aの位置決めに必要な各種の設定条件を取得するものである。本実施形態において、設定条件取得部31は、上位コントローラ10から出力された停止位置、位置決め条件、停止判定速度、第一制御速度、マージン設定用比率、位置制御時間、設定最大加速度およびイナーシャ測定時間からなる設定条件を取得し、これらの設定条件を設定条件記憶部22に保存するようになっている。
The setting
位置情報取得部32は、モータ11aの位置情報(回転角度位置)を取得するものである。本実施形態において、位置情報取得部32は、図1に示すように、工作機械11に設けられた位置検出手段11bによって検出されたモータ11aの位置情報を取得し、モータ状態算出部33へ出力するようになっている。
The position
モータ状態算出部33は、モータ11aの状態を示す各種の値を算出するものである。本実施形態において、モータ状態算出部33は、位置検出手段11bによって検出されたモータ11aの位置情報を位置情報取得部32から取得し、当該位置情報に基づいてモータ11aの状態を算出する。
The motor
具体的には、モータ状態算出部33は、位置情報を1回微分した値をモータ11aの現在速度として算出し、位置情報を2回微分した値をモータ11aの加速度または減速度として算出する。また、モータ状態算出部33は、後述するとおり、第1モードでは、数サイクル分の減速度データに基づいて最大減速度を算出し、第2モードでは、数サイクル分の加速度データに基づいて最大加速度を算出するようになっている。さらに、モータ状態算出部33は、位置情報によって特定される現在位置と、設定条件として記憶されている停止位置との差分値を算出するようになっている。
Specifically, the motor
最大減速可能速度算出部34は、モータ11aを最大トルクで減速制御しても安定して停止できる速度の最小値である最大減速可能速度を算出するものである。本実施形態では、モータ11aが停止している状態からの位置決めの他、モータ11aが比較的低速度で回転している状態からの位置決めを想定している。このため、モータ11aを最大トルクで減速制御すると直ちに停止してしまい、安定して停止できなくなる速度の閾値を最大減速可能速度として算出する。そして、この最大減速可能速度によって、第1モードで制御するか、第2モードまたは第3モードで制御するかが判定されるようになっている。
The maximum decelerable
具体的には、モータ11aを最大トルクで減速制御して安定して停止する場合には、図5に示すように、イナーシャ測定時間の間は最大トルクで減速した後、位置制御時間の間は位置制御用減速度(マージン設定用比率×設定最大加速度)で減速されることとなる。このため、最大減速可能速度算出部34は、設定条件記憶部22に記憶されている設定最大加速度、イナーシャ測定時間、マージン設定用比率および位置制御時間に基づいて、下記式(1)によって最大減速可能速度ωdを算出するようになっている。
ωd=amaxTi+XamaxT …式(1)
ただし、各記号は以下を表す。
amax:設定最大加速度
Ti:イナーシャ測定時間
X:マージン設定用比率
T:位置制御時間
Specifically, when the
ω d = a max T i + Xa max T (1)
However, each symbol represents the following.
a max : set maximum acceleration T i : inertia measurement time X: margin setting ratio T: position control time
イナーシャ測定最小距離算出部35は、回転軸にかかるイナーシャが最小のときに、イナーシャを測定するために必要な移動距離の最小値であるイナーシャ測定最小距離を算出するものである。本実施形態では、上述したとおり、モータ11aが比較的低速度で回転している状態からの位置決めや、モータ11aが停止している状態からの位置決めを想定している。しかしながら、現在位置が停止位置に非常に近い場合には、イナーシャを算出した時点から最短距離で停止できずに、一旦加速してもう1周することが想定される。
The inertia measurement minimum
このため、イナーシャが最小のときに、イナーシャを測定することにより最低限進んでしまう距離であって、最大トルクで加速および減速すると停止位置に停止できなくなる距離の閾値をイナーシャ測定最小距離として算出する。実際にイナーシャが存在する場合には、図6に示すように、イナーシャ測定最小距離よりも最小距離は小さくなる。このため、現在位置から停止位置までの距離がイナーシャ測定最小距離よりも小さければ、イナーシャがいかなる値であっても最大トルクでは停止できないためである。そして、このイナーシャ測定最小距離によって、第2モードで制御するか、第3モードで制御するかが判定されるようになっている。 For this reason, when the inertia is the minimum, the distance that is minimum traveled by measuring the inertia, and the distance that cannot stop at the stop position when accelerating and decelerating with the maximum torque is calculated as the minimum inertia measurement distance. . When the inertia actually exists, as shown in FIG. 6, the minimum distance becomes smaller than the minimum inertia measurement distance. For this reason, if the distance from the current position to the stop position is smaller than the minimum inertia measurement distance, the inertia cannot be stopped at the maximum torque regardless of the value of the inertia. Whether to control in the second mode or in the third mode is determined based on the minimum inertia measurement distance.
具体的には、イナーシャ測定最小距離は、図7に示すように、初速度ω0の状態からイナーシャ測定時間Tiの間、設定最大加速度amaxで加速したときの移動距離S1と、後述する第一最大速度ωmax1から第二制御速度ω2まで減速したときの移動距離S2と、位置制御時間Tの間に第二制御速度ω2から停止するまでの移動距離S3との合計である。 Specifically, the inertia measurement minimum distance, as shown in FIG. 7, between the initial speed omega 0 state of inertia measurement time T i, the movement distance S 1 when the acceleration at specified maximum acceleration a max, later total from the first maximum speed omega max1 and moving distance S 2 when the deceleration to a second control speed omega 2, a moving distance S 3 to a stop from the second control speed omega 2 between the position control time T to It is.
ここで、イナーシャ測定最小距離の算出方法について具体的に説明する。図7に示すように、上記移動距離S1〜S3は、それぞれ以下の式で表される。
S1=amaxTi 2/2+ω0Ti
S2=amaxt2 2/2+ω2Ti
S3=XamaxT2/2
また、ωmax1からω2まで減速したときの時間t2は以下の式で表される。
t2=(ωmax1−ω2)/amax=Ti−XT
Here, the calculation method of the inertia measurement minimum distance will be specifically described. As shown in FIG. 7, the moving distances S 1 to S 3 are represented by the following equations, respectively.
S 1 = a max T i 2 /2 + ω 0 T i
S 2 = a max t 2 2 /2 + ω 2 T i
S 3 = Xa max T 2/ 2
The time t 2 when the deceleration from omega max1 to omega 2 is expressed by the following equation.
t 2 = (ω max1 −ω 2 ) / a max = T i −XT
したがって、イナーシャ測定最小距離算出部35は、下記式(2)を用いてイナーシャ測定最小距離Sminを算出するようになっている。
Smin=S1+S2+S3=amax(2Ti 2+XT2−X2T2)/2+ω0Ti …式(2)
ただし、各記号は以下を表す。
ω0:初速度
amax:設定最大加速度
X:マージン設定用比率
Ti:イナーシャを測定するために必要な時間
T:位置制御時間
Therefore, the inertia measurement minimum
S min = S 1 + S 2 + S 3 = a max (2T i 2 + XT 2 −X 2 T 2 ) / 2 + ω 0 T i (2)
However, each symbol represents the following.
