JP3235428B2 - モータ制御装置 - Google Patents
モータ制御装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、いわゆるＰＩ制御
（比例積分制御）を適用してモータの速度をフィードバ
ック制御するモータ制御装置の改良に関する。 【０００２】 【従来の技術】ＰＩ制御をモータ速度のフィードバック
制御に適用した従来のモータ制御装置においては、複数
の比例ゲインと積分ゲインをあらかじめ用意しておき、
最適なゲインを選択し設定することによって応答性と安
定性の両立を図るようにしている（たとえば、特開昭６
１−１９６７８６号公報、特開平１−１９８２９０号公
報参照）。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来のモータ制御装置にあっては、モータの動作状態
（加速、定速、減速、停止）に合った最適なゲインを設
定することができず、特に機械加工装置のように加工中
は高度の安定性が要求される一方で加速時は素早い立ち
上がりが要求されるものに対してそれらの要求を同時に
満たすことはきわめて困難であり、そうしたマシンの要
求性能に見合った応答性と安定性の両立には一定の限界
がある。 【０００４】すなわち、前記特開昭６１−１９６７８６
号公報に開示されている従来のモータ制御装置にあって
は、目標値に従ってゲインを選択するため、モータの動
作状態に合ったゲインの設定はできない。たとえば、加
速時と定速時の両状態を同時に最適に制御しうるゲイン
を目標値によって一意的に決定することはできない。そ
のため、あらかじめ用意しておくゲインの大きさはどれ
かの動作状態に合った設定とならざるを得ず、すべての
動作状態に対して最適な制御を行うことはきわめて困難
である。 【０００５】また、前記特開平１−１９８２９０号公報
に開示されている従来のモータ制御装置にあっては、速
度偏差（現在速度と目標速度との差）の大きさに応じて
ゲインを選択する。具体的には、速度偏差が大きいとき
には比例ゲイン、積分ゲイン共に大きなゲインを選択
し、逆に、速度偏差が小さいときには比例ゲイン、積分
ゲイン共に小さなゲインを選択するようにしている。と
ころが、このような制御によれば、たとえば、速度偏差
が大きい加速時においては、比例ゲイン、積分ゲイン共
に大きくなり、総合ゲインが大きくなりすぎるため安定
性が悪化するとともに、積分動作が強くなるため応答性
も悪くなる。また、速度偏差が小さい定速時において
は、積分ゲインが小さくなり積分動作が弱くなるため定
常偏差の改善には不利である。さらに、ハンチングや発
振などが発生して制御系が振動的になったために速度偏
差が大きい場合には、比例ゲイン、積分ゲイン共に大き
なゲインが選択されるため、ますます不安定になってし
まう。 【０００６】本発明は、モータ制御装置における上記課
題に着目してなされたものであり、特に定速時の安定性
と加速時の高速立上げ性能が重視されるたとえば機械加
工装置などにおいて、ＰＩ制御によりモータ速度をフィ
ードバック制御する際に、少なくとも定速時の安定性を
確保しつつモータを高速に立ち上げることができるモー
タ制御装置を提供することを目的とする。 【０００７】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、目標値と速度フィードバッ
ク信号との偏差により比例積分制御を行ってモータをフ
ィードバック制御するモータ制御装置であって、入力し
た目標速度信号から所定のパラメトリック設定に従って
速度変化パターンを設定する速度変化パターン設定手段
と、前記速度変化パターン設定手段によって設定された
速度変化パターンに基づいてモータの動作状態信号を発
生する動作状態信号発生手段と、あらかじめモータの動
作状態ごとに比例制御動作および積分制御動作に用いら
れる比例ゲインおよび積分ゲインをそれぞれ記憶するゲ
イン記憶手段と、前記動作状態信号発生手段からの動作
状態信号に従って前記ゲイン記憶手段に記憶されている
比例ゲインおよび積分ゲインを選択するゲイン選択手段
と、を有し、前記ゲイン記憶手段に記憶されている比例
ゲインには、モータの加速時に選択される加速用比例ゲ
インと定速時に選択される定速用比例ゲインがあり、前
記ゲイン記憶手段に記憶されている積分ゲインには、加
速時に選択される加速用積分ゲインと定速時に選択され
る定速用積分ゲインがあり、これらゲインの大小関係
は、 加速用比例ゲイン＞定速用比例ゲイン＞０ 定速用積分ゲイン＞加速用積分ゲイン＝０ であり、モータの加速時にはモータを比例動作制御し、
モータの定速時にはモータを比例積分制御することを特
徴とする。 【０００８】 【０００９】請求項２記載の発明は、目標値と速度フィ
ードバック信号との偏差により比例積分制御を行ってモ
ータをフィードバック制御するモータ制御装置であっ
て、入力した目標速度信号から所定のパラメトリック設
定に従って速度変化パターンを設定する速度変化パター
ン設定手段と、前記速度変化パターン設定手段によって
設定された速度変化パターンに基づいてモータの動作状
態信号を発生する動作状態信号発生手段と、あらかじめ
モータの動作状態ごとに比例制御動作および積分制御動
作に用いられる比例ゲインおよび積分ゲインをそれぞれ
記憶するゲイン記憶手段と、前記動作状態信号発生手段
からの動作状態信号に従って前記ゲイン記憶手段に記憶
されている比例ゲインおよび積分ゲインを選択するゲイ
ン選択手段と、を有し、前記ゲイン記憶手段に記憶され
ている比例ゲインには、モータの減速時に選択される減
速用比例ゲインと定速時に選択される定速用比例ゲイン
があり、前記ゲイン記憶手段に記憶されている積分ゲイ
ンには、減速時に選択される減速用積分ゲインと定速時
に選択される定速用積分ゲインがあり、これらゲインの
大小関係は、 減速用比例ゲイン＞定速用比例ゲイン＞０ 定速用積分ゲイン＞減速用積分ゲイン＝０ であり、モータの減速時にはモータを比例動作制御し、
モータの定速時にはモータを比例積分制御することを特
徴とする。 【００１０】 【００１１】このようにゲインを設定した場合、加速時
および減速時は、モータの高速立上げ性能を重視すべき
ところ、比例ゲインが大きくかつ積分ゲインがゼロであ
るため、モータの立ち上がりおよび立ち下がりの応答性
が改善され、速やかなる加速および減速が実現される。
また、定速時は、定常偏差のない安定性を重視すべきと
ころ、比例ゲインが小さくかつ積分ゲインを設定したた
め、比例動作による振動的要素がなくなるとともに積分
動作により定常偏差が解消され、定常偏差がなくしかも
外乱に対する過度の応答のない安定した回転が実現され
る。 【００１２】請求項３記載の発明は、目標値と速度フィ
ードバック信号との偏差により比例積分制御を行ってモ
ータをフィードバック制御するモータ制御装置であっ
て、入力した目標速度信号から所定のパラメトリック設
定に従って速度変化パターンを設定する速度変化パター
ン設定手段と、前記速度変化パターン設定手段によって
設定された速度変化パターンに基づいてモータの動作状
態信号を発生する動作状態信号発生手段と、あらかじめ
モータの動作状態ごとに比例制御動作および積分制御動
作に用いられる比例ゲインおよび積分ゲインをそれぞれ
記憶するゲイン記憶手段と、前記動作状態信号発生手段
からの動作状態信号に従って前記ゲイン記憶手段に記憶
されている比例ゲインおよび積分ゲインを選択するゲイ
ン選択手段と、前記動作状態信号発生手段から加速状態
信号を入力したときに積分制御動作を遮断する積分制御
動作遮断手段と、を有し、前記ゲイン記憶手段に記憶さ
れている比例ゲインには、モータの加速時に選択される
加速用比例ゲインと定速時に選択される定速用比例ゲイ
ンがあり、前記ゲイン記憶手段に記憶されている積分ゲ
インには、加速時に選択される加速用積分ゲインと定速
時に選択される定速用積分ゲインがあり、これらゲイン
の大小関係は、 加速用比例ゲイン＞定速用比例ゲイン＞０ 定速用積分ゲイン＞０ であり、モータの加速時にはモータを比例動作制御し、
モータの定速時にはモータを比例積分制御することを特
徴とする。請求項４記載の発明は、目標値と速度フィー
ドバック信号との偏差により比例積分制御を行ってモー
