JP3229926B2 - Motor position control device - Google Patents

Motor position control device

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JP3229926B2
JP3229926B2 JP15432196A JP15432196A JP3229926B2 JP 3229926 B2 JP3229926 B2 JP 3229926B2 JP 15432196 A JP15432196 A JP 15432196A JP 15432196 A JP15432196 A JP 15432196A JP 3229926 B2 JP3229926 B2 JP 3229926B2
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speed
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英俊 池田
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば、工作機
械におけるテーブルや産業ロボットのアームのような負
荷機械を駆動する電動機の位置制御装置に関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a position control device of a motor for driving a load machine such as a table of a machine tool or an arm of an industrial robot.

【0002】[0002]

【従来の技術】図6は、従来の電動機の位置制御装置一
例として、「計測と制御」vol.32,No12 D
ec.1993、p1010〜1013に記載された二
自由度制御装置のブロック図である。図において、1は
電動機トルクτMで負荷機械を駆動する電動機、2は電
動機で駆動される制御対象の負荷機械、3は電動機1の
回転角θM及び回転速度ωMを検出する回転検出器、4
は電動機1、負荷機械2、回転検出器3で構成される制
御対象、5は回転角指令信号θrを発生する回転角指令
信号発生回路、6はトルク指令信号τrに電動機トルク
τMを一致させるトルク制御回路、7は速度制御回路、
8は位置制御回路、9は回転角指令信号θrを入力し、
フィードフォワードトルク信号τfと応答目標角度信号
θfと応答目標速度信号ωfを出力するフィードフォワ
ード信号演算回路、10は電動機1の動作を模擬する制
御対象モデル回路、11は制御対象モデル回路10のモ
デル速度ωsを模擬的に制御するモデル速度制御回路、
12は制御対象モデル回路10のモデル回転角θsを模
擬的に制御するモデル位置制御回路である。
2. Description of the Related Art FIG. 6 shows an example of a conventional position control device for an electric motor. 32, No12 D
ec. It is a block diagram of the two-degree-of-freedom control device described in 1993, p1010-1013. In the figure, 1 is a motor that drives a load machine with a motor torque τM, 2 is a load machine to be controlled driven by the motor, 3 is a rotation detector that detects the rotation angle θM and rotation speed ωM of the motor 1,
Is a control object composed of the electric motor 1, the load machine 2, and the rotation detector 3, 5 is a rotation angle command signal generation circuit for generating a rotation angle command signal θr, and 6 is a torque for matching the motor torque τM to the torque command signal τr. A control circuit, 7 is a speed control circuit,
8 is a position control circuit, 9 is a rotation angle command signal θr,
A feedforward signal operation circuit that outputs a feedforward torque signal τf, a response target angle signal θf, and a response target speed signal ωf, 10 is a controlled object model circuit that simulates the operation of the electric motor 1, 11 is a model speed of the controlled object model circuit 10 a model speed control circuit that simulates control of ωs,
Reference numeral 12 denotes a model position control circuit for simulating the model rotation angle θs of the control target model circuit 10.

【0003】図7は、図6の速度制御回路7の詳細を示
すブロック図である。図7において、13は入力端子、
14は出力端子、15は係数器、16は積分器である。
FIG. 7 is a block diagram showing details of the speed control circuit 7 shown in FIG. In FIG. 7, 13 is an input terminal,
14 is an output terminal, 15 is a coefficient unit, and 16 is an integrator.

【0004】次に従来例の動作について説明する。フィ
ードフォワード信号演算回路9の、制御対象モデル回路
10は、モデルトルクτsを入力し、例えば次の(式
1)、(式2)の演算によってモデル速度ωsをモデル
速度制御回路11に、モデル回転角θsをモデル位置制
御回路12に出力することにより電動機の動きを模擬す
る。
Next, the operation of the conventional example will be described. The control target model circuit 10 of the feedforward signal calculation circuit 9 receives the model torque τs and, for example, calculates the model speed ωs to the model speed control circuit 11 by calculating the following (Expression 1) and (Expression 2). By outputting the angle θs to the model position control circuit 12, the movement of the electric motor is simulated.

【0005】[0005]

【数1】 (Equation 1)

【0006】(式1)、(式2)のsは微分演算子を表
し、J0は電動機と負荷機械を合わせた制御対象4の慣
性モーメントの推定値である。
S in (Equation 1) and (Equation 2) represents a differential operator, and J0 is an estimated value of the moment of inertia of the controlled object 4 including the electric motor and the load machine.