ω 0 : Initial speed a max : Maximum set acceleration X: Margin setting ratio T i : Time required for measuring inertia T: Position control time
位置制御用減速度算出部36は、第1モードまたは第2モードにおいて、位置制御時に使用する減速度である位置制御用減速度を算出するものである。本実施形態において、位置制御用減速度算出部36は、モータ状態算出部33によって算出されたモータ11aの最大加速度または最大減速度を取得するとともに、設定条件記憶部22からマージン設定用比率を取得する。そして、位置制御用減速度算出部36は、当該最大加速度または最大減速度にマージン設定用比率を掛け合わせて位置制御用減速度を算出するようになっている。
The position control
具体的には、第1モードにおいて、位置制御用減速度算出部36は、最大減速度にマージン設定用比率を掛け合わせて位置制御用減速度を算出する。一方、第2モードにおいて、位置制御用減速度算出部36は、最大トルク時の最大減速度と最大加速度とが一致していると想定し、当該最大加速度にマージン設定用比率を掛け合わせて位置制御用減速度を算出するようになっている。なお、トルクの値が同じであれば、摩擦の影響によって最大減速度が最大加速度よりも大きくなり、安全に停止しやすいため、上記想定が可能となる。
Specifically, in the first mode, the position control
切換速度算出部37は、第1モードまたは第2モードにおいて、モータ11aの駆動制御を速度制御から位置制御に切り換えるタイミングを規定する第二制御速度を算出するものである。図8に示すように、高速領域から減速度にマージンを持たせてしまうと、わずかなマージンでも停止までにかかる時間が増大し、無駄が発生してしまう。そこで、切換速度算出部37は、できるだけ最大トルクで減速させる時間を確保しつつ、かつ、確実に停止位置で停止しうるような切り換えタイミングを特定するようになっている。
The switching
具体的には、切換速度算出部37は、モータ状態算出部33によって算出された最大減速度および差分値と、設定条件記憶部22に記憶されている第一制御速度、マージン設定用比率および位置制御時間とに基づいて、最大減速度での移動距離と位置制御用減速度での移動距離との和が最小となる速度を第二制御速度として算出するようになっている。
Specifically, the switching
ここで、第二制御速度の算出方法について具体的に説明する。図9に示すように、第一制御速度ω1から第二制御速度ω2までは、最大減速度a1で時間t1をかけて減速し、第二制御速度ω2から停止するまでは、位置制御用減速度a2で時間t2をかけて減速した場合、以下の式(a)〜(d)が成り立つ。
S1=(ω1+ω2)t1/2:a1で減速したときの移動距離 …式(a)
S2=ω2t2/2:a2で減速したときの移動距離 …式(b)
ω1=a1t1+a2t2 …式(c)
ω2=a2t2 …式(d)
Here, the calculation method of the second control speed will be specifically described. As shown in FIG. 9, from the first control speed ω 1 to the second control speed ω 2 , the vehicle is decelerated over the time t 1 with the maximum deceleration a 1 and until it stops from the second control speed ω 2 . When the vehicle is decelerated over time t 2 with the position control deceleration a 2 , the following equations (a) to (d) hold.
S 1 = (ω 1 + ω 2)
S 2 = ω 2 t 2/ 2: the moving distance ... formula at the time of deceleration in a 2 (b)
ω 1 = a 1 t 1 + a 2 t 2 Formula (c)
ω 2 = a 2 t 2 Formula (d)
また、停止するまでの移動距離は、現在位置と停止位置との差分値Lおよびモータ11aの回転数nを用いてL+2πnと表されるから、上記式(a)〜(d)より、以下の式(e)が成り立つ。
S1+S2=ω1t1/2+ω2(t1+t2)/2=L+2πn …式(e)
さらに、上述したマージン設定用比率Xおよび位置制御時間Tのマージンパラメータを用いて以下の関係式(f),(g)が成り立つ。
a2=a1X …式(f)
t2≧T …式(g)
Further, since the moving distance until stopping is expressed as L + 2πn using the difference value L between the current position and the stopping position and the rotation speed n of the
S 1 + S 2 = ω 1
Further, the following relational expressions (f) and (g) are established by using the margin setting ratio X and the margin parameters of the position control time T described above.
a 2 = a 1 X Formula (f)
t 2 ≧ T Equation (g)
以上において、上記式(c),(d)より導出される、t1=(ω1−ω2)/a1およびt2=ω2/a2を、上記式(e)に代入すると、下記式(h)が成り立つ。
ω2 2(1/2a2−1/2a1)+ω1 2/2a1=L+2πn …式(h)
よって、上記式(h)および上記式(f)により、第二制御速度ω2については、下記式(3)が導出される。
ω2=√[{X/(1−X)}・{2a1(L+2πn)−ω1 2}] …式(3)
In the above, when t 1 = (ω 1 −ω 2 ) / a 1 and t 2 = ω 2 / a 2 derived from the above formulas (c) and (d) are substituted into the above formula (e), The following formula (h) holds.
ω 2 2 (1 / 2a 2 −1 / 2a 1 ) + ω 1 2 / 2a 1 = L + 2πn Formula (h)
Therefore, the following formula (3) is derived for the second control speed ω 2 by the above formula (h) and the above formula (f).
ω 2 = √ [{X / (1-X)} · {2a 1 (L + 2πn) −ω 1 2 }] Equation (3)
ここで、上記式(3)のルート(根号)の中が正の数であるためには、下記式(i)を満たす必要がある。
n≧(ω1 2/2a1−L)/2π …式(i)
一方、上記式(d),(f),(g)より、マージンに対する制限として、下記式(j)が成り立つ。
ω2≧a2T=a1XT …式(j)
よって、上記式(i)および上記式(j)により、モータ11aが停止するまでに必要な回転数nについては、下記式(4)が導出される。
n≧〔[ω1 2+{(1−X)/X}(a1XT)2]/2a1−L〕/2π …式(4)
Here, in order for the route (root) in the above formula (3) to be a positive number, the following formula (i) needs to be satisfied.
n ≧ (ω 1 2 / 2a 1 −L) / 2π Formula (i)
On the other hand, from the above formulas (d), (f), and (g), the following formula (j) holds as a restriction on the margin.
ω 2 ≧ a 2 T = a 1 XT Equation (j)
Therefore, the following equation (4) is derived for the rotational speed n required until the
n ≧ [[ω 1 2 + {(1−X) / X} (a 1 XT) 2 ] / 2a 1 −L] / 2π Formula (4)
すなわち、切換速度算出部37は、下記式(4)を満たすモータ11aが停止するまでに必要な回転数nの最小値を用いて、下記式(3)によって第二制御速度ω2を算出するようになっている。
ω2=√[{X/(1−X)}・{2a1(L+2πn)−ω1 2}] …式(3)
n≧〔[ω1 2+{(1−X)/X}(a1XT)2]/2a1−L〕/2π …式(4)
ただし、各記号は以下を表す。
ω1:第一制御速度(ベース回転速度)
ω2:第二制御速度(切換速度)
a1:最大減速度
n:モータが停止するまでに必要な回転数
L:現在位置と停止位置との差分値
X:マージン設定用比率
T:位置制御時間
That is, the switching
ω 2 = √ [{X / (1-X)} · {2a 1 (L + 2πn) −ω 1 2 }] Equation (3)
n ≧ [[ω 1 2 + {(1−X) / X} (a 1 XT) 2 ] / 2a 1 −L] / 2π Formula (4)
However, each symbol represents the following.