タをフィードバック制御するモータ制御装置であって、
入力した目標速度信号から所定のパラメトリック設定に
従って速度変化パターンを設定する速度変化パターン設
定手段と、前記速度変化パターン設定手段によって設定
された速度変化パターンに基づいてモータの動作状態信
号を発生する動作状態信号発生手段と、あらかじめモー
タの動作状態ごとに比例制御動作および積分制御動作に
用いられる比例ゲインおよび積分ゲインをそれぞれ記憶
するゲイン記憶手段と、前記動作状態信号発生手段から
の動作状態信号に従って前記ゲイン記憶手段に記憶され
ている比例ゲインおよび積分ゲインを選択するゲイン選
択手段 と、前記動作状態信号発生手段から減速状態信号
を入力したときに積分制御動作を遮断する積分制御動作
遮断手段と、を有し、前記ゲイン記憶手段に記憶されて
いる比例ゲインには、モータの減速時に選択される減速
用比例ゲインと定速時に選択される定速用比例ゲインが
あり、前記ゲイン記憶手段に記憶されている積分ゲイン
には、減速時に選択される減速用積分ゲインと定速時に
選択される定速用積分ゲインがあり、これらゲインの大
小関係は、 減速用比例ゲイン＞定速用比例ゲイン＞０ 定速用積分ゲイン＞０ であり、モータの減速時にはモータを比例動作制御し、
モータの定速時にはモータを比例積分制御することを特
徴とする。 【００１３】このように構成された本発明にあっては、
目標値と速度フィードバック信号との偏差により比例積
分制御を行ってモータをフィードバック制御する際に、
速度変化パターン設定手段は入力した目標速度信号から
所定のパラメトリック設定に従って速度変化パターンを
設定し、動作状態信号発生手段はその速度変化パターン
設定手段によって設定された速度変化パターンに基づい
てモータの動作状態信号を発生し、ゲイン選択手段およ
び積分動作遮断手段に出力する。ゲイン選択手段は、動
作状態信号発生手段から出力された動作状態信号に従っ
て、ゲイン記憶手段に記憶されている複数の比例ゲイン
および積分ゲインの中からその動作状態における比例ゲ
インと積分ゲインを選択する。このようにして選択され
た比例ゲインと積分ゲインによってモータの動作状態に
合った比例積分制御が行われる。このとき、積分動作遮
断手段は、動作状態信号発生手段から加速状態信号また
は減速状態信号を入力したときに積分制御動作を遮断す
る。したがって、加速時および減速時には比例制御動作
のみが行われることになり、積分制御動作は行われない
ので、モータの高速立上げおよび立下げが可能となる。 【００１４】 【００１５】 【００１６】このようにゲインを設定した場合、加速時
および減速時は、モータの高速立上げ性能を重視すべき
ところ、比例ゲインが大きく、しかも積分制御動作は上
記のように行われないため、モータの立ち上がりおよび
立ち下がりの応答性が改善され、速やかなる加速および
減速が実現される。また、定速時は、定常偏差のない安
定性を重視すべきところ、比例ゲインが小さくかつ積分
ゲインを設定したため、比例動作による振動的要素がな
くなるとともに積分動作により定常偏差が解消され、定
常偏差がなくしかも外乱に対する過度の応答のない安定
した回転が実現される。 【００１７】請求項５記載の発明は、動作状態信号発生
手段は、あらかじめ設定された指標により、速度変化パ
ターン設定手段によって設定された速度変化パターンが
加速状態から定速状態に移行する時点よりも早く動作状
態信号を切り替えることを特徴とする。 【００１８】このように構成された本発明にあっては、
動作状態信号発生手段は、速度変化パターン設定手段に
よって設定された速度変化パターンが加速状態から定速
状態に移行する時点よりも早く動作状態信号を切り替え
るので、事前に定速状態に合ったゲイン設定がなされ、
慣性力の抑制が図られることになり、定常時のオーバー
シュートやハンチングが抑えられる。 【００１９】請求項６記載の発明は、動作状態信号発生
手段は、あらかじめ設定された指標により、速度変化パ
ターン設定手段によって設定された速度変化パターンが
減速状態から停止状態に移行する時点よりも早く動作状
態信号を切り替えることを特徴とする。 【００２０】このように構成された本発明にあっては、
動作状態信号発生手段は、速度変化パターン設定手段に
よって設定された速度変化パターンが減速状態から停止
状態に移行する時点よりも早く動作状態信号を切り替え
るので、事前に停止状態に合ったゲイン設定がなされ、
慣性力の抑制が図られることになり、停止時のオーバー
シュートやハンチングが抑えられる。 【００２１】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は本発明のモータ制御装置の
一構成を示すブロック図である。このモータ制御装置
は、特に加工中の安定性と加速時の高速立上げ性能とが
要求される機械加工装置などに好適なものであり、指令
速度と速度フィードバック信号との偏差により比例積分
制御動作を行って直流モータ１０（以下、単にモータと
いう。）をフィードバック制御するものであって、外部
から目標速度信号を入力してランプ状の加減速パターン
（速度変化パターン）を生成し、これに基づいて速度指
令ｖを出力する加減速パターン発生器１１と、加減速パ
ターン発生器１１から出力された速度指令ｖとモータ１
０に取り付けられた回転速度検出装置１２（たとえば、
タコジェネレータなど）からの速度フィードバック信号
ｆとを比較してそれらの偏差ｅを求める比較器１３と、
比較器１３から入力した偏差信号ｅに比例した信号を出
力する比例動作用乗算器１４と、同じく比較器１３から
入力した偏差信号ｅに比例した信号を出力する積分動作
用乗算器１５と、この積分動作用乗算器１５からの入力
を時間に関して積分した信号を出力する積分器１６と、
比例動作用乗算器１４から入力した信号と積分器１６か
ら入力した信号とを加え合わせた信号を出力する加算器
１７と、この加算器１７の出力ｚを操作量として入力し
モータ１０に駆動電流を供給するモータ駆動回路１８
（たとえば、電流アンプなど）とを有している。 【００２２】積分器１６と加算器１７の間には、積分制
御動作を遮断するための積分動作遮断器１９が設けられ
ている。この積分動作遮断器１９は、たとえばスイッチ
で構成され、加減速パターン発生器１１から出力される
後述する動作状態信号ｍによりＯＮ／ＯＦＦされる。本
案では、加速時と減速時にはスイッチ１９をＯＦＦして
積分器１６の出力の加算器１７への伝達を阻止し、定速
時と停止時にはスイッチ１９をＯＮして積分器１６の出
力が加算器１７に到達するようにしている。 【００２３】比例動作用乗算器１４には、選択器２０を
介して、比例制御動作で用いられる比例ゲインを記憶し
た三つのレジスタ２１、２２、２３がそれぞれ接続され
ている。比例ゲインは、モータ１０の動作状態に応じ
て、加速時と減速時（まとめて加減速時という。）に選
択される加減速用ゲインと、定速時に選択される定速用
ゲインと、停止時に選択される停止用ゲインという３種
類のものがあらかじめ設定されている。加減速用ゲイン
はレジスタ２１に記憶され、定速用ゲインはレジスタ２
２に記憶され、停止用ゲインはレジスタ２３に記憶され
ている。これら３種類の比例ゲインの大きさは、対応す
るモータ１０の動作状態（加減速、定速、停止）に合っ
た最適値にそれぞれ設定されている。たとえば、それら
の間の大小関係は、後述する理由により、加減速用の比
例ゲインは定速用や停止用の比例ゲインよりも十分に大
きな値に設定されている。また、選択器２０は、たとえ
ば、切換スイッチで構成されており、加減速パターン発
生器１１から出力される後述する動作状態信号ｍによっ
て制御される。したがって、各レジスタ２１〜２３に記
憶されている比例ゲインは、モータ１０の動作状態によ
り、切換スイッチ２０を介して選択的に比例動作用乗算
器１４に与えられることになる。 【００２４】一方、積分動作用乗算器１５には、選択器
２４を介して、積分制御動作で用いられる積分ゲインを
記憶した二つのレジスタ２５、２６がそれぞれ接続され
ている。積分ゲインは、モータ１０の動作状態に応じ
て、定速時に選択される定速用ゲインと、停止時に選択
される停止用ゲインという２種類のものがあらかじめ設
定されている。定速用ゲインはレジスタ２５に記憶さ
