JP2019159733A - 速度・位置制御システム - Google Patents
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Abstract
Description
また、第2の補償方法は、トルク指令と速度または位置のフィードバック信号とに基づいて負荷トルクを推定し、この負荷トルク推定値から求めた補償トルクをトルク指令に加算することにより外乱トルクを打ち消す方法である。
図9においては、トルク電流指令値ia refと後述する補償トルク電流(成分)との和によって表わされる電流Iを通電することにより、モータトルクTM=KtI(Ktはトルク定数)が与えられ、このTMと負荷トルクTLとの差によって、モータの角速度ωはdω/dt=(1/J)(TM−TL)と変化する(Jはモータ回転軸からみた慣性)。
速度センサ52により検出した角速度ωを微分し、それに慣性Jを乗じて加速トルク推定値J(dω/dt)を求める。また、電流センサ51による検出電流にモータのトルク定数Ktを乗じて得たトルクと加速トルク推定値J(dω/dt)との差を求め、時定数τの一次遅れフィルタ演算を施して負荷トルク推定値TLestを演算する。この負荷トルク推定値TLestをトルク定数Ktにより除算して補償トルク電流(成分)を求め、この補償トルク電流(成分)をトルク電流指令値ia refに加算して負荷トルクを補償することにより、速度偏差が大きくなる前に外乱を打ち消すように構成されている。
更に、第2の補償方法において、負荷トルク推定値をそのまま補償トルクとして用いると、制御対象に振動が発生する場合がある。この場合、負荷トルク推定値に1未満の定数を乗じた値を補償トルク成分とすれば振動を回避可能になるが、その分、負荷トルクの補償は不十分となる。
前記制御対象の速度指令と速度相当値との偏差に基づいて第1トルク指令値を演算する速度制御部と、
前記速度指令または前記速度相当値に基づいて負荷トルク予測値を演算する負荷トルク予測演算部と、
前記負荷トルク予測値に基づいて第1補償トルクを演算する手段と、
前記負荷トルク推定演算部により演算した負荷トルク推定値に基づいて第2補償トルクを演算する手段と、
を備え、
前記第1補償トルクと前記第2補償トルクとを前記第1トルク指令値に加算して得た第2トルク指令値に基づいて前記モータにトルク電流を通流し、かつ、前記第2トルク指令値を前記負荷トルク推定演算部における負荷トルクの推定に用いると共に、
前記第1補償トルクを演算する手段及び前記第2補償トルクを演算する手段は、共通のパラメータを用いて各補償トルクを演算することを特徴とする。
前記負荷トルク推定値に1以下の定数を乗算して前記第2補償トルクを演算すると共に、
前記負荷トルク予測値に(1−前記定数)を乗算して前記第1補償トルクを演算することを特徴とする。
前記負荷トルク推定値に1以下の定数を乗算して前記第2補償トルクを演算すると共に、
前記第1補償トルクは、前記負荷トルク予測値にハイパスフィルタ演算を行った値を含み、前記ハイパスフィルタの時定数は、前記負荷トルク推定演算部が負荷トルクの推定に要する時定数と同程度となるように共通のパラメータを用いて決定することを特徴とする。
前記第1補償トルクは、前記負荷トルク予測値に(1−前記定数)を乗算して得た値と、前記負荷トルク予測値にハイパスフィルタ演算を行った値との加算値であることを特徴とする。
特に、この速度・位置制御システムを工作機械に適用すれば、方向反転時などにおける負荷トルクの急変による影響が軽減され、高精度な加工を行うことができる。
図1において、モータを含む制御対象40から得られた速度検出値は、速度制御部12及び負荷トルク推定演算部13に入力される。速度制御部12では、速度検出値と速度指令との偏差がゼロになるように第1トルク指令値τ1 *を演算する。
一方、負荷トルク予測演算部11は、速度指令に基づいて負荷トルク予測値τLbを演算する。この負荷トルク予測値τLbは、速度検出値から求めても良い。
この負荷トルク予測値τLbは、定数乗算部14により定数(1−k)と乗算されて第1補償トルクτC1が演算される。
この第2トルク指令値τ2 *と負荷トルクτLとの差が減算手段31により算出されて、制御対象40に与えられる。
なお、負荷トルク予測値τLbと実際の負荷トルクτLとの間にずれがあったとしても、第1補償トルクτC1は負荷トルク予測値τLbを(1−k)倍に軽減した値であるため、予測ずれによる影響を小さくすることができる。
図2において、制御対象40から得られた位置検出値は位置制御部17に入力され、この位置検出値と位置指令との偏差がゼロになるように速度指令が演算される。また、位置検出値は微分手段18により微分され、速度相当値が演算される。
速度制御部12は、これらの速度指令と速度相当値とに基づいて第1トルク指令値τ1 *を演算する。、
その他の構成及び動作は第1実施形態と同様であるため、重複を避けるために説明を省略する。
図3において、図1と同一の部分については同一の参照符号を付してあり、以下では図1と異なる部分を中心に説明する。
その他の構成は図1の第1実施形態と同様であるが、第3実施形態では、定数kを1以下の定数であって1に近い値とすることが可能であるものとする。