ω 1 : First control speed (base rotation speed)
ω 2 : Second control speed (switching speed)
a 1 : Maximum deceleration n: Number of rotations required until the motor stops L: Difference value between current position and stop position X: Margin setting ratio T: Position control time
位置制御用減速度調整部38は、第1モードまたは第2モードにおいて、位置検出手段11bによる測定誤差を吸収するように位置制御用減速度を調整するものである。本実施形態において、位置制御用減速度調整部38は、加減速制御部41が、第二制御速度よりも小さい速度でモータ11aを減速制御している間、最新の位置情報に基づいて位置制御用減速度を調整する。
The position control
具体的には、図10に示すように、第二制御速度よりも小さい速度ω3でモータ11aを減速制御している時点において、停止位置までの残りの移動距離S3を時間t3をかけて減速する場合、上記式(b)と同様、下記式(k)が成り立つ。
S3=ω3t3/2 …式(k)
また、当該時点において、位置制御用減速度a2で減速している場合、速度ω3については、上記式(d)と同様、下記式(l)が成り立つ。
ω3=a2t3 …式(l)
よって、上記式(k),(l)により、以下の式(m)が導出される。
S3=ω3 2/2a2 …式(m)
Specifically, as shown in FIG. 10, when the
S 3 = ω 3 t 3/ 2 ... formula (k)
Further, when the vehicle is decelerating at the position control deceleration a 2 at that time, the following equation (1) is established for the velocity ω 3 , as in the equation (d).
ω 3 = a 2 t 3 Formula (l)
Therefore, the following formula (m) is derived from the above formulas (k) and (l).
S 3 = ω 3 2 / 2a 2 Formula (m)
以上より、位置制御用減速度調整部38は、位置制御を実行している間、最新の位置情報に基づいて、モータ状態算出部33によって算出された残りの移動距離S3および速度ω3を取得し、上記式(m)が成立するか否かを常時監視する。そして、上記式(m)が成り立たなくなったとき(S3≠ω3 2/2a2となったとき)は、位置制御用減速度a2のままでは停止位置に停止できないことを意味するから、位置制御用減速度の調整が必要と判断し、上記式(m)を変形した下記式(n)により調整後の位置制御用減速度a3を算出する。
a3=ω3 2/2S3 …式(n)
そして、位置制御用減速度調整部38は、当該調整後の位置制御用減速度a3を加減速制御部41へ指示するようになっている。
As described above, the position control
a 3 = ω 3 2 / 2S 3 Formula (n)
Then, the position control
なお、上述した位置制御用減速度の調整に際し、仮に大きな外乱等の発生により、調整後の位置制御用減速度a3が、最大減速度a1よりも大きくなってしまった場合、オーバーシュートが発生する等、所望の制御が不能となってしまうおそれがある。そこで、上記のような場合(a3>a1)には、位置制御用減速度調整部38が、マージン設定用比率Xを適宜低減させ、再設定するようにしてもよい。例えば、マージン設定用比率Xが95%に設定されていた場合には、90%にすることで上記のような場合が回避される。ただし、上記のように再設定する場合でも、当該再設定の前に発生するオーバシュートや多くの回転は避けられない。そのため、量産する場合等には、予め所定のマージン設定用比率Xでテスト加工を行い、上手くいかない場合には、より安全側のマージン設定用比率Xを設定することで外乱等の影響を最小限に抑えることが好ましい。
When adjusting the above-described deceleration for position control, if the post-adjustment position control deceleration a 3 becomes larger than the maximum deceleration a 1 due to the occurrence of a large disturbance or the like, an overshoot occurs. There is a risk that the desired control may become impossible, for example. Therefore, in the above case (a 3 > a 1 ), the position control
第一最大速度算出部39は、第2モードにおいて、モータ11aの駆動制御を加速制御から減速制御に切り換える第一最大速度を算出するものである。本実施形態において、第一最大速度算出部39は、モータ状態算出部33によって算出された初速度(現在速度)、最大加速度および差分値と、設定条件記憶部22に記憶されているマージン設定用比率および位置制御時間と、位置制御用減速度算出部36によって算出された位置制御用減速度とに基づいて、最大加速度での加速時間と最大減速度での減速時間と位置制御時間との和が最小となる速度を、第一最大速度として算出するようになっている。
The first maximum
ここで、第一最大速度の算出方法について具体的に説明する。図11に示すように、現在速度ω0から第一最大速度ωmax1までは、最大加速度a1で時間t1をかけて加速し、第一最大速度ωmax1から第二制御速度ω2までは、最大減速度a1で時間t2をかけて減速し、第二制御速度ω2から停止するまでは、位置制御用減速度a2(=Xa1)で位置制御時間Tをかけて減速した場合、各制御区間における移動距離S1〜S3は、それぞれ以下の式で表される。
S1=(ωmax1+ω0)t1/2 …式(A)
S2=(ωmax1+ω2)t1/2 …式(B)
S3=ω2T/2 …式(C)
また、ω0からωmax1まで加速したときの時間t1、およびωmax1からω1まで減速したときの時間t2は、それぞれ以下の式で表される。
t1=(ωmax1−ω0)/a1 …式(D)
t2=(ωmax1−ω2)/a1 …式(E)
Here, the calculation method of the first maximum speed will be specifically described. As shown in FIG. 11, from the current speed ω 0 to the first maximum speed ω max1 , acceleration is performed with the maximum acceleration a 1 over time t 1 , and from the first maximum speed ω max1 to the second control speed ω 2. The vehicle is decelerated over the time t 2 at the maximum deceleration a 1 and decelerated over the position control time T at the position control deceleration a 2 (= Xa 1 ) until the second control speed ω 2 is stopped. In this case, the movement distances S 1 to S 3 in each control section are represented by the following equations, respectively.
S 1 = (ω max1 + ω 0 ) t 1/2 Formula (A)
S 2 = (ω max1 + ω 2 ) t 1/2 Formula (B)
S 3 = ω 2 T / 2 Formula (C)
Further, time t 1 when accelerating from ω 0 to ω max1 and time t 2 when decelerating from ω max1 to ω 1 are expressed by the following equations, respectively.
t 1 = (ω max1 −ω 0 ) / a 1 Formula (D)
t 2 = (ω max1 −ω 2 ) / a 1 Formula (E)
また、停止するまでの移動距離は、現在位置と停止位置との差分値Lおよびモータ11aの回転数nを用いてL+2πnと表されるから、上記式(A)〜(C)より、以下の式(F)が成り立つ。
S1+S2+S3=(ωmax1+ω0)t1/2+(ωmax1+ω2)t1/2+ω2T/2=L+2πn …式(F)
さらに、上述したマージン設定用比率Xおよび位置制御時間Tのマージンパラメータを用いて以下の関係式(G)が成り立つ。
ω2=a2T=a1XT …式(G)
Further, since the moving distance until stopping is expressed as L + 2πn using the difference value L between the current position and the stopping position and the rotation speed n of the
S 1 + S 2 + S 3 = (ω max1 + ω 0)
Further, the following relational expression (G) is established by using the margin setting ratio X and the margin parameter of the position control time T described above.