れ、停止用ゲインはレジスタ２６に記憶されている。こ
れら２種類の積分ゲインの大きさは、対応するモータ１
０の動作状態（定速、停止）に合った最適値にそれぞれ
設定されている。また、選択器２４は、上記した選択器
２０の場合と同様、たとえば、切換スイッチで構成され
ており、加減速パターン発生器１１から出力される後述
する動作状態信号ｍによって制御される。したがって、
各レジスタ２５、２６に記憶されている積分ゲインは、
モータ１０の動作状態に応じて、切換スイッチ２４を介
して選択的に積分動作用乗算器１５に与えられることに
なる。なお、モータ１０の動作状態が加速および減速の
場合には、対応する積分ゲインがないので、設定器２４
は中間位置に設定される。 【００２５】なお、本案では、加減速時に積分制御動作
を行わないようにするため、上記のように積分制御動作
を遮断するための積分動作遮断器１９を設けているの
で、加速時や減速時に使用する積分ゲインは設定してい
ないが、かかる構成に限定されるわけではない。たとえ
ば、上記の積分動作遮断器１９を設けることなく、加減
速時に使用する積分ゲインを設定してもよい。この場合
には、積分動作をゼロにするため、加減速時の積分ゲイ
ンをゼロに設定する。 【００２６】上記したように各種ゲインの大きさは対応
するモータ１０の動作状態（加減速、定速、停止）に合
った最適値にそれぞれ設定されている。より具体的に
は、加工中の安定性と加速時の高速立上げ性能とが要求
される機械加工装置などにおいては、加速時や減速時に
は、振動的になってもよいからできるだけ早く目標値
（速度）に到達することが要求されており、高速立上げ
性能のみを重視したゲイン設定を行う必要があるので、
発散しない程度に比例動作を最大限に強くしかつ積分動
作をゼロにするよう、好ましくは、加減速用の比例ゲイ
ンは発散しない最大値に設定し、もし積分動作遮断器１
９を設けない場合には加減速用の積分ゲインはゼロに設
定する。一方、実際に加工動作などを行う定速時には、
振動的であってはならずしかも定常偏差があってはなら
ないので、外乱やバックラッシの影響を一切受けないよ
うに安定性を重視したゲイン設定を行う必要があり、振
動的要素がなくなる程度に比例動作を弱くしかつ定常偏
差を解消できる程度の積分動作を行うよう、好ましく
は、定速用の比例ゲインは振動的とならない小さな値に
設定し、定速用の積分ゲインは定常偏差を除去しうる程
度の値に設定しておく。つまり、加減速用と定速用の比
例ゲインの間には下記の大小関係があり、 加減速用比例ゲイン＞定速用比例ゲイン＞０ また、積分ゲインについては下記の関係 定速用積分ゲイン（＞加減速用積分ゲイン）＞０ が成立する。 【００２７】なお、停止時には振動的であってはならず
定常偏差もあってはならないが、定速時のように超安定
的にする必要はないので、停止用の比例ゲインと積分ゲ
インはそうした要請を考慮して適当に設定しておけばよ
い。 【００２８】なお、速度変化パターン設定手段と動作状
態信号発生手段は加減速パターン発生器１１、ゲイン記
憶手段はレジスタ２１〜２３、２５、２６、ゲイン選択
手段は選択器２０、２４、積分制御動作遮断手段は積分
動作遮断器１９によってそれぞれ構成されている。 【００２９】図２は加減速パターン発生器１１で生成さ
れる加減速パターンの一例を示す図である。加減速パタ
ーン発生器１１は、上記したように、外部から目標速度
信号を入力して図２に示すようなランプ状の加減速パタ
ーンを生成するが、目標速度信号は、たとえば、上位の
制御装置から入力される。加減速パターン発生器１１に
は、あらかじめ、ランプ状の加減速パターンを生成する
ための各種パラメータが設定されている。各種パラメー
タは、たとえば、加速時の傾き、減速時の傾き、最高速
度などからなり、適用されるそれぞれの機構に適した固
有の値にそれぞれ設定されている。加減速パターン発生
器１１から出力される速度指令ｖは、この生成した加減
速パターンに基づいて出力される。 【００３０】図３は加減速パターンに対する動作状態信
号の出力タイミングの一例を示す図である。加減速パタ
ーン発生器１１は、生成した加減速パターンに基づいて
モータ１０の動作状態（加速、減速、定速、停止）を示
す信号（動作状態信号）ｍを出力する機能をも有してい
る。ここでは、図３に示すように、加速状態から定速状
態に移行する時には所定時間ａ（たとえば、０．１秒）
だけ早く動作状態信号ｍを切り替え、また、減速状態か
ら停止状態に移行する時には所定時間ｂ（たとえば、
０．１秒）だけ早く動作状態信号ｍを切り替えるように
している。これは、事前に定常状態に合ったゲイン設定
を行うことにより、定常状態に切り替わる前に慣性力の
抑制を図り、もって定常時のオーバーシュートやハンチ
ングを防止するためである。加減速パターン発生器１１
から出力される動作状態信号ｍは、上記したように、積
分動作遮断器（スイッチ）１９と二つの選択器（切換ス
イッチ）２０、２４にそれぞれ与えられる。 【００３１】なお、本案では上記のように加減速パター
ンにおける時間を指標としてゲインの切り替え制御を行
っているが、切り替えの指標は時間に限定されない。た
とえば、加減速パターンにおける速度指令（出力値）を
指標としてゲインの切り替え制御を行うようにしてもよ
い。すなわち、加速状態から定速状態に移行する時には
加速時の速度指令の絶対値が所定値（＜次の定速時の速
度指令の絶対値）になったときに動作状態信号ｍを切り
換え、また、減速状態から停止状態に移行する時には減
速時の速度指令の絶対値が所定値（＞０）になったとき
に動作状態信号ｍを切り替える。 【００３２】次に、上記のように構成された本装置の動
作を説明する。上位の制御装置から目標速度信号が加減
速パターン発生器１１に入力されると、加減速パターン
発生器１１は、各種パラメータに従ってモータ速度の加
減速パターン（図２参照）を生成し、その加減速パター
ンに従って速度指令ｖを比較器１３に出力する。比較器
１３は、加減速パターン発生器１１からの速度指令ｖを
目標値として入力するとともに、モータ１０に取り付け
られた回転速度検出装置１２によって検出された実際の
モータ速度信号（速度フィードバック信号）ｆを入力
し、入力した速度指令（目標値）ｖと検出速度（速度フ
ィードバック信号）ｆとを比較してそれらの偏差ｅを求
め、結果を比例動作用乗算器１４と積分動作用乗算器１
５に出力する。 【００３３】比例動作用乗算器１４は、加減速パターン
発生器１１から出力された動作状態信号ｍに従って選択
器（切換スイッチ）２０により選択された比例ゲインを
速度偏差ｅに掛け算し、その掛けた値を加算器１７に出
力する。一方、積分動作用乗算器１５は、同じく加減速
パターン発生器１１から出力された動作状態信号ｍに従
って選択器（切換スイッチ）２４により選択された積分
ゲインを速度偏差ｅに掛け算し、その掛けた値を積分器
１６に出力する。ここで、動作状態信号ｍが加速または
減速を示す場合には、対応する積分ゲインが存在しない
ので、選択器（切換スイッチ）２４はいずれのレジスタ
２５、２６をも選択しない中間位置に設定される。積分
器１６は、積分動作用乗算器１５の出力を時間に関して
積分し、その時間積分した値を積分動作遮断器１９を介
して加算器１７に出力する。積分動作遮断器１９は、加
減速パターン発生器１１から出力された動作状態信号ｍ
に従って選択的にＯＮ／ＯＦＦされ、加減速中はＯＦＦ
状態、定速中と停止中はＯＮ状態となるので、積分器１
６の出力は、定速中と停止中の場合に限り、加算器１７
に伝達される。加算器１７は、比例動作用乗算器１４の
出力と積分器１６の出力を加え合わせた値ｚ（定速中と
停止中は比例動作用乗算器１４の出力そのもの）を操作
量としてモータ駆動回路１８に出力し、モータ１０をフ
ィードバック制御する。 【００３４】すなわち、加減速時には、積分動作遮断器
１９により積分制御動作を遮断した上で、比例動作用乗
算器１４により速度偏差ｅに加減速用の比例ゲインを掛
けた値を出力として制御する、つまり比例制御動作のみ
を行う。このとき、選択される加減速用比例ゲインは大
きな値（好ましくは、発散しない最大値）に設定されて
いるので、発散しない程度の強度の比例動作が行われ、
モータ１０の立ち上げと立ち下げの高速化が図られる。