【0007】モデル位置制御回路12は、回転角指令信
号θrとモデル回転角θsとを入力し、演算によりモデ
ル速度指令信号ωsrをモデル速度制御回路11に出力
する。モデル速度制御回路11は速度指令信号ωsr、
モデル速度ωsを入力し、適切な演算によりモデルトル
クτsを制御対象モデル回路10およびトルク制御回路
6に出力する。ここで、制御対象モデル回路10は慣性
だけの理想的なモデルとなっているため、モデル速度制
御回路11およびモデル位置制御回路12を適切に構成
することにより、制御対象モデル回路10は回転角指令
信号θrに対し、理想的な応答を行わせることが可能で
ある。したがって、フィードフォワード信号演算回路9
は制御対象4の伝達特性が制御対象モデル回路10の伝
達特性と一致する場合に電動機回転角θMが回転角指令
信号θrに対して理想的な応答を行うためのフィードフ
ォワードトルク信号τfとしてモデルトルクτsを、ま
たそのときの理想的な応答の信号として、モデル回転角
θsおよびモデル速度ωsをそれぞれ応答目標角度信号
θfおよび応答目標速度信号ωfとして出力する。
The model position control circuit 12 receives the rotation angle command signal θr and the model rotation angle θs, and outputs a model speed command signal ωsr to the model speed control circuit 11 by calculation. The model speed control circuit 11 outputs a speed command signal ωsr,
The model speed ωs is input, and the model torque τs is output to the controlled object model circuit 10 and the torque control circuit 6 by appropriate calculation. Here, since the controlled object model circuit 10 is an ideal model with only inertia, by appropriately configuring the model speed control circuit 11 and the model position control circuit 12, the controlled object model circuit 10 It is possible to make an ideal response to the signal θr. Therefore, the feedforward signal operation circuit 9
Is the model torque as the feedforward torque signal τf for making the motor rotation angle θM ideally respond to the rotation angle command signal θr when the transfer characteristic of the control target 4 matches the transfer characteristic of the control target model circuit 10. τs and a model rotation angle θs and a model speed ωs are output as a response target angle signal θf and a response target speed signal ωf, respectively, as ideal response signals at that time.

【0008】次に従来例の全体の動作について説明す
る。フィードフォワード信号演算回路9は回転角指令信
号θrを入力し、フィードフォワードトルク信号τfと
応答目標角度信号θfと応答目標速度信号ωfを出力す
る。次に、位置制御回路8に、応答目標角度信号θfと
電動機回転角θMとの差信号を補償角度信号θcとして
入力し、位置制御回路8は、P(比例)演算を行い補償
速度指令信号ωcrを出力する。次に、電動機速度ωM
と応答目標速度信号ωfとの差信号を補償速度信号ωc
とし、補償速度指令信号ωcrと補償速度信号ωcとの
差信号を速度制御回路7に入力し、速度制御回路7は、
PI(比例・積分)演算を行い補償トルク信号τcを出
力する。次に、トルク制御回路6に、補償トルク信号τ
cとフィードフォワードトルク信号τfとの和信号をト
ルク指令信号τrとして入力し、トルク制御回路6は電
動機1を駆動する電動機トルクτMがトルク指令信号τ
fに一致するように制御することにより電動機回転角θ
Mは回転角指令信号θrに追従する。補償トルク信号τ
cは、負荷機械に作用するトルクなどの外乱に対する補
償と回転角指令信号θrが入力した場合の制御対象モデ
ル回路10の制御対象4とのモデル誤差に対する補償の
みを行うトルク信号である。
Next, the overall operation of the conventional example will be described. The feedforward signal calculation circuit 9 receives the rotation angle command signal θr, and outputs a feedforward torque signal τf, a response target angle signal θf, and a response target speed signal ωf. Next, a difference signal between the response target angle signal θf and the motor rotation angle θM is input to the position control circuit 8 as a compensation angle signal θc, and the position control circuit 8 performs a P (proportional) operation to perform a compensation speed command signal ωcr. Is output. Next, the motor speed ωM
The difference signal between the response target speed signal ωf and the compensation speed signal ωc
The difference signal between the compensation speed command signal ωcr and the compensation speed signal ωc is input to the speed control circuit 7, and the speed control circuit 7
It performs PI (proportional / integral) calculation and outputs a compensation torque signal τc. Next, a compensation torque signal τ is supplied to the torque control circuit 6.
c and the feedforward torque signal τf are input as a torque command signal τr, and the torque control circuit 6 outputs the motor torque τM for driving the motor 1 to the torque command signal τr.
By controlling the motor rotation angle θ to be equal to f.
M follows the rotation angle command signal θr. Compensation torque signal τ
c is a torque signal that performs only compensation for disturbance such as torque acting on the load machine and compensation for a model error between the control target model circuit 10 and the control target 4 when the rotation angle command signal θr is input.

【0009】従来例のように、位置制御回路8の出力を
速度制御回路7に入力するような、制御ループの入れ子
になっている構造はカスケード構造と呼ばれ、古くから
広く用いられており、位置制御回路8は、マイナールー
プで速度制御回路7により速度制御された制御対象4に
対して制御ループを組むため、位置制御回路8の構造や
ゲインの計算が簡単になる。信号の物理的意味が把握し
易い等の利点がある。図8は、図6において回転角指令
信号θrが常に零で一定とし、外乱トルク応答の伝達特
性のみに関係した部分を抜き出し、制御系を簡単化した
線形ブロック図である。図6の符号と同一符号のものは
同一部分を表し、図6におけるトルク制御回路6の伝達
特性を一次遅れに近似している。17は符号反転器、1
8は負荷機械2に対する外乱トルクτdであり、制御対
象4の伝達特性は次の(3式)、(4式)とする。Jは
制御対象4の慣性モーメント値である。
As in the prior art, the output of the position control circuit 8 is
Nesting of control loop such as input to speed control circuit 7
Is called a cascade structure.
Widely used, the position control circuit 8 has a minor loop.
To the control target 4 whose speed is controlled by the speed control circuit 7
In order to form a control loop, the structure of the position control circuit 8 and the
Gain calculation is simplified. Understand the physical meaning of the signal
There are advantages such as easiness. FIG. 8 is a linear block diagram in which the control system is simplified by extracting the portion related to only the transfer characteristic of the disturbance torque response in which the rotation angle command signal θr is always zero and constant in FIG. 6 denote the same parts, and approximate the transfer characteristics of the torque control circuit 6 in FIG. 6 to a first-order lag. 17 is a sign inverter, 1
Numeral 8 denotes a disturbance torque τd with respect to the load machine 2, and the transfer characteristics of the control target 4 are expressed by the following equations (3) and (4). J is the moment of inertia of the control target 4.