ω 2 = a 2 T = a 1 XT Formula (G)
以上において、上記式(D),(E)を上記式(F)に代入すると、下記式(H)が成り立つ。
2ωmax1 2−ω0 2−ω2 2+a1Tω2=2a1(L+2πn) …式(H)
これをωmax1についてまとめると、ωmax1>0であるから以下の式が成り立つ。
ωmax1=√[{ω0 2+ω2 2−a1Tω2)}/2+a1(L+2πn)] …式(I)
よって、上記式(I)および上記式(G)により、第一最大速度ωmax1については、下記式(5)が導出される。
ωmax1=√[{ω0 2−a1 2T2X(1−X)}/2+a1(L+2πn)] …式(5)
In the above, when the above formulas (D) and (E) are substituted into the above formula (F), the following formula (H) is established.
2ω max1 2 −ω 0 2 −ω 2 2 + a 1 Tω 2 = 2a 1 (L + 2πn) Equation (H)
Summarizing this for ω max1 , since ω max1 > 0, the following equation holds.
ω max1 = √ [{ω 0 2 + ω 2 2 −a 1 Tω 2 )} / 2 + a 1 (L + 2πn)] Formula (I)
Therefore, the following formula (5) is derived for the first maximum speed ω max1 by the above formula (I) and the above formula (G).
ω max1 = √ [{ω 0 2 −a 1 2 T 2 X (1−X)} / 2 + a 1 (L + 2πn)] (5)
ここで、上記式(5)のルート(根号)の中が正の数であるためには、モータ11aが停止するまでに必要な回転数nが、下記式(6)を満たす必要がある。
n≧〔[ω0 2+a1 2T2X(1−X)]/2a1−L〕/2π …式(6)
Here, in order for the route in the above formula (5) to be a positive number, the rotation speed n required until the
n ≧ [[ω 0 2 + a 1 2 T 2 X (1-X)] / 2a 1 −L] / 2π Formula (6)
すなわち、第一最大速度算出部39は、下記式(6)を満たす、モータ11aが停止するまでに必要な回転数nの最小値を用いて、下記式(5)によって第一最大速度ωmax1を算出するようになっている。
ωmax1=√[{ω0 2−a1 2T2X(1−X)}/2+a1(L+2πn)] …式(5)
n≧〔[ω0 2+a1 2T2X(1−X)]/2a1−L〕/2π …式(6)
ただし、各記号は以下を表す。
ω0:初速度
a1:最大加速度(最大減速度)
n:モータが停止するまでに必要な回転数
L:現在位置と停止位置との差分値
X:マージン設定用比率
T:位置制御時間
That is, the first maximum
ω max1 = √ [{ω 0 2 −a 1 2 T 2 X (1−X)} / 2 + a 1 (L + 2πn)] (5)
n ≧ [[ω 0 2 + a 1 2 T 2 X (1-X)] / 2a 1 −L] / 2π Formula (6)
However, each symbol represents the following.
ω 0 : Initial speed a 1 : Maximum acceleration (maximum deceleration)
n: Number of rotations required until the motor stops L: Difference value between the current position and the stop position X: Margin setting ratio T: Position control time
第二最大速度算出部40は、第3モードにおいて、モータの駆動制御を加速制御から減速制御に切り換える第二最大速度を算出するものである。本実施形態において、第二最大速度算出部40は、設定条件記憶部22に記憶されている設定加速度と、モータ状態算出部33によって算出された差分値とに基づいて、モータの駆動制御を加速制御から減速制御に切り換える第二最大速度を算出するようになっている。
The second maximum
具体的には、第二最大速度算出部40は、差分値Lが1回転以内であることを前提とすると、第二最大速度に到達するまでの時間t(停止位置に到達するまでの時間の半分)と、設定加速度asetとから、以下の式が成り立つ。
L=asett2 …式(7)
また、第3モードにおいて、速度と時間の関係を示すグラフが二等辺三角形になることを想定すると、第二最大速度ωmax2は、asettで表される。よって、第二最大速度算出部40は、下記式(8)によって第二最大速度ωmax2を算出するようになっている。
ωmax2=aset×√(L/aset)=√(asetL) …式(8)
ただし、各記号は以下を表す。
aset:設定加速度
L:現在位置と停止位置との差分値
Specifically, assuming that the difference value L is within one rotation, the second maximum
L = a set t 2 Formula (7)
In the third mode, assuming that the graph indicating the relationship between speed and time is an isosceles triangle, the second maximum speed ω max2 is represented by a set t. Therefore, the second maximum
ω max2 = a set × √ (L / a set ) = √ (a set L) (8)
However, each symbol represents the following.
a set : set acceleration L: difference value between current position and stop position
加減速制御部41は、モータ11aに駆動信号を出力し加速制御および減速制御を実行するものである。本実施形態において、加減速制御部41は、モータ状態算出部33によって算出されたモータ11aの現在速度を常時監視する。そして、モータ11aの駆動制御開始時における初速度と、現在位置から停止位置までの差分値とに基づいて、上述した第1モード、第2モードおよび第3モードのうち、いずれかのモードを択一的に実行するようになっている。
The acceleration /
具体的には、第1モードでは、加減速制御部41は、モータの速度が第二制御速度以上であれば最大トルクで減速制御し、モータの速度が第二制御速度よりも小さくなった後には位置制御用減速度で減速制御する。また、第2モードでは、加減速制御部41は、モータの速度が第一最大速度よりも小さいうちは最大トルクで加速制御し、モータの速度が第一最大速度に到達すると最大トルクで減速制御し、モータの速度が第二制御速度よりも小さくなった後には位置制御用減速度で減速制御する。さらに、第3モードでは、加減速制御部41は、モータの速度が第二最大速度よりも小さいうちは設定加速度で加速制御し、モータの速度が第二最大速度に到達すると設定加速度で減速制御する。
Specifically, in the first mode, the acceleration /
また、本実施形態において、加減速制御部41は、位置制御用減速度調整部38によって位置制御用減速度が調整された場合には、当該調整後の位置制御用減速度a3によって減速制御(位置制御)を実行するようになっている。
Further, in the present embodiment, acceleration and
位置決め完了判定部42は、モータ11aの位置決めが完了したか否かを判定するものである。本実施形態において、位置決め完了判定部42は、設定条件記憶部22に記憶されている停止位置、位置決め条件および停止判定速度を参照し、位置情報取得部32によって取得された位置情報(現在位置)が、当該停止位置に対して許容誤差範囲内にあるか否か、およびモータ状態算出部33によって算出された現在速度が、当該停止判定速度以下であるか否かを判定する。そして、位置決め完了判定部42は、現在位置が停止位置に対して許容誤差範囲内であり、かつ、現在速度が停止判定速度以下である場合のみ、位置決めが完了したと判定するようになっている。
The positioning
つぎに、本実施形態のモータ駆動制御装置1による作用について、図12のフローチャートを参照しつつ説明する。なお、本実施形態では、モータ11aが比較的低速度で回転している状態からの位置決め、または停止している状態からの位置決めを想定している。このため、ベース回転数よりも高速度で回転している状態から位置決めする場合は、特願2015−136510号に係る駆動制御に従って、モータ11aの速度が第二制御速度よりも大きいうちは最大トルクで減速制御(速度制御)し、モータ11aの速度が第二制御速度よりも小さくなった後には、位置制御用減速度で減速制御(位置制御)するようになっている。