なお、この場合は高速立上げ性能のみを重視しており、
途中の経路で振動的挙動を示すことがあってもよいこと
は前述したとおりである。 【００３５】また、定速時には、比例動作用乗算器１４
により速度偏差ｅに定速用の比例ゲインを掛けた値と、
積分動作用乗算器１５と積分器１６により速度偏差ｅに
定速用の積分ゲインを掛けて時間積分した値とを加算器
１７により加え合わせた値を出力として制御を行う、つ
まり比例動作と積分動作の両方を行う（比例積分制御動
作）。このとき、選択される定速用のゲインは安定性を
重視して比例ゲインは小さくかつ積分ゲインは定常偏差
を除去しうる程度の値に設定しているので、振動的でな
くかつ定常偏差のない安定した回転が得られる。 【００３６】また、停止時には、比例動作用乗算器１４
により速度偏差ｅに停止用の比例ゲインを掛けた値と、
積分動作用乗算器１５と積分器１６により速度偏差ｅに
停止用の積分ゲインを掛けて時間積分した値とを加算器
１７により加え合わせた値を出力として制御を行う、つ
まり比例動作と積分動作の両方を行う（比例積分制御動
作）。このとき、選択される停止用の比例ゲインと積分
ゲインはそれぞれ停止制御に合った最適値に設定されて
いるので、停止状態に対する要請を満たす停止制御が行
われることになる。 【００３７】図４は本装置によるシミュレーション結果
の一例を示すグラフである。ここでは、点線で示した加
減速パターン（目標値）において加速状態から定速状態
に移行する時刻（２秒後）よりも０．１秒だけ早い１．
９秒後にゲインの切り替え制御を行った場合について示
している。本装置によれば、加速時は比例ゲインを大き
くしかつ積分ゲインをゼロ（または積分動作を遮断）に
し、定速時は比例ゲインを小さくしかつ積分ゲインを設
定したので、同図に示すように、目標値に素早く立ち上
がり、しかも、定速時に振動や定常偏差のない状態とな
っている。なお、参考までに、ゲインの切り替え制御を
行わない場合のシミュレーション結果の一例を図５と図
６に示しておく。図５は比例動作のみを行った場合（比
例ゲインは大きく、積分ゲインはゼロ）であり、立上り
性能は良好だが、定速時に振動しており、また、定常偏
差も残っている。図６は比例ゲインを小さくしかつ積分
ゲインを大きくしてＰＩ制御を行った場合であり、定速
時に振動的要素はなく定常偏差もないが、立ち上がりに
時間がかかり応答性が悪くなっている。 【００３８】なお、上記の構成では、加速時と減速時と
で同じ比例ゲインを用いるようにしているが、これに限
定されるわけではない。たとえば、加速時と減速時とで
モータ１０の制御特性を変えたいような場合には、加速
時と減速時とでそれぞれ異なる大きさの比例ゲインを用
いるようにしてもよい。また、積分動作についても、減
速時に加速時ほど高度の応答性が要求されない場合に
は、弱い積分動作を加えるようにしてもよい。この場合
には、小さな積分ゲインを設定し、減速時に積分動作遮
断器１９をＯＮするようにする。 【００３９】また、上記の構成では、サーボ機構により
モータを停止させる場合を想定しているため、停止時に
もモータに駆動電流を供給しなければならないが、その
ような必要のない機構にあっては、停止用の制御は必要
ないので、ゲインを含めてそれに関する構成は省略可能
である。 【００４０】 【００４１】 【発明の効果】以上述べたように、請求項１記載の発明
によれば、加速時の比例ゲインを大きくしかつ積分ゲイ
ンをゼロにしたので、モータの立ち上がりの応答性が改
善され、速やかなる加速が実現されるばかりか、定速時
の比例ゲインを小さくしかつ積分ゲインを設定したの
で、比例動作による振動的要素がなくなるとともに積分
動作により定常偏差が解消され、定常偏差がなくしかも
外乱に対する過度の応答のない安定した回転が実現され
る。 【００４２】請求項２記載の発明によれば、減速時の比
例ゲインを大きくしかつ積分ゲインをゼロにしたので、
モータの立ち下がりの応答性が改善され、速やかなる減
速が実現されるばかりか、請求項１記載の発明と同様、
定速時の比例ゲインを小さくしかつ積分ゲインを設定し
たので、定常偏差がなくしかも外乱に対する過度の応答
のない安定した回転が実現される。 【００４３】 【００４４】請求項３記載の発明によれば、加速時の比
例ゲインを大きくしかつその時には積分制御動作は行わ
ないので、モータの立ち上がりの応答性が改善され、速
やかなる加速が実現されるばかりか、定速時の比例ゲイ
ンを小さくしかつ積分ゲインを設定したので、比例動作
による振動的要素がなくなるとともに積分動作により定
常偏差が解消され、定常偏差がなくしかも外乱に対する
過度の応答のない安定した回転が実現される。 【００４５】請求項４記載の発明によれば、減速時の比
例ゲインを大きくしかつその時には積分制御動作は行わ
ないので、モータの立ち下がりの応答性が改善され、速
やかなる減速が実現されるばかりか、請求項４記載の発
明と同様、定速時の比例ゲインを小さくしかつ積分ゲイ
ンを設定したので、定常偏差がなくしかも外乱に対する
過度の応答のない安定した回転が実現される。 【００４６】請求項５記載の発明によれば、加速状態か
ら定速状態に移行する時点よりも早く動作状態信号を切
り替えるので、事前に定速状態に合ったゲイン設定がな
され、定常時のオーバーシュートやハンチングが抑えら
れる。 【００４７】請求項６記載の発明によれば、減速状態か
ら停止状態または定速状態に移行する時点よりも早く動
作状態信号を切り替えるので、事前に停止状態または定
速状態に合ったゲイン設定がなされ、停止時または定常
時のオーバーシュートやハンチングが抑えられる。
（比例積分制御）を適用してモータの速度をフィードバ
ック制御するモータ制御装置の改良に関する。 【０００２】 【従来の技術】ＰＩ制御をモータ速度のフィードバック
制御に適用した従来のモータ制御装置においては、複数
の比例ゲインと積分ゲインをあらかじめ用意しておき、
最適なゲインを選択し設定することによって応答性と安
定性の両立を図るようにしている（たとえば、特開昭６
１−１９６７８６号公報、特開平１−１９８２９０号公
報参照）。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来のモータ制御装置にあっては、モータの動作状態
（加速、定速、減速、停止）に合った最適なゲインを設
定することができず、特に機械加工装置のように加工中
は高度の安定性が要求される一方で加速時は素早い立ち
上がりが要求されるものに対してそれらの要求を同時に
満たすことはきわめて困難であり、そうしたマシンの要
求性能に見合った応答性と安定性の両立には一定の限界
がある。 【０００４】すなわち、前記特開昭６１−１９６７８６
号公報に開示されている従来のモータ制御装置にあって
は、目標値に従ってゲインを選択するため、モータの動
作状態に合ったゲインの設定はできない。たとえば、加
速時と定速時の両状態を同時に最適に制御しうるゲイン
を目標値によって一意的に決定することはできない。そ
のため、あらかじめ用意しておくゲインの大きさはどれ
かの動作状態に合った設定とならざるを得ず、すべての
動作状態に対して最適な制御を行うことはきわめて困難
である。 【０００５】また、前記特開平１−１９８２９０号公報
に開示されている従来のモータ制御装置にあっては、速
度偏差（現在速度と目標速度との差）の大きさに応じて
ゲインを選択する。具体的には、速度偏差が大きいとき
には比例ゲイン、積分ゲイン共に大きなゲインを選択
し、逆に、速度偏差が小さいときには比例ゲイン、積分
ゲイン共に小さなゲインを選択するようにしている。と
ころが、このような制御によれば、たとえば、速度偏差
が大きい加速時においては、比例ゲイン、積分ゲイン共
に大きくなり、総合ゲインが大きくなりすぎるため安定
性が悪化するとともに、積分動作が強くなるため応答性
も悪くなる。また、速度偏差が小さい定速時において
は、積分ゲインが小さくなり積分動作が弱くなるため定
常偏差の改善には不利である。さらに、ハンチングや発
振などが発生して制御系が振動的になったために速度偏
差が大きい場合には、比例ゲイン、積分ゲイン共に大き
なゲインが選択されるため、ますます不安定になってし
まう。 【０００６】本発明は、モータ制御装置における上記課