【0010】[0010]

【数2】 (Equation 2)

【0011】位置制御の応答を速くするには位置制御装
置8のゲインKpを大きくした場合の数値シミュレーシ
ョンの例を図9に示す。図9は、図8のブロック図にお
いて、ステップ状の外乱トルク18を入力したときの電
動機回転角θMの応答であり、速度制御回路7の調整パ
ラメータKv、KPIはある良好な値に固定し、位置制
御回路8のゲインKpを良好な調整値Kp0から大きく
した場合の応答を示すものである。このように従来の制
御装置では位置制御回路8のゲインKpを大きくすると
応答が振動的になるので、整定時間をあまり短く設定す
ることはできない。この従来例での、安定性を確保した
まま整定時間を十分に短縮できない理由について説明す
る。速度制御回路7は上述のように調整パラメータKv
およびKPIのPI演算を行い、またゲインKpによる
P演算を行う位置制御回路の出力を速度制御回路7の入
力としているため、電動機速度ωMが電動機回転数θM
の微分であることを考慮して図6および図8における電
動機回転角θMからトルク指令信号τrまでの伝達関数
は次式で表される。 τr/θM=Kv(s+KPI)(s+Kp)/s =Kv・s+Kv(KPI+Kp)+Kv・KPI・Kp/s 上式のように、従来の技術では制御装置のパラメータを
どのように設定しても、電動機回転角θMからトルク指
令信号τrまでの伝達関数の零点(分子=0となるs)
は実数しかとりえないという速度制御回路と位置制御回
路のカスケード構造に基づく制約がある。この制約のた
め、安定性確保のために速度制御回路7のゲインを一定
にしたまま位置制御回路8のゲインを上げて整定時間を
短縮しようとすると、図9に示すように整定時間が十分
に短縮される前に振動的になってしまう。
FIG. 9 shows an example of a numerical simulation when the gain Kp of the position control device 8 is increased in order to increase the response of the position control. FIG. 9 is a response of the motor rotation angle θM when the step-like disturbance torque 18 is input in the block diagram of FIG. 8, and the adjustment parameters Kv and KPI of the speed control circuit 7 are fixed to certain good values. This shows the response when the gain Kp of the position control circuit 8 is increased from the good adjustment value Kp0. As described above, in the conventional control device, if the gain Kp of the position control circuit 8 is increased, the response becomes oscillating, so that the settling time cannot be set too short. In this conventional example, stability was secured
Explain why the settling time cannot be reduced sufficiently
You. The speed control circuit 7 adjusts the adjustment parameter Kv as described above.
And PI calculation of KPI, and
The output of the position control circuit that performs P calculation is input to the speed control circuit 7
And the motor speed ωM is
6 and 8 in consideration of the differential of
Transfer function from motive rotation angle θM to torque command signal τr
Is represented by the following equation. τr / θM = Kv (s + KPI) (s + Kp) / s = Kv · s + Kv (KPI + Kp) + as in Kv · KPI · Kp / s above equation, the parameters of the control device in the prior art
Regardless of the setting, the torque finger can be calculated from the motor rotation angle θM.
Zero point of transfer function up to command signal τr (s for which numerator = 0)
Speed control circuit and position control circuit
There are restrictions based on the cascade structure of roads. This restriction
The gain of the speed control circuit 7 to maintain stability
While increasing the gain of the position control circuit 8 to reduce the settling time.
If you try to shorten it, settling time is sufficient as shown in FIG.
It becomes vibratory before being shortened.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】上記のように従来の制
御装置では、外乱に対する位置応答の整定時間を短くす
るために位置制御回路のゲインを大きくすると、電動機
回転角θの応答が振動的になるので、外乱に対する位置
応答をあまり早くすることができないという問題点があ
った。
As described above, in the conventional control device, when the gain of the position control circuit is increased in order to shorten the settling time of the position response to the disturbance, the response of the motor rotation angle .theta. Therefore, there is a problem that the position response to the disturbance cannot be made too fast.

【0013】この発明は上記問題点を解消するためにな
されたものであり、応答波形の滑らかさは失わず、安定
した状態で外乱に対する整定時間が短縮できる高速高精
度の制御装置を得ることを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a high-speed and high-precision control device capable of reducing the settling time for disturbance in a stable state without losing the smoothness of a response waveform. Aim.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】この発明の請求項1に係
る電動機の位置制御装置は、速度制御回路を有する速度
制御ループをマイナーループとして内蔵し、位置制御回
路の出力を速度制御ループの指令入力とするカスケード
構造の制御回路に、位置制御回路の入力である補償角度
信号を係数倍して積分した信号をトルク指令信号に直接
加算するパスを加えたものとしたものである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an electric motor position control device including a speed control loop having a speed control circuit as a minor loop, and outputting an output of the position control circuit to a speed control loop command. A control circuit having a cascade structure as an input is added with a path for directly adding a signal obtained by multiplying a compensation angle signal, which is an input of the position control circuit, by a coefficient to a torque command signal.

【0015】この発明の請求項2に係る電動機の位置制
御装置は、回転角指令信号に対する目標値応答が独立し
て調整する必要がない場合に、フィードフォワード信号
演算回路を用いない構成で、位置制御回路に、その入力
である補償角度信号を係数倍して積分した信号をトルク
指令信号に直接加算するパスを加えたものである。
According to a second aspect of the present invention, there is provided an electric motor position control device having a configuration in which a feedforward signal operation circuit is not used when a target value response to a rotation angle command signal does not need to be independently adjusted. The control circuit is provided with a path for directly adding a signal obtained by multiplying the input of the compensation angle signal by a coefficient to the control circuit and integrating the signal with the torque command signal.