Next, the operation of the motor
本実施形態のモータ駆動制御装置1によって工作機械11のモータ11aを制御し、所定の停止位置に位置決めを行う場合、まず、設定条件取得部31が、上位コントローラ10から出力された停止位置、位置決め条件、停止判定速度、第一制御速度、マージン設定用比率、位置制御時間、設定最大加速度、イナーシャ測定時間および設定加速度からなる設定条件を取得し、設定条件記憶部22に保存する(ステップS1)。これにより、モータ駆動制御装置1が位置決めシーケンスへ移行する。
When the motor
つぎに、位置情報取得部32が、位置検出手段11bによって検出された位置情報を取得すると(ステップS2)、モータ状態算出部33が、当該位置情報に基づいて、モータ11aの現在速度、加速度または減速度、および現在位置と停止位置との差分値を算出する(ステップS3)。これにより、モータ11aの現在の状態情報が把握される。なお、以降の処理ステップにおいて、位置情報取得部32による位置情報の取得ステップ(ステップS2)およびモータ状態算出部33による状態情報の算出ステップ(ステップS3)に相当する処理ついては、一つのステップにまとめて説明するものとする。
Next, when the position
つづいて、最大減速可能速度算出部34が、設定最大加速度、イナーシャ測定時間、マージン設定用比率および位置制御時間に基づいて、最大減速可能速度を算出する(ステップS4)。これにより、モータ11aを最大トルクで減速制御しても安定して停止できる速度の最小値が最大減速可能速度として求められる。このため、現在速度が最大減速可能速度以上であれば(ステップS5:NO)、第1モードで制御する(ステップS7)。
Subsequently, the maximum decelerable
一方、現在速度が最大減速可能速度未満であれば(ステップS5:YES)、第2モードまたは第3モードで制御するべく、イナーシャ測定最小距離算出部35が、イナーシャ測定最小距離を算出する(ステップS6)。これにより、回転軸にかかるイナーシャが最小のときに、イナーシャを測定するために必要な移動距離の最小値がイナーシャ測定最小距離として求められる。このため、差分値がイナーシャ測定最小距離以上であれば(ステップS8:YES)、第2モードで制御し(ステップS9)、差分値がイナーシャ測定最小距離よりも小さい場合(ステップS8:NO)、第3モードで制御する(ステップS10)。以下、第1モード、第2モードおよび第3モードのそれぞれについて説明する。
On the other hand, if the current speed is less than the maximum decelerable speed (step S5: YES), the inertia measurement minimum
[1]第1モードについて
第1モードが実行される場合、モータ11aの初速度は、図13に示すように、ベース回転数の近傍から低速域に存在することとなる。このため、図14に示すように、加減速制御部41は、まず最大トルクでモータ11aの減速制御を開始する(ステップS11)。このとき、モータ11aの初速度は最大減速可能速度以上であるため、最大トルクで減速制御しても直ちに停止することがなく、安定して停止できることが担保される。
[1] Regarding the first mode When the first mode is executed, the initial speed of the
最大トルクで減速中、位置情報取得部32が位置情報を取得するとともに、モータ状態算出部33が各種の状態情報を算出し(ステップS12)、最大減速度が算出されるまで繰り返す(ステップS13)。これにより、実際にモータ11aの回転軸に発生しているイナーシャの影響を考慮した最大減速度が算出される。また、後述するとおり、最大トルクでの減速中に最大減速度が算出されることとなるため、イナーシャの異なるワークのそれぞれに対しても、常に最適な減速が可能となる。
While decelerating at the maximum torque, the position
最大減速度が算出されると(ステップS13:YES)、位置制御用減速度算出部36が、当該最大減速度にマージン設定用比率を掛け合わせて位置制御用減速度を算出する(ステップS14)。これにより、適切なマージン設定用比率を設定しておくことで、モータ11aが必ず安定して停止しうるような位置制御用減速度が算出される。
When the maximum deceleration is calculated (step S13: YES), the position control
つづいて、切換速度算出部37が、最大減速度と、第一制御速度と、マージン設定用比率、位置制御時間と、差分値とに基づいて、最大減速度での移動距離と位置制御用減速度での移動距離との和が最小となる速度を第二制御速度として算出する(ステップS15)。これにより、最も少ない回転数でモータ11aを停止位置に停止しうるような、モータ11aの駆動制御を速度制御から位置制御に切り換えるのに最適なタイミングが特定される。
Subsequently, the switching
また、本実施形態において、第二制御速度の算出には、マージン設定用比率および位置制御時間という二つのマージンパラメータが使用される。このため、位置検出手段11bによる計測誤差や外乱の影響があったとしても安定して制御でき、停止位置に位置決めできずに一回転多く回転させたり、オーバーシュートを防止できずに逆回転させる必要がない。また、各マージンパラメータの設定値は、ワークによって変更する必要がなく、直感的でもあるため設定や調整が極めて容易である。 In the present embodiment, the calculation of the second control speed uses two margin parameters, the margin setting ratio and the position control time. For this reason, even if there is a measurement error or disturbance due to the position detection means 11b, it can be stably controlled, and it is necessary to rotate it one turn without being positioned at the stop position, or to reversely rotate without preventing overshoot. There is no. In addition, the setting values of the margin parameters do not need to be changed depending on the work, and are intuitive and easy to set and adjust.
引き続き、最大トルクで減速されている間、位置情報取得部32によって位置情報が取得されるとともに、モータ状態算出部33によって各種の状態情報が算出され(ステップS16)、モータ11aの現在速度が第二制御速度よりも遅くなるまで繰り返される(ステップS17)。そして、モータ11aの速度が第二制御速度以上であるうちは(ステップS17:NO)、最大トルクで減速制御(速度制御)される。このため、最大トルクでの減速時間ができるだけ確保され、位置制御へ切り換える前までは迅速に減速されるため、位置決め完了までの時間が短縮される。
Subsequently, while the vehicle is decelerated with the maximum torque, the position
一方、モータ11aの速度が第二制御速度よりも小さくなると(ステップS17:YES)、位置制御用減速度調整部38が、位置制御用減速度の調整が必要か否かを判定する(ステップS18)。そして、調整が必要であれば(ステップS18:YES)、位置制御用減速度調整部38が、新たな位置制御用減速度を算出して調整を行う(ステップS19)。
On the other hand, when the speed of the
これにより、位置検出手段11bの計測誤差等に起因して、停止位置で停止できないような位置制御用減速度が設定されていたとしても、位置制御時間によってマージンが確保されているため、最低でも位置制御時間の間は位置制御が実行される。このため、最新の位置情報に基づいて、確実に停止位置で停止できるように位置制御用減速度が適宜調整される。 As a result, even if a position control deceleration that cannot be stopped at the stop position due to a measurement error of the position detection means 11b is set, a margin is secured by the position control time. Position control is performed during the position control time. Therefore, based on the latest position information, the position control deceleration is adjusted as appropriate so that the vehicle can be reliably stopped at the stop position.