題に着目してなされたものであり、特に定速時の安定性
と加速時の高速立上げ性能が重視されるたとえば機械加
工装置などにおいて、ＰＩ制御によりモータ速度をフィ
ードバック制御する際に、少なくとも定速時の安定性を
確保しつつモータを高速に立ち上げることができるモー
タ制御装置を提供することを目的とする。 【０００７】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、目標値と速度フィードバッ
ク信号との偏差により比例積分制御を行ってモータをフ
ィードバック制御するモータ制御装置であって、入力し
た目標速度信号から所定のパラメトリック設定に従って
速度変化パターンを設定する速度変化パターン設定手段
と、前記速度変化パターン設定手段によって設定された
速度変化パターンに基づいてモータの動作状態信号を発
生する動作状態信号発生手段と、あらかじめモータの動
作状態ごとに比例制御動作および積分制御動作に用いら
れる比例ゲインおよび積分ゲインをそれぞれ記憶するゲ
イン記憶手段と、前記動作状態信号発生手段からの動作
状態信号に従って前記ゲイン記憶手段に記憶されている
比例ゲインおよび積分ゲインを選択するゲイン選択手段
と、を有し、前記ゲイン記憶手段に記憶されている比例
ゲインには、モータの加速時に選択される加速用比例ゲ
インと定速時に選択される定速用比例ゲインがあり、前
記ゲイン記憶手段に記憶されている積分ゲインには、加
速時に選択される加速用積分ゲインと定速時に選択され
る定速用積分ゲインがあり、これらゲインの大小関係
は、 加速用比例ゲイン＞定速用比例ゲイン＞０ 定速用積分ゲイン＞加速用積分ゲイン＝０ であり、モータの加速時にはモータを比例動作制御し、
モータの定速時にはモータを比例積分制御することを特
徴とする。 【０００８】 【０００９】請求項２記載の発明は、目標値と速度フィ
ードバック信号との偏差により比例積分制御を行ってモ
ータをフィードバック制御するモータ制御装置であっ
て、入力した目標速度信号から所定のパラメトリック設
定に従って速度変化パターンを設定する速度変化パター
ン設定手段と、前記速度変化パターン設定手段によって
設定された速度変化パターンに基づいてモータの動作状
態信号を発生する動作状態信号発生手段と、あらかじめ
モータの動作状態ごとに比例制御動作および積分制御動
作に用いられる比例ゲインおよび積分ゲインをそれぞれ
記憶するゲイン記憶手段と、前記動作状態信号発生手段
からの動作状態信号に従って前記ゲイン記憶手段に記憶
されている比例ゲインおよび積分ゲインを選択するゲイ
ン選択手段と、を有し、前記ゲイン記憶手段に記憶され
ている比例ゲインには、モータの減速時に選択される減
速用比例ゲインと定速時に選択される定速用比例ゲイン
があり、前記ゲイン記憶手段に記憶されている積分ゲイ
ンには、減速時に選択される減速用積分ゲインと定速時
に選択される定速用積分ゲインがあり、これらゲインの
大小関係は、 減速用比例ゲイン＞定速用比例ゲイン＞０ 定速用積分ゲイン＞減速用積分ゲイン＝０ であり、モータの減速時にはモータを比例動作制御し、
モータの定速時にはモータを比例積分制御することを特
徴とする。 【００１０】 【００１１】このようにゲインを設定した場合、加速時
および減速時は、モータの高速立上げ性能を重視すべき
ところ、比例ゲインが大きくかつ積分ゲインがゼロであ
るため、モータの立ち上がりおよび立ち下がりの応答性
が改善され、速やかなる加速および減速が実現される。
また、定速時は、定常偏差のない安定性を重視すべきと
ころ、比例ゲインが小さくかつ積分ゲインを設定したた
め、比例動作による振動的要素がなくなるとともに積分
動作により定常偏差が解消され、定常偏差がなくしかも
外乱に対する過度の応答のない安定した回転が実現され
る。 【００１２】請求項３記載の発明は、目標値と速度フィ
ードバック信号との偏差により比例積分制御を行ってモ
ータをフィードバック制御するモータ制御装置であっ
て、入力した目標速度信号から所定のパラメトリック設
定に従って速度変化パターンを設定する速度変化パター
ン設定手段と、前記速度変化パターン設定手段によって
設定された速度変化パターンに基づいてモータの動作状
態信号を発生する動作状態信号発生手段と、あらかじめ
モータの動作状態ごとに比例制御動作および積分制御動
作に用いられる比例ゲインおよび積分ゲインをそれぞれ
記憶するゲイン記憶手段と、前記動作状態信号発生手段
からの動作状態信号に従って前記ゲイン記憶手段に記憶
されている比例ゲインおよび積分ゲインを選択するゲイ
ン選択手段と、前記動作状態信号発生手段から加速状態
信号を入力したときに積分制御動作を遮断する積分制御
動作遮断手段と、を有し、前記ゲイン記憶手段に記憶さ
れている比例ゲインには、モータの加速時に選択される
加速用比例ゲインと定速時に選択される定速用比例ゲイ
ンがあり、前記ゲイン記憶手段に記憶されている積分ゲ
インには、加速時に選択される加速用積分ゲインと定速
時に選択される定速用積分ゲインがあり、これらゲイン
の大小関係は、 加速用比例ゲイン＞定速用比例ゲイン＞０ 定速用積分ゲイン＞０ であり、モータの加速時にはモータを比例動作制御し、
モータの定速時にはモータを比例積分制御することを特
徴とする。請求項４記載の発明は、目標値と速度フィー
ドバック信号との偏差により比例積分制御を行ってモー
タをフィードバック制御するモータ制御装置であって、
入力した目標速度信号から所定のパラメトリック設定に
従って速度変化パターンを設定する速度変化パターン設
定手段と、前記速度変化パターン設定手段によって設定
された速度変化パターンに基づいてモータの動作状態信
号を発生する動作状態信号発生手段と、あらかじめモー
タの動作状態ごとに比例制御動作および積分制御動作に
用いられる比例ゲインおよび積分ゲインをそれぞれ記憶
するゲイン記憶手段と、前記動作状態信号発生手段から
の動作状態信号に従って前記ゲイン記憶手段に記憶され
ている比例ゲインおよび積分ゲインを選択するゲイン選
択手段 と、前記動作状態信号発生手段から減速状態信号
を入力したときに積分制御動作を遮断する積分制御動作
遮断手段と、を有し、前記ゲイン記憶手段に記憶されて
いる比例ゲインには、モータの減速時に選択される減速
用比例ゲインと定速時に選択される定速用比例ゲインが
あり、前記ゲイン記憶手段に記憶されている積分ゲイン
には、減速時に選択される減速用積分ゲインと定速時に
選択される定速用積分ゲインがあり、これらゲインの大
小関係は、 減速用比例ゲイン＞定速用比例ゲイン＞０ 定速用積分ゲイン＞０ であり、モータの減速時にはモータを比例動作制御し、
モータの定速時にはモータを比例積分制御することを特
徴とする。 【００１３】このように構成された本発明にあっては、
目標値と速度フィードバック信号との偏差により比例積
分制御を行ってモータをフィードバック制御する際に、
速度変化パターン設定手段は入力した目標速度信号から
所定のパラメトリック設定に従って速度変化パターンを
設定し、動作状態信号発生手段はその速度変化パターン
設定手段によって設定された速度変化パターンに基づい
てモータの動作状態信号を発生し、ゲイン選択手段およ
び積分動作遮断手段に出力する。ゲイン選択手段は、動
作状態信号発生手段から出力された動作状態信号に従っ
て、ゲイン記憶手段に記憶されている複数の比例ゲイン
および積分ゲインの中からその動作状態における比例ゲ
インと積分ゲインを選択する。このようにして選択され
た比例ゲインと積分ゲインによってモータの動作状態に
合った比例積分制御が行われる。このとき、積分動作遮
断手段は、動作状態信号発生手段から加速状態信号また
は減速状態信号を入力したときに積分制御動作を遮断す
る。したがって、加速時および減速時には比例制御動作
のみが行われることになり、積分制御動作は行われない
ので、モータの高速立上げおよび立下げが可能となる。 【００１４】 【００１５】 【００１６】このようにゲインを設定した場合、加速時
および減速時は、モータの高速立上げ性能を重視すべき
ところ、比例ゲインが大きく、しかも積分制御動作は上
記のように行われないため、モータの立ち上がりおよび
立ち下がりの応答性が改善され、速やかなる加速および