【0016】この発明の請求項3に係る電動機の位置制
御装置は、フィードフォワード信号演算回路の応答目標
角度信号を直接的に計算する回路構成として、位置制御
回路に、その入力である補償角度信号を係数倍して積分
した信号をトルク指令信号に直接加算するパスを加えた
ものである。
According to a third aspect of the present invention, there is provided an electric motor position control device having a circuit configuration for directly calculating a response target angle signal of a feedforward signal operation circuit, wherein a compensation angle signal input to the position control circuit is input to the position control circuit. Is added to a path for directly adding a signal obtained by multiplying by a factor to the torque command signal.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

実施の形態1.この発明の実施の形態1.の構成のブロ
ック図を図1に示す。図において、1〜12は、上記従
来装置の図7に示すものと同一であり説明は省略する。
19は積分補償器である。速度制御回路7の詳細は図8
に示すものと同一である。
Embodiment 1 FIG. Embodiment 1 of the present invention. FIG. 1 shows a block diagram of the configuration of FIG. In the figure, reference numerals 1 to 12 are the same as those shown in FIG.
19 is an integral compensator. The details of the speed control circuit 7 are shown in FIG.
Are the same as those shown in FIG.

【0018】図1の構成は、従来の図6の構成に積分補
償回路19を付加したものである。フィードフォワード
信号演算回路9は、図6の従来例と同じであり、回転角
指令信号θrを入力し、フィードフォワードトルク信号
τfと応答角度信号θfと応答目標速度信号ωfを出力
するものである。応答目標角度信号θfと電動機回転角
θMとの差信号を補償角度信号θcとして位置制御回路
8に入力し、位置制御回路8はP(比例)演算を行い補
償速度指令信号ωcrを出力する。次に、電動機速度ω
Mと応答目標速度信号ωfとの差信号を補償速度信号ω
cとし、補償速度指令信号ωcrと補償速度信号ωcと
の差信号を速度制御回路7に入力する。次に、速度制御
回路7はPI(比例・積分)演算を行い第一のトルク信
号τc1を出力する。次に、上記の補償角度信号θcを
積分補償回路19に入力し、積分補償回路19は入力θ
cに係数KIを乗じて積分した信号を第二の補償トルク
信号τc2として出力する。次に第一の補償トルク信号
τc1と第二の補償トルク信号τc2の和信号を補償ト
ルク信号τcとし、フィードフォワード信号演算回路9
から出力されたフィードフォワード信号τfと補償トル
ク信号τcとの和信号をトルク指令信号τrとしてトル
ク制御回路6に入力する。次に、トルク制御回路6は電
動機1を駆動する電動機トルクτMがトルク指令信号τ
fに一致するように制御することにより電動機回転角θ
Mは回転角指令信号θrに追従する。
The configuration shown in FIG. 1 is obtained by adding an integral compensation circuit 19 to the conventional configuration shown in FIG. The feedforward signal calculation circuit 9 is the same as the conventional example of FIG. 6, and receives a rotation angle command signal θr and outputs a feedforward torque signal τf, a response angle signal θf, and a response target speed signal ωf. A difference signal between the response target angle signal θf and the motor rotation angle θM is input to the position control circuit 8 as a compensation angle signal θc, and the position control circuit 8 performs P (proportional) calculation and outputs a compensation speed command signal ωcr. Next, the motor speed ω
The difference signal between M and the response target speed signal ωf is compensated for by the speed signal ω.
The difference signal between the compensation speed command signal ωcr and the compensation speed signal ωc is input to the speed control circuit 7. Next, the speed control circuit 7 performs a PI (proportional / integral) operation and outputs a first torque signal τc1. Next, the compensation angle signal θc is input to the integration compensation circuit 19, and the integration compensation circuit 19
A signal obtained by multiplying c by the coefficient KI and integrating is output as a second compensation torque signal τc2. Next, the sum signal of the first compensation torque signal τc1 and the second compensation torque signal τc2 is used as the compensation torque signal τc, and the feedforward signal operation circuit 9
Is input to the torque control circuit 6 as a torque command signal τr. Next, the torque control circuit 6 determines that the motor torque τM for driving the motor 1 is equal to the torque command signal τ.
By controlling the motor rotation angle θ to be equal to f.
M follows the rotation angle command signal θr.

【0019】この実施の形態1.は従来例の図6に示す
ものに、積分補償回路19を付加して、第二の補償トル
ク信号τc2を、第一の補償トルク信号τc1に付加し
て補償トルク信号τcとしたものであり、従来例では補
償角度信号θcは全て位置制御回路8で係数倍された
後、速度制御回路7によってPI(比例・積分)演算さ
れて補償トルク信号τcの成分となっていたのに対し、
この実施の形態1.では、従来例の補償トルク信号τc
に、積分補償回路19によりI(積分)演算した第2の
補償トルク信号τc2が加えられた値になっている。こ
のことは補償角度信号θcの低周波成分をフィードバッ
クすることとなり、整定時間を短くしても、外乱に対す
る安定性が確保される働きをする。
Embodiment 1 Is obtained by adding an integral compensation circuit 19 to the conventional example shown in FIG. 6 to add a second compensation torque signal τc2 to the first compensation torque signal τc1 to obtain a compensation torque signal τc. In the conventional example, the compensation angle signal θc is multiplied by a coefficient in the position control circuit 8 and then PI (proportional / integral) is calculated by the speed control circuit 7 to become a component of the compensation torque signal τc.
Embodiment 1 Now, the conventional compensation torque signal τc
And a second compensation torque signal τc2 calculated by I (integral) by the integral compensation circuit 19 is added. This means that the low-frequency component of the compensation angle signal θc is fed back, so that even if the settling time is shortened, the stability against disturbance is ensured.