つづいて、加減速制御部41は、位置制御用減速度の調整が不要であれば(ステップS18:NO)、ステップS14で算出された位置制御用減速度で減速制御(位置制御)を実行する(ステップS20)。また、位置制御用減速度が調整された場合は(ステップS18:YES)、当該調整後の位置制御用減速度によって減速制御(位置制御)を実行する(ステップS20)。
Subsequently, if it is unnecessary to adjust the deceleration for position control (step S18: NO), the acceleration /
これにより、マージンが設定された位置制御用減速度で位置制御されるため、モータ11aの位置決め動作における安定性が向上する。また、位置制御時間によって予めマージンを確保することで、モータ11aが必ず停止位置で停止するため、モータ11aの位置決め動作における確実性が向上する。さらに、設定された位置制御時間を超えて駆動されることがないため、停止するまでの時間に想定外の無駄が発生しない。
As a result, the position control is performed at the position control deceleration with the margin set, so that the stability in the positioning operation of the
位置制御されている間、位置情報取得部32によって位置情報が取得されるとともに、モータ状態算出部33によって各種の状態情報が算出され(ステップS21)、位置決めが完了するまでステップS18からの処理が繰り返される(ステップS22)。そして、位置決め完了判定部42によって、モータ11aの位置決めが完了したと判定されると(ステップS22:YES)、当該停止位置を保持し続けた状態で本シーケンスを終了する。
While the position is controlled, the position information is acquired by the position
[2]第2モードについて
第2モードが実行される場合、モータ11aの初速度は、図15に示すように、極めて低速であるか停止状態である。このため、図16に示すように、加減速制御部41は、まず最大トルクでモータ11aの加速制御を開始する(ステップS31)。このとき、現在位置から停止位置までの差分値がイナーシャ測定最小距離以上であるため(ステップS8:YES)、最大トルクで加速および減速しても、イナーシャの算出を完了した時点から最短距離で停止位置に停止できることが担保される。
[2] Regarding the second mode When the second mode is executed, the initial speed of the
最大トルクで加速中、位置情報取得部32が位置情報を取得するとともに、モータ状態算出部33が各種の状態情報を算出し(ステップS32)、最大加速度が算出されるまで繰り返す(ステップS33)。これにより、実際にモータ11aの回転軸に発生しているイナーシャの影響を考慮した最大加速度が算出される。また、後述するとおり、最大トルクでの加速中に最大加速度が算出されることとなるため、イナーシャの異なるワークのそれぞれに対しても、常に最適な加減速が可能となる。
While accelerating with the maximum torque, the position
最大加速度が算出されると(ステップS33:YES)、位置制御用減速度算出部36が、当該最大加速度にマージン設定用比率を掛け合わせて位置制御用減速度を算出する(ステップS34)。このとき、加速時および減速時のトルクが同一(最大)であるため、最大加速度を最大減速度として利用することができる。また、適切なマージン設定用比率を設定しておくことで、モータ11aが必ず安定して停止しうるような位置制御用減速度が算出される。
When the maximum acceleration is calculated (step S33: YES), the position control
つづいて、第一最大速度算出部39が、初速度と、最大加速度と、位置制御用減速度と、差分値と、マージン設定用比率と、位置制御用減速度で駆動制御する時間の最小値として設定される位置制御時間とに基づいて、最大加速度での加速時間と最大減速度での減速時間と位置制御時間との和が最小となる速度を、モータの駆動制御を加速制御から減速制御に切り換える第一最大速度として算出する(ステップS35)。
Subsequently, the first maximum
また、切換速度算出部37が、最大減速度と、第一制御速度と、マージン設定用比率、位置制御時間と、差分値とに基づいて、最大減速度での移動距離と位置制御用減速度での移動距離との和が最小となる速度を第二制御速度として算出する(ステップS36)。これにより、最も少ない回転数でモータ11aを停止位置に停止しうるような、モータ11aの駆動制御を速度制御から位置制御に切り換えるのに最適なタイミングが特定される。
Further, the switching
また、本実施形態において、第二制御速度の算出には、マージン設定用比率および位置制御時間という二つのマージンパラメータが使用される。このため、位置検出手段11bによる計測誤差や外乱の影響があったとしても安定して制御でき、停止位置に位置決めできずに一回転多く回転させたり、オーバーシュートを防止できずに逆回転させる必要がない。また、各マージンパラメータの設定値は、ワークによって変更する必要がなく、直感的でもあるため設定や調整が極めて容易である。 In the present embodiment, the calculation of the second control speed uses two margin parameters, the margin setting ratio and the position control time. For this reason, even if there is a measurement error or disturbance due to the position detection means 11b, it can be stably controlled, and it is necessary to rotate it one turn without being positioned at the stop position, or to reversely rotate without preventing overshoot. There is no. In addition, the setting values of the margin parameters do not need to be changed depending on the work, and are intuitive and easy to set and adjust.
引き続き、最大トルクで加速されている間、位置情報取得部32によって位置情報が取得されるとともに、モータ状態算出部33によって各種の状態情報が算出され(ステップS37)、モータ11aの現在速度が第一最大速度以上となるまで繰り返される(ステップS38)。そして、モータ11aの速度が第一最大速度より遅いうちは(ステップS38:NO)、最大トルクで加速制御される。このため、最大トルクでの加速時間ができるだけ確保され、減速制御へ切り換える前までは迅速に加速されるため、位置決め完了までの時間が短縮される。
Subsequently, while accelerating at the maximum torque, the position
一方、モータ11aの速度が第一最大速度に到達すると(ステップS38:YES)、加減速制御部41が加速制御から減速制御へと切り換え、第二制御速度を下回るまで(ステップS39:NO)、最大トルクで減速する(ステップS43)。その後、モータ11aの速度が第二制御速度を下回ると(ステップS39:YES)、位置制御用減速度調整部38が、位置制御用減速度の調整が必要か否かを判定する(ステップS40)。そして、調整が必要であれば(ステップS40:YES)、位置制御用減速度調整部38が、新たな位置制御用減速度を算出して調整を行う(ステップS41)。
On the other hand, when the speed of the
これにより、位置検出手段11bの計測誤差等に起因して、停止位置で停止できないような位置制御用減速度が設定されていたとしても、位置制御時間によってマージンが確保されているため、最低でも位置制御時間の間は位置制御が実行される。このため、最新の位置情報に基づいて、確実に停止位置で停止できるように位置制御用減速度が適宜調整される。 As a result, even if a position control deceleration that cannot be stopped at the stop position due to a measurement error of the position detection means 11b is set, a margin is secured by the position control time. Position control is performed during the position control time. Therefore, based on the latest position information, the position control deceleration is adjusted as appropriate so that the vehicle can be reliably stopped at the stop position.