減速が実現される。また、定速時は、定常偏差のない安
定性を重視すべきところ、比例ゲインが小さくかつ積分
ゲインを設定したため、比例動作による振動的要素がな
くなるとともに積分動作により定常偏差が解消され、定
常偏差がなくしかも外乱に対する過度の応答のない安定
した回転が実現される。 【００１７】請求項５記載の発明は、動作状態信号発生
手段は、あらかじめ設定された指標により、速度変化パ
ターン設定手段によって設定された速度変化パターンが
加速状態から定速状態に移行する時点よりも早く動作状
態信号を切り替えることを特徴とする。 【００１８】このように構成された本発明にあっては、
動作状態信号発生手段は、速度変化パターン設定手段に
よって設定された速度変化パターンが加速状態から定速
状態に移行する時点よりも早く動作状態信号を切り替え
るので、事前に定速状態に合ったゲイン設定がなされ、
慣性力の抑制が図られることになり、定常時のオーバー
シュートやハンチングが抑えられる。 【００１９】請求項６記載の発明は、動作状態信号発生
手段は、あらかじめ設定された指標により、速度変化パ
ターン設定手段によって設定された速度変化パターンが
減速状態から停止状態に移行する時点よりも早く動作状
態信号を切り替えることを特徴とする。 【００２０】このように構成された本発明にあっては、
動作状態信号発生手段は、速度変化パターン設定手段に
よって設定された速度変化パターンが減速状態から停止
状態に移行する時点よりも早く動作状態信号を切り替え
るので、事前に停止状態に合ったゲイン設定がなされ、
慣性力の抑制が図られることになり、停止時のオーバー
シュートやハンチングが抑えられる。 【００２１】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は本発明のモータ制御装置の
一構成を示すブロック図である。このモータ制御装置
は、特に加工中の安定性と加速時の高速立上げ性能とが
要求される機械加工装置などに好適なものであり、指令
速度と速度フィードバック信号との偏差により比例積分
制御動作を行って直流モータ１０（以下、単にモータと
いう。）をフィードバック制御するものであって、外部
から目標速度信号を入力してランプ状の加減速パターン
（速度変化パターン）を生成し、これに基づいて速度指
令ｖを出力する加減速パターン発生器１１と、加減速パ
ターン発生器１１から出力された速度指令ｖとモータ１
０に取り付けられた回転速度検出装置１２（たとえば、
タコジェネレータなど）からの速度フィードバック信号
ｆとを比較してそれらの偏差ｅを求める比較器１３と、
比較器１３から入力した偏差信号ｅに比例した信号を出
力する比例動作用乗算器１４と、同じく比較器１３から
入力した偏差信号ｅに比例した信号を出力する積分動作
用乗算器１５と、この積分動作用乗算器１５からの入力
を時間に関して積分した信号を出力する積分器１６と、
比例動作用乗算器１４から入力した信号と積分器１６か
ら入力した信号とを加え合わせた信号を出力する加算器
１７と、この加算器１７の出力ｚを操作量として入力し
モータ１０に駆動電流を供給するモータ駆動回路１８
（たとえば、電流アンプなど）とを有している。 【００２２】積分器１６と加算器１７の間には、積分制
御動作を遮断するための積分動作遮断器１９が設けられ
ている。この積分動作遮断器１９は、たとえばスイッチ
で構成され、加減速パターン発生器１１から出力される
後述する動作状態信号ｍによりＯＮ／ＯＦＦされる。本
案では、加速時と減速時にはスイッチ１９をＯＦＦして
積分器１６の出力の加算器１７への伝達を阻止し、定速
時と停止時にはスイッチ１９をＯＮして積分器１６の出
力が加算器１７に到達するようにしている。 【００２３】比例動作用乗算器１４には、選択器２０を
介して、比例制御動作で用いられる比例ゲインを記憶し
た三つのレジスタ２１、２２、２３がそれぞれ接続され
ている。比例ゲインは、モータ１０の動作状態に応じ
て、加速時と減速時（まとめて加減速時という。）に選
択される加減速用ゲインと、定速時に選択される定速用
ゲインと、停止時に選択される停止用ゲインという３種
類のものがあらかじめ設定されている。加減速用ゲイン
はレジスタ２１に記憶され、定速用ゲインはレジスタ２
２に記憶され、停止用ゲインはレジスタ２３に記憶され
ている。これら３種類の比例ゲインの大きさは、対応す
るモータ１０の動作状態（加減速、定速、停止）に合っ
た最適値にそれぞれ設定されている。たとえば、それら
の間の大小関係は、後述する理由により、加減速用の比
例ゲインは定速用や停止用の比例ゲインよりも十分に大
きな値に設定されている。また、選択器２０は、たとえ
ば、切換スイッチで構成されており、加減速パターン発
生器１１から出力される後述する動作状態信号ｍによっ
て制御される。したがって、各レジスタ２１〜２３に記
憶されている比例ゲインは、モータ１０の動作状態によ
り、切換スイッチ２０を介して選択的に比例動作用乗算
器１４に与えられることになる。 【００２４】一方、積分動作用乗算器１５には、選択器
２４を介して、積分制御動作で用いられる積分ゲインを
記憶した二つのレジスタ２５、２６がそれぞれ接続され
ている。積分ゲインは、モータ１０の動作状態に応じ
て、定速時に選択される定速用ゲインと、停止時に選択
される停止用ゲインという２種類のものがあらかじめ設
定されている。定速用ゲインはレジスタ２５に記憶さ
れ、停止用ゲインはレジスタ２６に記憶されている。こ
れら２種類の積分ゲインの大きさは、対応するモータ１
０の動作状態（定速、停止）に合った最適値にそれぞれ
設定されている。また、選択器２４は、上記した選択器
２０の場合と同様、たとえば、切換スイッチで構成され
ており、加減速パターン発生器１１から出力される後述
する動作状態信号ｍによって制御される。したがって、
各レジスタ２５、２６に記憶されている積分ゲインは、
モータ１０の動作状態に応じて、切換スイッチ２４を介
して選択的に積分動作用乗算器１５に与えられることに
なる。なお、モータ１０の動作状態が加速および減速の
場合には、対応する積分ゲインがないので、設定器２４
は中間位置に設定される。 【００２５】なお、本案では、加減速時に積分制御動作
を行わないようにするため、上記のように積分制御動作
を遮断するための積分動作遮断器１９を設けているの
で、加速時や減速時に使用する積分ゲインは設定してい
ないが、かかる構成に限定されるわけではない。たとえ
ば、上記の積分動作遮断器１９を設けることなく、加減
速時に使用する積分ゲインを設定してもよい。この場合
には、積分動作をゼロにするため、加減速時の積分ゲイ
ンをゼロに設定する。 【００２６】上記したように各種ゲインの大きさは対応
するモータ１０の動作状態（加減速、定速、停止）に合
った最適値にそれぞれ設定されている。より具体的に
は、加工中の安定性と加速時の高速立上げ性能とが要求
される機械加工装置などにおいては、加速時や減速時に
は、振動的になってもよいからできるだけ早く目標値
（速度）に到達することが要求されており、高速立上げ
性能のみを重視したゲイン設定を行う必要があるので、
発散しない程度に比例動作を最大限に強くしかつ積分動
作をゼロにするよう、好ましくは、加減速用の比例ゲイ
ンは発散しない最大値に設定し、もし積分動作遮断器１
９を設けない場合には加減速用の積分ゲインはゼロに設
定する。一方、実際に加工動作などを行う定速時には、
振動的であってはならずしかも定常偏差があってはなら
ないので、外乱やバックラッシの影響を一切受けないよ
うに安定性を重視したゲイン設定を行う必要があり、振
動的要素がなくなる程度に比例動作を弱くしかつ定常偏
差を解消できる程度の積分動作を行うよう、好ましく
は、定速用の比例ゲインは振動的とならない小さな値に
設定し、定速用の積分ゲインは定常偏差を除去しうる程
度の値に設定しておく。つまり、加減速用と定速用の比
例ゲインの間には下記の大小関係があり、 加減速用比例ゲイン＞定速用比例ゲイン＞０ また、積分ゲインについては下記の関係 定速用積分ゲイン（＞加減速用積分ゲイン）＞０ が成立する。 【００２７】なお、停止時には振動的であってはならず
定常偏差もあってはならないが、定速時のように超安定
的にする必要はないので、停止用の比例ゲインと積分ゲ