【0020】この実施の形態1.の動作および効果につ
いて説明する。図2はこの実施の形態1.の図1におい
て、回転角指令信号θcが常に零で一定とし、外乱トル
ク応答の伝達特性のみに関係した部分を抜き出して簡単
化した線形ブロック図である。図1におけるトルク制御
回路6の伝達特性は、従来例と同様に一次遅れに近似し
ている。図において、図1の記号と同一記号は同一部分
を表す。17は符号反転器、18は負荷機械に対する外
乱トルクτdであり、制御対象4の伝達特性は上述の
(式3)、(式4)とする。
Embodiment 1 The operation and effect of will be described. FIG. 2 shows the first embodiment. 1 is a simplified linear block diagram in which the rotation angle command signal θc is always zero and constant, and a portion related only to the transfer characteristic of the disturbance torque response is extracted and simplified. The transfer characteristic of the torque control circuit 6 in FIG. 1 is close to a first-order lag as in the conventional example. In the drawing, the same symbols as those in FIG. 1 represent the same parts. Reference numeral 17 denotes a sign inverter, reference numeral 18 denotes a disturbance torque τd with respect to the load machine, and the transfer characteristics of the controlled object 4 are the above-described (Equation 3) and (Equation 4).

【0021】次に、位置制御の応答を速くするために積
分補償回路19のゲインKIを大きくした場合の数値シ
ミュレーションの例を図3に示す。図3は上記図2の線
形ブロック図においてステップ状の外乱トルク18が入
力したときの電動機回転角θMの応答であり、速度制御
回路7の調整パラメータKv、KPIは従来例と同じで
ある良好な値に固定し、また、位置制御回路8のゲイン
Kpは、従来例における良好な調整値Kp0に固定し
て、従来例の応答と積分補償回路19のゲインKIを適
切な値に設定したものであり、図示の通り、電動機回転
角θMの応答は、外乱がある状態で整定時間を短くして
も、滑らかに応答し安定性が確保される。このように安
定性が確保されたまま整定時間を短縮可能な理由につい
て説明する。図1および図2における電動機回転角θM
からトルク指令信号τrまでの伝達関数は次式で表され
る。 τr/θM=Kv(s+KPI)(s+Kp)/s+Ki/s =|Kv・s +Kv(KPI+Kp)s+(Kv・KPI・Kp+Ki)|/s =Kv・s+Kv(KPI+Kp)+(Kv・KPI+Kp+Ki)/s 上式のように積分補償回路19を追加したことにより、
電動機回転角θMからトルク指令信号τrまでの伝達関
数の零点は実数だけでなく、複素数もとることが可能に
なる。このように複素数の零点を持つようにすることに
より、速度制御回路のゲインを上げずに安定性を確保し
たまま図3に示したように整定時間が短縮される最適な
設定をすることが可能となる。また、ゲインKiにより
1/sの係数だけを大きくすることにより、トルク指令
τrの高周波成分は大きくしないまま、即ち安定性をよ
り大きく確保したままこのような最適調整を行うことが
できる。
FIG. 3 shows an example of a numerical simulation when the gain KI of the integral compensation circuit 19 is increased in order to speed up the response of the position control. FIG. 3 shows the response of the motor rotation angle θM when the step-like disturbance torque 18 is input in the linear block diagram of FIG. 2, and the adjustment parameters Kv and KPI of the speed control circuit 7 are the same as in the conventional example. And the gain Kp of the position control circuit 8 is fixed to a good adjustment value Kp0 in the conventional example, and the response KI of the conventional example and the gain KI of the integral compensation circuit 19 are set to appropriate values. As shown in the figure, the response of the motor rotation angle θM is smooth and stable even if the settling time is shortened in the presence of disturbance. Like this
The reason why the settling time can be reduced while maintaining the qualitative
Will be explained. Motor rotation angle θM in FIGS. 1 and 2
The transfer function from to the torque command signal τr is given by
You. τr / θM = Kv (s + KPI) (s + Kp) / s + Ki / s = | Kv · s 2 + Kv (KPI + Kp) s + (Kv · KPI · Kp + Ki) | / s = Kv · s + Kv (KPI + Kp) + (Kv · KPI + Kp + Ki) / s By adding the integral compensation circuit 19 as in the above equation,
Transmission function from motor rotation angle θM to torque command signal τr
Number zeros can now be complex as well as real
Become. To have complex zeros like this
More stability without increasing the gain of the speed control circuit.
As shown in Fig. 3, the optimal settling time is reduced.
It is possible to make settings. Also, the gain Ki
By increasing only the 1 / s coefficient, the torque command
The high frequency component of τr is not increased,
It is possible to perform such an optimal adjustment while securing
it can.