つづいて、加減速制御部41は、位置制御用減速度の調整が不要であれば(ステップS40:NO)、ステップS34で算出された位置制御用減速度で減速制御(位置制御)を実行する(ステップS42)。また、位置制御用減速度が調整された場合は(ステップS40:YES)、当該調整後の位置制御用減速度によって減速制御(位置制御)を実行する(ステップS42)。
Subsequently, if it is not necessary to adjust the deceleration for position control (step S40: NO), the acceleration /
これにより、マージンが設定された位置制御用減速度で位置制御されるため、モータ11aの位置決め動作における安定性が向上する。また、位置制御時間によって予めマージンを確保することで、モータ11aが必ず停止位置で停止するため、モータ11aの位置決め動作における確実性が向上する。さらに、設定された位置制御時間を超えて駆動されることがないため、停止するまでの時間に想定外の無駄が発生しない。
As a result, the position control is performed at the position control deceleration with the margin set, so that the stability in the positioning operation of the
位置制御用減速度で減速されている間(ステップS42)、または上記最大トルクで減速されている間(ステップS43)、位置情報取得部32によって位置情報が取得されるとともに、モータ状態算出部33によって各種の状態情報が算出され(ステップS44)、位置決めが完了するまでステップS39からの処理が繰り返される(ステップS45:NO)。そして、位置決め完了判定部42によって、モータ11aの位置決めが完了したと判定されると(ステップS45:YES)、当該停止位置を保持し続けた状態で本シーケンスを終了する。
While being decelerated by the position control deceleration (step S42) or decelerating by the maximum torque (step S43), the position
[3]第3モードについて
第3モードが実行される場合、モータ11aの初速度は、図17に示すように、ベース回転数の近傍から低速域に存在しており、かつ、現在位置が停止位置に非常に近い状態である。このため、図18に示すように、加減速制御部41は、まず設定加速度でモータ11aの加速制御を開始する(ステップS51)。これにより、モータ11aは、過度に加速されることがなく、最短距離で安定して停止できる速度まで加速される。
[3] Third Mode When the third mode is executed, the initial speed of the
設定加速度での加速開始とともに、第二最大速度算出部40が、設定加速度と差分値とに基づいて、モータの駆動制御を加速制御から減速制御に切り換える第二最大速度を算出する(ステップS52)。そして、位置情報取得部32が位置情報を取得するとともに、モータ状態算出部33が各種の状態情報を算出し(ステップS53)、モータ11aの現在速度が第二最大速度以上となるまで繰り返される(ステップS54)。
Along with the start of acceleration at the set acceleration, the second maximum
そして、モータ11aの速度が第二最大速度に到達すると(ステップS54:YES)、加減速制御部41が加速制御から減速制御へと切り換え、位置決めが完了するまで設定加速度で減速する(ステップS55)。これにより、現在位置が停止位置に非常に近い場合であっても、もう一周させることなく、できるだけ短い距離で停止させることが可能となる。
When the speed of the
設定加速度で減速されている間、位置情報取得部32によって位置情報が取得されるとともに、モータ状態算出部33によって各種の状態情報が算出され(ステップS56)、位置決めが完了するまでステップS55からの処理が繰り返される(ステップS59:NO)。そして、位置決め完了判定部42によって、モータ11aの位置決めが完了したと判定されると(ステップS59:YES)、当該停止位置を保持し続けた状態で本シーケンスを終了する。
While being decelerated at the set acceleration, position information is acquired by the position
以上のような本実施形態によれば、以下のような効果を奏する。
1.モータが比較的低速度で回転している状態や停止している状態からであっても、できるだけ少ない回転数で迅速かつ確実にモータを所定の停止位置に停止させることができる。
2.第1モードおよび第2モードでは、マージン設定用比率および位置制御時間という二つのマージンパラメータを用いた第二制御速度を切り換えタイミングとするため、計測誤差や外乱の影響があったとしても必ず安定して停止位置に位置決めすることができる。
3.第1モードおよび第2モードにおけるマージン設定用比率および位置制御時間は、ワークによって変更する必要がなく、直感的でもあるため簡単に設定や調整を行うことができる。
4.第1モードおよび第2モードでは、位置制御において、位置制御用減速度を調整できるため、計測誤差等があったとしても、確実に停止位置に停止することができる。
5.第3モードでは、現在位置が停止位置に非常に近い場合であっても、もう一周させることなく、できるだけ短い距離で停止させることができる。
6.最大減速可能速度を用いることにより、第1モードで制御するか、第2モードまたは第3モードで制御するかを判定することができる。
7.イナーシャ測定最小距離を用いることにより、第2モードで制御するか、第3モードで制御するかを判定することができる。
8.第一最大速度を用いることにより、第2モードにおいて、最大加速度での加速時間と最大減速度での減速時間と位置制御時間との和を最小化することができる。
9.第二最大速度を用いることにより、第3モードにおいて、最適なタイミングでモータの駆動制御を加速制御から減速制御に切り換えることができる。
According to the present embodiment as described above, the following effects can be obtained.
1. Even from a state where the motor is rotating at a relatively low speed or a state where it is stopped, the motor can be quickly and reliably stopped at a predetermined stop position with as few revolutions as possible.
2. In the first mode and the second mode, the second control speed using the two margin parameters, the margin setting ratio and the position control time, is used as the switching timing, so that it is always stable even if there is an influence of measurement error or disturbance. Can be positioned at the stop position.
3. The margin setting ratio and the position control time in the first mode and the second mode do not need to be changed depending on the workpiece, and are intuitive and can be easily set and adjusted.
4). In the first mode and the second mode, since the position control deceleration can be adjusted in the position control, even if there is a measurement error or the like, it is possible to reliably stop at the stop position.
5. In the third mode, even when the current position is very close to the stop position, it is possible to stop at the shortest possible distance without making another round.
6). By using the maximum decelerable speed, it is possible to determine whether the control is performed in the first mode, the second mode, or the third mode.
7). By using the minimum inertia measurement distance, it is possible to determine whether the control is performed in the second mode or the third mode.
8). By using the first maximum speed, the sum of the acceleration time at the maximum acceleration, the deceleration time at the maximum deceleration, and the position control time can be minimized in the second mode.
9. By using the second maximum speed, the motor drive control can be switched from the acceleration control to the deceleration control at an optimal timing in the third mode.
なお、本発明に係るモータ駆動制御装置1の動作と、上述した特許文献1の動作とを比較すると、誤差が全くなく理論通りに停止位置で停止できた場合には、特許文献1の方が早く停止できる場合も存在しうる。しかしながら、現実的には、図19に示すように、特許文献1では、低速領域においても最大減速度に近い減速度のままで減速するため、多くの場合では計測誤差等により、停止位置で停止できず、さらに一回転させることとなる。
When the operation of the motor
これに対し、本発明に係るモータ駆動制御装置1の動作によれば、上述したとおり、第二制御速度までは最大トルクで減速するため、停止するまでの時間が短縮される。また、第二制御速度以下では、マージンを持たせた位置制御用減速度で減速するため安定性が高く、最低でも位置制御時間の間は位置制御を行うため、必ず停止位置で停止できるという作用効果を奏し、現実的かつ理想的な制御結果が得られる。
On the other hand, according to the operation of the motor
なお、本発明に係るモータ駆動制御装置1およびこれを備えた工作機械11は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更することができる。
The motor
例えば、上述した本実施形態では、数値制御装置の一機能としてモータ駆動制御装置1を実現させているが、この構成に限定されるものでない。すなわち、数値制御装置とは別個独立に、モータ駆動制御装置1を設けてもよい。
For example, in the above-described embodiment, the motor
1 モータ駆動制御装置
1a モータ駆動制御プログラム
2 記憶手段
3 演算処理手段
10 上位コントローラ
11 工作機械
11a モータ
11b 位置検出手段
21 プログラム記憶部
22 設定条件記憶部
31 設定条件取得部
32 位置情報取得部
33 モータ状態算出部
34 最大減速可能速度算出部
35 イナーシャ測定最小距離算出部
36 位置制御用減速度算出部
37 切換速度算出部
38 位置制御用減速度調整部
39 第一最大速度算出部
40 第二最大速度算出部
41 加減速制御部
42 位置決め完了判定部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
位置検出手段によって検出された前記モータの位置情報に基づいて、前記モータの現在速度、前記モータの加速度または減速度、および現在位置と停止位置との差分値を算出するモータ状態算出部と、
前記モータを最大トルクで減速制御しても安定して停止できる速度の最小値である最大減速可能速度を算出する最大減速可能速度算出部と、
イナーシャが最小のときにイナーシャを測定するために必要な移動距離の最小値であるイナーシャ測定最小距離を算出するイナーシャ測定最小距離算出部と、
前記モータの駆動制御開始時における初速度が前記最大減速可能速度未満であって、前記差分値が前記イナーシャ測定最小距離以上の場合、最大トルクで加速した後、速度制御および位置制御によって減速する第2モードを実行し、
前記初速度が前記最大減速可能速度未満であって、前記差分値が前記イナーシャ測定最小距離よりも小さい場合、最大トルクで加速した際の最大加速度よりも小さい設定加速度で加速した後、当該設定加速度で減速する第3モードを実行する加減速制御部と、
を有する、モータ駆動制御装置。 A motor drive control device for controlling the drive of a motor,
A motor state calculation unit that calculates a current value of the motor, acceleration or deceleration of the motor, and a difference value between the current position and the stop position based on the position information of the motor detected by the position detection unit;
A maximum decelerable speed calculating unit that calculates the maximum decelerable speed that is the minimum value of the speed at which the motor can be stably stopped even if the motor is decelerated and controlled with the maximum torque;
An inertia measurement minimum distance calculation unit for calculating an inertia measurement minimum distance that is a minimum value of a moving distance necessary for measuring the inertia when the inertia is minimum;
When the initial speed at the start of the drive control of the motor is less than the maximum decelerable speed and the difference value is equal to or greater than the minimum inertia measurement distance, the motor is accelerated by the maximum torque and then decelerated by speed control and position control. Run 2 mode,
When the initial speed is less than the maximum decelerable speed and the difference value is smaller than the minimum inertia measurement distance, the set acceleration is accelerated after accelerating with a set acceleration smaller than the maximum acceleration when accelerating with the maximum torque. An acceleration / deceleration control unit that executes a third mode of decelerating at
A motor drive control device.