インはそうした要請を考慮して適当に設定しておけばよ
い。 【００２８】なお、速度変化パターン設定手段と動作状
態信号発生手段は加減速パターン発生器１１、ゲイン記
憶手段はレジスタ２１〜２３、２５、２６、ゲイン選択
手段は選択器２０、２４、積分制御動作遮断手段は積分
動作遮断器１９によってそれぞれ構成されている。 【００２９】図２は加減速パターン発生器１１で生成さ
れる加減速パターンの一例を示す図である。加減速パタ
ーン発生器１１は、上記したように、外部から目標速度
信号を入力して図２に示すようなランプ状の加減速パタ
ーンを生成するが、目標速度信号は、たとえば、上位の
制御装置から入力される。加減速パターン発生器１１に
は、あらかじめ、ランプ状の加減速パターンを生成する
ための各種パラメータが設定されている。各種パラメー
タは、たとえば、加速時の傾き、減速時の傾き、最高速
度などからなり、適用されるそれぞれの機構に適した固
有の値にそれぞれ設定されている。加減速パターン発生
器１１から出力される速度指令ｖは、この生成した加減
速パターンに基づいて出力される。 【００３０】図３は加減速パターンに対する動作状態信
号の出力タイミングの一例を示す図である。加減速パタ
ーン発生器１１は、生成した加減速パターンに基づいて
モータ１０の動作状態（加速、減速、定速、停止）を示
す信号（動作状態信号）ｍを出力する機能をも有してい
る。ここでは、図３に示すように、加速状態から定速状
態に移行する時には所定時間ａ（たとえば、０．１秒）
だけ早く動作状態信号ｍを切り替え、また、減速状態か
ら停止状態に移行する時には所定時間ｂ（たとえば、
０．１秒）だけ早く動作状態信号ｍを切り替えるように
している。これは、事前に定常状態に合ったゲイン設定
を行うことにより、定常状態に切り替わる前に慣性力の
抑制を図り、もって定常時のオーバーシュートやハンチ
ングを防止するためである。加減速パターン発生器１１
から出力される動作状態信号ｍは、上記したように、積
分動作遮断器（スイッチ）１９と二つの選択器（切換ス
イッチ）２０、２４にそれぞれ与えられる。 【００３１】なお、本案では上記のように加減速パター
ンにおける時間を指標としてゲインの切り替え制御を行
っているが、切り替えの指標は時間に限定されない。た
とえば、加減速パターンにおける速度指令（出力値）を
指標としてゲインの切り替え制御を行うようにしてもよ
い。すなわち、加速状態から定速状態に移行する時には
加速時の速度指令の絶対値が所定値（＜次の定速時の速
度指令の絶対値）になったときに動作状態信号ｍを切り
換え、また、減速状態から停止状態に移行する時には減
速時の速度指令の絶対値が所定値（＞０）になったとき
に動作状態信号ｍを切り替える。 【００３２】次に、上記のように構成された本装置の動
作を説明する。上位の制御装置から目標速度信号が加減
速パターン発生器１１に入力されると、加減速パターン
発生器１１は、各種パラメータに従ってモータ速度の加
減速パターン（図２参照）を生成し、その加減速パター
ンに従って速度指令ｖを比較器１３に出力する。比較器
１３は、加減速パターン発生器１１からの速度指令ｖを
目標値として入力するとともに、モータ１０に取り付け
られた回転速度検出装置１２によって検出された実際の
モータ速度信号（速度フィードバック信号）ｆを入力
し、入力した速度指令（目標値）ｖと検出速度（速度フ
ィードバック信号）ｆとを比較してそれらの偏差ｅを求
め、結果を比例動作用乗算器１４と積分動作用乗算器１
５に出力する。 【００３３】比例動作用乗算器１４は、加減速パターン
発生器１１から出力された動作状態信号ｍに従って選択
器（切換スイッチ）２０により選択された比例ゲインを
速度偏差ｅに掛け算し、その掛けた値を加算器１７に出
力する。一方、積分動作用乗算器１５は、同じく加減速
パターン発生器１１から出力された動作状態信号ｍに従
って選択器（切換スイッチ）２４により選択された積分
ゲインを速度偏差ｅに掛け算し、その掛けた値を積分器
１６に出力する。ここで、動作状態信号ｍが加速または
減速を示す場合には、対応する積分ゲインが存在しない
ので、選択器（切換スイッチ）２４はいずれのレジスタ
２５、２６をも選択しない中間位置に設定される。積分
器１６は、積分動作用乗算器１５の出力を時間に関して
積分し、その時間積分した値を積分動作遮断器１９を介
して加算器１７に出力する。積分動作遮断器１９は、加
減速パターン発生器１１から出力された動作状態信号ｍ
に従って選択的にＯＮ／ＯＦＦされ、加減速中はＯＦＦ
状態、定速中と停止中はＯＮ状態となるので、積分器１
６の出力は、定速中と停止中の場合に限り、加算器１７
に伝達される。加算器１７は、比例動作用乗算器１４の
出力と積分器１６の出力を加え合わせた値ｚ（定速中と
停止中は比例動作用乗算器１４の出力そのもの）を操作
量としてモータ駆動回路１８に出力し、モータ１０をフ
ィードバック制御する。 【００３４】すなわち、加減速時には、積分動作遮断器
１９により積分制御動作を遮断した上で、比例動作用乗
算器１４により速度偏差ｅに加減速用の比例ゲインを掛
けた値を出力として制御する、つまり比例制御動作のみ
を行う。このとき、選択される加減速用比例ゲインは大
きな値（好ましくは、発散しない最大値）に設定されて
いるので、発散しない程度の強度の比例動作が行われ、
モータ１０の立ち上げと立ち下げの高速化が図られる。
なお、この場合は高速立上げ性能のみを重視しており、
途中の経路で振動的挙動を示すことがあってもよいこと
は前述したとおりである。 【００３５】また、定速時には、比例動作用乗算器１４
により速度偏差ｅに定速用の比例ゲインを掛けた値と、
積分動作用乗算器１５と積分器１６により速度偏差ｅに
定速用の積分ゲインを掛けて時間積分した値とを加算器
１７により加え合わせた値を出力として制御を行う、つ
まり比例動作と積分動作の両方を行う（比例積分制御動
作）。このとき、選択される定速用のゲインは安定性を
重視して比例ゲインは小さくかつ積分ゲインは定常偏差
を除去しうる程度の値に設定しているので、振動的でな
くかつ定常偏差のない安定した回転が得られる。 【００３６】また、停止時には、比例動作用乗算器１４
により速度偏差ｅに停止用の比例ゲインを掛けた値と、
積分動作用乗算器１５と積分器１６により速度偏差ｅに
停止用の積分ゲインを掛けて時間積分した値とを加算器
１７により加え合わせた値を出力として制御を行う、つ
まり比例動作と積分動作の両方を行う（比例積分制御動
作）。このとき、選択される停止用の比例ゲインと積分
ゲインはそれぞれ停止制御に合った最適値に設定されて
いるので、停止状態に対する要請を満たす停止制御が行
われることになる。 【００３７】図４は本装置によるシミュレーション結果
の一例を示すグラフである。ここでは、点線で示した加
減速パターン（目標値）において加速状態から定速状態
に移行する時刻（２秒後）よりも０．１秒だけ早い１．
９秒後にゲインの切り替え制御を行った場合について示
している。本装置によれば、加速時は比例ゲインを大き
くしかつ積分ゲインをゼロ（または積分動作を遮断）に
し、定速時は比例ゲインを小さくしかつ積分ゲインを設
定したので、同図に示すように、目標値に素早く立ち上
がり、しかも、定速時に振動や定常偏差のない状態とな
っている。なお、参考までに、ゲインの切り替え制御を
行わない場合のシミュレーション結果の一例を図５と図
６に示しておく。図５は比例動作のみを行った場合（比
例ゲインは大きく、積分ゲインはゼロ）であり、立上り
性能は良好だが、定速時に振動しており、また、定常偏
差も残っている。図６は比例ゲインを小さくしかつ積分
ゲインを大きくしてＰＩ制御を行った場合であり、定速
時に振動的要素はなく定常偏差もないが、立ち上がりに
時間がかかり応答性が悪くなっている。 【００３８】なお、上記の構成では、加速時と減速時と
で同じ比例ゲインを用いるようにしているが、これに限
定されるわけではない。たとえば、加速時と減速時とで
モータ１０の制御特性を変えたいような場合には、加速
時と減速時とでそれぞれ異なる大きさの比例ゲインを用
いるようにしてもよい。また、積分動作についても、減
速時に加速時ほど高度の応答性が要求されない場合に
は、弱い積分動作を加えるようにしてもよい。この場合