【0022】実施の形態2.実施の形態1.では、フィ
ードフォワード信号演算回路9を用い回転角指令信号θ
rに対する目標値応答を、外乱に対する応答と独立に調
整できる二自由度制御装置の構成であったが、独立に調
整する必要がない場合にはフィードフォワード信号演算
回路9を用いない構成でもよい。その構成を図4に示
す。図4において、図1と同一符号のものは、同一部分
を表す。
Embodiment 2 FIG. Embodiment 1 FIG. Then, the rotation angle command signal θ is obtained by using the feedforward signal operation circuit 9.
Although the configuration of the two-degree-of-freedom control device is such that the target value response to r can be adjusted independently of the response to the disturbance, the configuration may be such that the feedforward signal operation circuit 9 is not used when there is no need to adjust independently. The configuration is shown in FIG. 4, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same parts.

【0023】図4では、回転角指令信号θrと電動機回
転角θMとの差信号を補償角度信号θcとして位置制御
回路8に入力し、位置制御回路8はP(比例)演算を行
い補償速度指令信号ωcrを出力する。次に補償速度指
令信号ωcrと補償速度信ωcとの差信号を速度制御回
路7に入力する。速度制御回路7はPI(比例・積分)
演算を行い第一のトルク指令信号τc1を出力する。次
に、上記の補償角度信号θcを積分補償回路19に入力
し、積分補償回路19は入力θcに係数KIを乗じて積
分した信号を第二の補償トルク信号τc2として出力す
る。次に、第一の補償トルク信号τc1と第二の補償ト
ルク信号τc2の和信号をトルク指令信号τcとし、ト
ルク制御回路6は電動機1を駆動する電動機トルクτM
がトルク指令信号τfに一致するように制御することに
より電動機回転角θMは回転角指令信号θrに追従す
る。
In FIG. 4, a difference signal between the rotation angle command signal θr and the motor rotation angle θM is input to the position control circuit 8 as a compensation angle signal θc, and the position control circuit 8 performs a P (proportional) operation to perform a compensation speed command. The signal ωcr is output. Next, a difference signal between the compensation speed command signal ωcr and the compensation speed signal ωc is input to the speed control circuit 7. Speed control circuit 7 is PI (proportional / integral)
The calculation is performed and the first torque command signal τc1 is output. Next, the compensation angle signal θc is input to an integration compensation circuit 19, and the integration compensation circuit 19 outputs a signal obtained by multiplying the input θc by a coefficient KI as a second compensation torque signal τc2. Next, the sum signal of the first compensation torque signal τc1 and the second compensation torque signal τc2 is used as a torque command signal τc, and the torque control circuit 6 controls the motor torque τM for driving the motor 1.
Is controlled to coincide with the torque command signal τf, so that the motor rotation angle θM follows the rotation angle command signal θr.

【0024】このように、回転角指令信号θrに対する
目標値応答を独立に調整する必要がない場合にフィード
フォワード信号演算回路を用いなくても実施の形態1.
と同様に、整定時間を短くしても、滑らかに応答し、安
定性が確保される。
As described above, when it is not necessary to independently adjust the target value response to the rotation angle command signal θr, the first embodiment can be performed without using a feedforward signal operation circuit.
Similarly to the above, even if the settling time is shortened, the response is smooth and the stability is secured.

【0025】実施の形態3.実施の形態1.ではフィー
ドフォワード信号演算回路9において制御対象モデル回
路10を模擬的に制御する構成としたが、応答目標角度
信号θfを直接的に計算する回路構成でも可能であり、
そのブロック図を図5に示す。図5において、実施の形
態1.の図1と同一符号は同一部分を表す。9bはフィ
ードフォワード信号演算回路、20は応答目標生成フィ
ルタ、21、22は微分演算器、23は制御対象4の慣
性モーメントの推定値J0を係数とした係数器である。
ただし、応答目標生成フィルタ20は相対次数2次以上
のローパスフィルタであり、その伝達特性はF(s)と
記述するとフィードフォワード信号演算回路9bの伝達
特性は(式5)、(式6)、(式7)で表される。
Embodiment 3 Embodiment 1 FIG. Although the configuration in which the control target model circuit 10 is simulated in the feedforward signal calculation circuit 9 is described, a circuit configuration in which the response target angle signal θf is directly calculated is also possible.
The block diagram is shown in FIG. In FIG. 1 denote the same parts as in FIG. 9b is a feedforward signal operation circuit, 20 is a response target generation filter, 21 and 22 are differential operation units, and 23 is a coefficient unit that uses the estimated value J0 of the inertia moment of the controlled object 4 as a coefficient.
However, the response target generation filter 20 is a low-pass filter having a relative order equal to or higher than two, and if its transfer characteristic is described as F (s), the transfer characteristic of the feedforward signal operation circuit 9b becomes (Equation 5), (Equation 6), It is represented by (Equation 7).

【0026】[0026]

【数3】 (Equation 3)

【0027】実施の形態3.のフィードフォワード信号
演算回路9b以外の部分は実施の形態1.の図1と同一
である。
Embodiment 3 Feed-forward signal operation circuit portions other than 9b is the first embodiment. Is the same as FIG.

【0028】このように、フィードフォワード信号演算
回路を制御対象モデル回路を模擬的に制御する構成とせ
ず、応答目標角度信号θfを直接的に計算する回路構成
としても、実施の形態1.と同様に、整定時間を短くし
ても、滑らかに応答し、安定性が確保される。
As described above, the feedforward signal calculation circuit may not be configured to simulate the control target model circuit but may be configured to directly calculate the response target angle signal θf. Similarly to the above, even if the settling time is shortened, the response is smooth and the stability is secured.