図4において、制御対象40の位置検出値が位置制御部17及び微分手段18に入力され、これらの出力である速度指令と速度相当値とが速度制御部12に入力される点以外は、第3実施形態と同様である。
図5において、図3と同一の部分については同一の参照符号を付してあり、以下では図3と異なる部分を中心に説明する。
この第5実施形態は、図3の第3実施形態に定数乗算部14bと加算手段19とを付加したものである。すなわち、定数乗算部14bにより負荷トルク予測値τLbに定数(1−k)を乗算した結果を加算手段19に入力してハイパスフィルタ14aの出力と加算し、加算手段19の出力を第1補償トルクτC1として加算手段16に入力する。
更に、定数kを1近くに設定できない場合でも、負荷トルクτLのうち第2補償トルクτC2によって補えない分を第1補償トルクτC1から補えるため、良好な負荷トルク補償が可能となる。
図6において、制御対象40の位置検出値が位置制御部17及び微分手段18に入力され、これらの出力である速度指令と速度相当値とが速度制御部12に入力される点以外は、第5実施形態と同様である。
図7に示す特性の方向・速度に依存する負荷トルクτLを仮定し、一定の加速度で移動方向を反転させる位置制御を行った際の制御対象の位置が位置指令に対してどのように追随するかを検証した。図8(a)〜(f)は、方向反転時近傍の位置偏差を示している。
図8(b)は、従来技術として前述した第2の補償方法を用いた場合のものである。ここでは、負荷トルク推定遅れ1.2[ms]を仮定し、また、振動を回避するために負荷トルク推定値に対して100[%]の補償はできないと仮定して、第2補償トルクτC2は70[%]で補償する形(k=0.7)とした。
図8(e),(f)では、負荷トルク予測値τLbに対して図8(c),(d)と同じだけの予測ずれをそれぞれ持たせてあり、図8(e)は補償不足条件、図8(f)は過補償条件に相当する。また、負荷トルク推定遅れ、及び、負荷トルク推定値τLaに基づく第2補償トルクτC2は、図8(b)と同様の条件、すなわちk=0.7として演算した。
図8(e),(f)から明らかなように、事前に正確な負荷トルクを予測できず、また、負荷トルク推定にも有限の時間を要すると共に、負荷トルク推定値τLaに対して100[%]の補償を与えられない条件でありながら、位置偏差を大きく低減できている。
10B,10D,10F:位置制御システム
11:負荷トルク予測演算部
12:速度制御部
13,13a:負荷トルク推定演算部
13b:演算ブロック
13c:ローパスフィルタ
14,14b,15:定数乗算部
14a:ハイパスフィルタ
16,19:加算手段
17:位置制御部
18:微分演算部
31:減算手段
40:制御対象
Claims (5)
- モータにトルク電流を通電して制御対象を加減速することにより前記制御対象の速度または位置をそれぞれの指令値に制御する速度・位置制御システムであって、外乱トルクを含む負荷トルクを推定する負荷トルク推定演算部を備えた速度・位置制御システムにおいて、
前記制御対象の速度指令と速度相当値との偏差に基づいて第1トルク指令値を演算する速度制御部と、
前記速度指令または前記速度相当値に基づいて負荷トルク予測値を演算する負荷トルク予測演算部と、
前記負荷トルク予測値に基づいて第1補償トルクを演算する手段と、
前記負荷トルク推定演算部により演算した負荷トルク推定値に基づいて第2補償トルクを演算する手段と、
を備え、
前記第1補償トルクと前記第2補償トルクとを前記第1トルク指令値に加算して得た第2トルク指令値に基づいて前記モータにトルク電流を通流し、かつ、前記第2トルク指令値を前記負荷トルク推定演算部における負荷トルクの推定に用いると共に、
前記第1補償トルクを演算する手段及び前記第2補償トルクを演算する手段は、共通のパラメータを用いて各補償トルクを演算することを特徴とする速度・位置制御システム。 - 請求項1に記載した速度・位置制御システムにおいて、
前記負荷トルク推定値に1以下の定数を乗算して前記第2補償トルクを演算すると共に、
前記負荷トルク予測値に(1−前記定数)を乗算して前記第1補償トルクを演算することを特徴とする速度・位置制御システム。 - 請求項1に記載した速度・位置制御システムにおいて、
前記負荷トルク推定値に1以下の定数を乗算して前記第2補償トルクを演算すると共に、
前記第1補償トルクは、前記負荷トルク予測値にハイパスフィルタ演算を行った値を含み、前記ハイパスフィルタの時定数は、前記負荷トルク推定演算部が負荷トルクの推定に要する時定数と同程度となるように共通のパラメータを用いて決定することを特徴とする速度・位置制御システム。 - 請求項3に記載した速度・位置制御システムにおいて、
前記第1補償トルクは、前記負荷トルク予測値に(1−前記定数)を乗算して得た値と、前記負荷トルク予測値にハイパスフィルタ演算を行った値との加算値であることを特徴とする速度・位置制御システム。 - 請求項1〜4の何れか1項に記載した速度・位置制御システムを備えたことを特徴とする工作機械。
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