前記モータの最大減速度にマージン設定用比率を掛け合わせて位置制御用減速度を算出する位置制御用減速度算出部と、
前記初速度と、前記最大加速度と、前記位置制御用減速度と、前記差分値と、前記マージン設定用比率と、前記位置制御用減速度で駆動制御する時間の最小値として設定される位置制御時間とに基づいて、前記最大加速度での加速時間と前記最大減速度での減速時間と前記位置制御時間との和が最小となる速度を、前記モータの駆動制御を加速制御から減速制御に切り換える第一最大速度として算出する第一最大速度算出部と、
前記最大減速度と、前記第一最大速度と、前記差分値と、前記マージン設定用比率と、前記位置制御時間とに基づいて、前記最大減速度での移動距離と前記位置制御用減速度での移動距離との和が最小となる速度を、前記モータの駆動制御を速度制御から位置制御に切り換える第二制御速度として算出する切換速度算出部とを有し、
前記加減速制御部は、前記モータの速度が前記第一最大速度よりも小さいうちは最大トルクで加速制御し、前記モータの速度が前記第一最大速度に到達すると最大トルクで減速制御し、前記モータの速度が前記第二制御速度よりも小さくなった後には前記位置制御用減速度で減速制御する、請求項1に記載のモータ駆動制御装置。 When the acceleration / deceleration control unit executes the second mode,
A position control deceleration calculating unit that calculates a position control deceleration by multiplying a margin setting ratio by the maximum deceleration of the motor;
Position control set as the minimum value of drive control with the initial speed, the maximum acceleration, the position control deceleration, the difference value, the margin setting ratio, and the position control deceleration Based on the time, the motor drive control is switched from acceleration control to deceleration control for the speed at which the sum of the acceleration time at the maximum acceleration, the deceleration time at the maximum deceleration, and the position control time is minimized. A first maximum speed calculation unit that calculates the first maximum speed;
Based on the maximum deceleration, the first maximum speed, the difference value, the margin setting ratio, and the position control time, the moving distance at the maximum deceleration and the position control deceleration A switching speed calculation unit that calculates a speed at which the sum of the movement distance of the motor and the motor is minimized as a second control speed for switching the drive control of the motor from speed control to position control,
The acceleration / deceleration control unit performs acceleration control with the maximum torque while the speed of the motor is smaller than the first maximum speed, and performs deceleration control with the maximum torque when the speed of the motor reaches the first maximum speed, 2. The motor drive control device according to claim 1, wherein after the motor speed becomes lower than the second control speed, deceleration control is performed with the position control deceleration. 3.
前記設定加速度と前記差分値とに基づいて、前記モータの駆動制御を加速制御から減速制御に切り換える第二最大速度を算出する第二最大速度算出部を有し、
前記加減速制御部は、前記モータの速度が前記第二最大速度よりも小さいうちは前記設定加速度で加速制御し、前記モータの速度が前記第二最大速度に到達すると前記設定加速度で減速制御する、請求項1または請求項2に記載のモータ駆動制御装置。 When the acceleration / deceleration control unit executes the third mode,
Based on the set acceleration and the difference value, a second maximum speed calculation unit that calculates a second maximum speed for switching the drive control of the motor from acceleration control to deceleration control,
The acceleration / deceleration control unit performs acceleration control at the set acceleration while the motor speed is smaller than the second maximum speed, and performs deceleration control at the set acceleration when the motor speed reaches the second maximum speed. The motor drive control device according to claim 1 or 2.
Smin=amax(2Ti 2+XT2−X2T2)/2+ω0Ti …式(2)
ただし、各記号は以下を表す。
ω0:初速度
amax:設定最大加速度
X:マージン設定用比率
Ti:イナーシャを測定するために必要な時間
T:位置制御時間 The motor drive control device according to any one of claims 1 to 3, wherein the inertia measurement minimum distance calculation unit calculates the inertia measurement minimum distance using the following equation (2).
S min = a max (2T i 2 + XT 2 −X 2 T 2 ) / 2 + ω 0 T i (2)
However, each symbol represents the following.
ω 0 : Initial speed a max : Maximum set acceleration X: Margin setting ratio T i : Time required for measuring inertia T: Position control time
ωmax1=√[{ω0 2−a1 2T2X(1−X)}/2+a1(L+2πn)] …式(5)
n≧〔[ω0 2+a1 2T2X(1−X)]/2a1−L〕/2π …式(6)
ただし、各記号は以下を表す。
ω0:初速度
a1:最大加速度(最大減速度)
n:モータが停止するまでに必要な回転数
L:現在位置と停止位置との差分値
X:マージン設定用比率
T:位置制御時間 The first maximum speed calculation unit calculates the first maximum speed ω max1 according to the following formula (5) using the minimum value of the rotation speed n required until the motor satisfying the following formula (6) stops. The motor drive control device according to claim 2;
ω max1 = √ [{ω 0 2 −a 1 2 T 2 X (1−X)} / 2 + a 1 (L + 2πn)] (5)
n ≧ [[ω 0 2 + a 1 2 T 2 X (1-X)] / 2a 1 −L] / 2π Formula (6)
However, each symbol represents the following.
ω 0 : Initial speed a 1 : Maximum acceleration (maximum deceleration)
n: Number of rotations required until the motor stops L: Difference value between the current position and the stop position X: Margin setting ratio T: Position control time
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