【0029】[0029]

【発明の効果】この発明の請求項1に係る電動機の位置
制御装置は、速度制御回路を有する速度制御ループをマ
イナーループとして内蔵し、位置制御回路の出力を速度
制御ループの指令入力とするカスケード構造の制御回路
に、位置制御回路の入力である補償角度信号を係数倍し
て積分した信号をトルク指令信号に直接加算するパスを
加えたものとしたので、電動機回転角の応答は、外乱が
ある状態で整定時間を短くしても、滑らかに応答し安定
性が確保される。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a motor position control device including a speed control loop having a speed control circuit as a minor loop, and using the output of the position control circuit as a command input of the speed control loop. The control circuit has a structure in which a path is added that directly adds the signal obtained by multiplying the compensation angle signal, which is the input of the position control circuit, by a coefficient to the torque command signal. Even if the settling time is shortened in a certain state, the response is smooth and the stability is secured.

【0030】この発明の請求項2に係る電動機の位置制
御装置は、回転角指令信号に対する目標値応答が独立し
て調整する必要がない場合に、フィードフォワード信号
演算回路を用いない構成で、位置制御回路に、その入力
である補償角度信号を係数倍して積分した信号をトルク
指令信号に直接加算するパスを加えたものとしたので、
請求項1と同様に、電動機回転角の応答は、外乱がある
状態で整定時間を短くしても、滑らかに応答し安定性が
確保される。
According to a second aspect of the present invention, there is provided an electric motor position control device having a configuration in which a feedforward signal operation circuit is not used when a target value response to a rotation angle command signal does not need to be independently adjusted. Since the control circuit is added with a path for directly adding the signal obtained by multiplying the input of the compensation angle signal by a coefficient to the control circuit and adding it to the torque command signal,
Similarly to the first aspect, the response of the motor rotation angle is smoothly responded and stability is ensured even if the settling time is shortened in the presence of disturbance.

【0031】この発明の請求項3に係る電動機の位置制
御装置は、フィードフォワード信号演算回路によりフィ
ードフォワードトルクを演算する二自由度制御装置の回
路構成として、位置制御回路に、その入力である補償角
度信号を係数倍して積分した信号をトルク指令信号に直
接加算するパスを加えたものとしたので、請求項1と同
様に、電動機回転角の応答は、外乱がある状態で整定時
間を短くしても、滑らかに応答し安定性が確保される。
The position control device for a motor according to a third aspect of the present invention is a circuit configuration of a two-degree-of-freedom control device that calculates a feedforward torque by a feedforward signal calculation circuit. Since a path for directly adding a signal obtained by multiplying the angle signal by a coefficient and directly adding the signal to the torque command signal is added, the response of the rotation angle of the motor can be shortened in the presence of a disturbance in the same manner as in claim 1. Even so, the response is smooth and stability is ensured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 この発明の実施の形態1.の構成を示すブロ
ック図である。
FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of FIG.

【図2】 この発明の実施の形態1.における外乱応答
に関係する線形ブロック図である。
FIG. 2 shows a first embodiment of the present invention; FIG. 4 is a linear block diagram related to a disturbance response in FIG.

【図3】 この発明の実施の形態1.の動作説明図であ
る。
FIG. 3 is a first embodiment of the present invention. It is operation | movement explanatory drawing of FIG.

【図4】 この発明の実施の形態2.の構成を示すブロ
ック図である。
FIG. 4 is a second embodiment of the present invention. FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of FIG.

【図5】 この発明の実施の形態3.の構成を示すブロ
ック図である。
FIG. 5 is a third embodiment of the present invention. FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of FIG.

【図6】 従来の電動機の位置制御装置の構成を示すブ
ロック図である。
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a conventional motor position control device.

【図7】 従来例および実施の形態1.の速度制御回路
のブロック図である。
FIG. 7 shows a conventional example and the first embodiment. 3 is a block diagram of a speed control circuit of FIG.

【図8】 従来の電動機の位置制御装置における外乱応
答に関係する線形ブロック図である。
FIG. 8 is a linear block diagram related to a disturbance response in a conventional motor position control device.

【図9】 従来の電動機の位置制御装置の動作の説明図
である。
FIG. 9 is an explanatory diagram of an operation of a conventional motor position control device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 電動機、2 負荷機械、3 回転検出器、4 制御
対象、5 回転角指令信号発生回路、6 トルク制御回
路、7 速度制御回路、8 位置制御回路、9 フィー
ドフォワード信号演算回路、10 制御対象モデル回
路、11 モデル速度制御回路、12 モデル位置制御
回路、19 積分補償回路、20 応答目標生成フィル
タ、21 微分演算器、22 微分演算器。
Reference Signs List 1 motor, 2 load machine, 3 rotation detector, 4 control target, 5 rotation angle command signal generation circuit, 6 torque control circuit, 7 speed control circuit, 8 position control circuit, 9 feedforward signal calculation circuit, 10 control target model Circuit, 11 model speed control circuit, 12 model position control circuit, 19 integral compensation circuit, 20 response target generation filter, 21 differential operation unit, 22 differential operation unit.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−30578(JP,A) 特開 平6−28006(JP,A) 特開 平8−107690(JP,A) 特開 昭62−245301(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02P 5/00 G05B 11/32 G05D 3/00 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-6-30578 (JP, A) JP-A-6-28006 (JP, A) JP-A-8-107690 (JP, A) JP-A-62-1987 245301 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H02P 5/00 G05B 11/32 G05D 3/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 少なくとも、電動機回転角、電動機回転
速度を検出する回転検出器と、電動機回転トルクをトル
ク指令信号に追従させるトルク制御回路と、少なくと
も、電動機回転角の−1倍の信号を和の要素として含む
補償角度信号を入力して補償速度指令信号を出力する位
置制御回路と、上記補償速度指令信号と少なくとも上記
電動機回転速度を和の要素として含む補償速度信号との
差信号を入力して第一の補償トルク信号を出力する速度
制御回路とを備え、上記位置制御回路と速度制御回路と
をカスケード構造に接続して電動機の位置制御装置を形
成し、上記補償角度信号を係数倍して積分した信号を第
二の補償トルク信号として出力する積分補償回路を備
え、少なくとも上記第一の補償トルク信号と第二の補償
トルク信号とを加算した信号を上記トルク指令信号とし
てトルク制御回路に入力して電動機の位置制御を行うこ
とを特徴とする電動機の位置制御装置。
At least a rotation detector for detecting a motor rotation angle and a motor rotation speed, a torque control circuit for causing a motor rotation torque to follow a torque command signal, and at least a signal of -1 times the motor rotation angle are summed. A position control circuit for inputting a compensation angle signal including as a component and outputting a compensation speed command signal; and a difference signal between the compensation speed command signal and a compensation speed signal including at least the motor rotation speed as a sum component. And a speed control circuit for outputting a first compensation torque signal.The position control circuit and the speed control circuit are connected in a cascade structure to form a motor position control device, and the compensation angle signal is multiplied by a factor. An integration compensation circuit that outputs the integrated signal as a second compensation torque signal, wherein at least the first compensation torque signal and the second compensation torque signal are added. A position control device for a motor, wherein the position control of the motor is performed by inputting a signal to the torque control circuit as the torque command signal.
【請求項2】 少なくとも、電動機回転角、電動機回転
速度を検出する回転検出器と、電動機回転トルクをトル
ク指令信号に追従させるトルク制御回路と、電動機に対
する回転角指令信号と上記電動機回転角の差信号を補償
角度信号として入力し補償速度指令信号を出力する位置
制御回路と、上記補償速度指令信号と上記電動機回転速
度との差信号を入力して第1の補償トルク信号を出力す
る速度制御回路とを備え、上記位置制御回路と速度制御
回路とをカスケード構造に接続して電動機の位置制御装
置を形成し、上記補償角度信号を係数倍して積分した信
号を第二の補償トルク信号として出力する積分補償回路
を備え、少なくとも上記第一の補償トルク信号と第二の
補償トルク信号とを加算した信号を上記補償トルク指令
信号としてトルク制御回路に入力して電動機の位置制御
を行うことを特徴とする電動機の位置制御装置。
2. A rotation detector for detecting at least a motor rotation angle and a motor rotation speed, a torque control circuit for causing a motor rotation torque to follow a torque command signal, and a difference between the rotation angle command signal for the motor and the motor rotation angle. A position control circuit that inputs a signal as a compensation angle signal and outputs a compensation speed command signal, and a speed control circuit that inputs a difference signal between the compensation speed command signal and the motor rotation speed and outputs a first compensation torque signal The position control circuit and the speed control circuit are connected in a cascade structure to form a motor position control device, and a signal obtained by multiplying and multiplying the compensation angle signal by a coefficient is output as a second compensation torque signal. And a signal obtained by adding at least the first compensation torque signal and the second compensation torque signal as the compensation torque command signal. A position control device for an electric motor, wherein the position is controlled by inputting it to a control circuit.
【請求項3】 少なくとも、電動機回転角、電動機回転
速度を検出する回転検出器と、電動機回転トルクをトル
ク指令信号に追従させるトルク制御回路と、電動機に対
する回転角指令信号を入力し、少なくともフィードフォ
ワードトルク信号と応答目標角度信号と応答目標速度信
号を出力するフィードフォワード信号演算回路と、上記
応答目標角度信号と上記電動機回転角との差信号を補償
角度信号、上記電動機回転速度と上記応答目標速度信号
との差信号を補償速度信号とすると、上記補償角度信号
を入力して補償速度信号を出力する位置制御回路と、上
記補償速度指令信号と上記補償速度信号との差信号を入
力して第一の補償トルク信号を出力する速度制御回路と
を備え、上記位置制御回路と速度制御回路とをカスケー
ド構造に接続して電動機の二自由度位置制御装置を形成
し、上記補償角度信号を係数倍して積分した信号を第二
の補償トルク信号として出力する積分補償回路を備え、
上記第一の補償トルク信号と上記第二の補償トルク信号
との和信号を上記トルク指令信号としてトルク制御回路
に入力し、電動機の位置制御を行うことを特徴とする電
動機の位置制御装置。
3. A rotation detector for detecting a motor rotation angle and a motor rotation speed, a torque control circuit for causing a motor rotation torque to follow a torque command signal, and a rotation angle command signal for the motor, and at least a feedforward signal. A feedforward signal operation circuit for outputting a torque signal, a response target angle signal, and a response target speed signal; a compensation signal for a difference signal between the response target angle signal and the motor rotation angle; a motor rotation speed and the response target speed Assuming that a difference signal from the signal is a compensation speed signal, a position control circuit that inputs the compensation angle signal and outputs a compensation speed signal, and a difference signal between the compensation speed command signal and the compensation speed signal, and A speed control circuit that outputs one compensation torque signal. The position control circuit and the speed control circuit are connected in a cascade Forming a two-degree-of-freedom position control device for the motive, comprising an integral compensation circuit that outputs a signal obtained by multiplying and integrating the compensation angle signal by a coefficient as a second compensation torque signal,
A position control device for an electric motor, comprising: inputting a sum signal of the first compensation torque signal and the second compensation torque signal to a torque control circuit as the torque command signal to perform position control of the electric motor.
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