には、小さな積分ゲインを設定し、減速時に積分動作遮
断器１９をＯＮするようにする。 【００３９】また、上記の構成では、サーボ機構により
モータを停止させる場合を想定しているため、停止時に
もモータに駆動電流を供給しなければならないが、その
ような必要のない機構にあっては、停止用の制御は必要
ないので、ゲインを含めてそれに関する構成は省略可能
である。 【００４０】 【００４１】 【発明の効果】以上述べたように、請求項１記載の発明
によれば、加速時の比例ゲインを大きくしかつ積分ゲイ
ンをゼロにしたので、モータの立ち上がりの応答性が改
善され、速やかなる加速が実現されるばかりか、定速時
の比例ゲインを小さくしかつ積分ゲインを設定したの
で、比例動作による振動的要素がなくなるとともに積分
動作により定常偏差が解消され、定常偏差がなくしかも
外乱に対する過度の応答のない安定した回転が実現され
る。 【００４２】請求項２記載の発明によれば、減速時の比
例ゲインを大きくしかつ積分ゲインをゼロにしたので、
モータの立ち下がりの応答性が改善され、速やかなる減
速が実現されるばかりか、請求項１記載の発明と同様、
定速時の比例ゲインを小さくしかつ積分ゲインを設定し
たので、定常偏差がなくしかも外乱に対する過度の応答
のない安定した回転が実現される。 【００４３】 【００４４】請求項３記載の発明によれば、加速時の比
例ゲインを大きくしかつその時には積分制御動作は行わ
ないので、モータの立ち上がりの応答性が改善され、速
やかなる加速が実現されるばかりか、定速時の比例ゲイ
ンを小さくしかつ積分ゲインを設定したので、比例動作
による振動的要素がなくなるとともに積分動作により定
常偏差が解消され、定常偏差がなくしかも外乱に対する
過度の応答のない安定した回転が実現される。 【００４５】請求項４記載の発明によれば、減速時の比
例ゲインを大きくしかつその時には積分制御動作は行わ
ないので、モータの立ち下がりの応答性が改善され、速
やかなる減速が実現されるばかりか、請求項４記載の発
明と同様、定速時の比例ゲインを小さくしかつ積分ゲイ
ンを設定したので、定常偏差がなくしかも外乱に対する
過度の応答のない安定した回転が実現される。 【００４６】請求項５記載の発明によれば、加速状態か
ら定速状態に移行する時点よりも早く動作状態信号を切
り替えるので、事前に定速状態に合ったゲイン設定がな
され、定常時のオーバーシュートやハンチングが抑えら
れる。 【００４７】請求項６記載の発明によれば、減速状態か
ら停止状態または定速状態に移行する時点よりも早く動
作状態信号を切り替えるので、事前に停止状態または定
速状態に合ったゲイン設定がなされ、停止時または定常
時のオーバーシュートやハンチングが抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のモータ制御装置の一構成を示すブロ
ック図 【図２】 加減速パターン発生器で生成される加減速パ
ターンの一例を示す図 【図３】 加減速パターンに対する動作状態信号の出力
タイミングの一例を示す図 【図４】 本発明によるシミュレーション結果の一例を
示すグラフ 【図５】 ゲインの切り替え制御を行わない場合のシミ
ュレーション結果を示すグラフ 【図６】 ゲインの切り替え制御を行わない場合の他の
シミュレーション結果を示すグラフ 【符号の説明】 １０…直流モータ １１…加減速パターン発生器（速度変化パターン設定手
段、動作状態信号発生手段） １２…回転速度検出装置 １３…比較器 １４、１５…乗算器 １６…積分器 １７…加算器 １８…モータ駆動回路 １９…積分動作遮断器（積分制御動作遮断手段） ２０、２４…選択器（ゲイン選択手段） ２１、２２、２３、２５、２６…レジスタ（ゲイン記憶
手段）
ック図 【図２】 加減速パターン発生器で生成される加減速パ
ターンの一例を示す図 【図３】 加減速パターンに対する動作状態信号の出力
タイミングの一例を示す図 【図４】 本発明によるシミュレーション結果の一例を
示すグラフ 【図５】 ゲインの切り替え制御を行わない場合のシミ
ュレーション結果を示すグラフ 【図６】 ゲインの切り替え制御を行わない場合の他の
シミュレーション結果を示すグラフ 【符号の説明】 １０…直流モータ １１…加減速パターン発生器（速度変化パターン設定手
段、動作状態信号発生手段） １２…回転速度検出装置 １３…比較器 １４、１５…乗算器 １６…積分器 １７…加算器 １８…モータ駆動回路 １９…積分動作遮断器（積分制御動作遮断手段） ２０、２４…選択器（ゲイン選択手段） ２１、２２、２３、２５、２６…レジスタ（ゲイン記憶
手段）
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フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H02P 5/00
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 目標値と速度フィードバック信号との偏
差により比例積分制御を行ってモータをフィードバック
制御するモータ制御装置であって、 入力した目標速度信号から所定のパラメトリック設定に
従って速度変化パターンを設定する速度変化パターン設
定手段と、 前記速度変化パターン設定手段によって設定された速度
変化パターンに基づいてモータの動作状態信号を発生す
る動作状態信号発生手段と、 あらかじめモータの動作状態ごとに比例制御動作および
積分制御動作に用いられる比例ゲインおよび積分ゲイン
をそれぞれ記憶するゲイン記憶手段と、 前記動作状態信号発生手段からの動作状態信号に従って
前記ゲイン記憶手段に記憶されている比例ゲインおよび
積分ゲインを選択するゲイン選択手段と、 を有し、前記ゲイン記憶手段に記憶されている比例ゲインには、
モータの加速時に選択される加速用比例ゲインと定速時
に選択される定速用比例ゲインがあり、 前記ゲイン記憶手段に記憶されている積分ゲインには、
加速時に選択される加速用積分ゲインと定速時に選択さ
れる定速用積分ゲインがあり、 これらゲインの大小関係は、 加速用比例ゲイン＞定速用比例ゲイン＞０ 定速用積分ゲイン＞加速用積分ゲイン＝０であり、モータの加速時にはモータを比例動作制御し、
モータの定速時にはモータを比例積分制御することを特
徴とするモータ制御装置。 【請求項２】 目標値と速度フィードバック信号との偏
差により比例積分制御を行ってモータをフィードバック
制御するモータ制御装置であって、 入力した目標速度信号から所定のパラメトリック設定に
従って速度変化パターンを設定する速度変化パターン設
定手段と、 前記速度変化パターン設定手段によって設定された速度
変化パターンに基づいてモータの動作状態信号を発生す
る動作状態信号発生手段と、 あらかじめモータの動作状態ごとに比例制御動作および
積分制御動作に用いられる比例ゲインおよび積分ゲイン
をそれぞれ記憶するゲイン記憶手段と、 前記動作状態信号発生手段からの動作状態信号に従って
前記ゲイン記憶手段に記憶されている比例ゲインおよび
積分ゲインを選択するゲイン選択手段と、 を有し、 前記ゲイン記憶手段に記憶されている比例ゲインには、
モータの減速時に選択される減速用比例ゲインと定速時
に選択される定速用比例ゲインがあり、 前記ゲイン記憶手段に記憶されている積分ゲインには、
減速時に選択される減速用積分ゲインと定速時に選択さ
れる定速用積分ゲインがあり、 これらゲインの大小関係は、 減速用比例ゲイン＞定速用比例ゲイン＞０ 定速用積分ゲイン＞減速用積分ゲイン＝０ であり、モータの減速時にはモータを比例動作制御し、
モータの定速時にはモータを比例積分制御することを特
徴とするモータ制御装置。 【請求項３】 目標値と速度フィードバック信号との偏
差により比例積分制御を行ってモータをフィードバック
制御するモータ制御装置であって、 入力した目標速度信号から所定のパラメトリック設定に
従って速度変化パターンを設定する速度変化パターン設
定手段と、 前記速度変化パターン設定手段によって設定された速度
変化パターンに基づいてモータの動作状態信号を発生す
る動作状態信号発生手段と、 あらかじめモータの動作状態ごとに比例制御動作および
積分制御動作に用いられる比例ゲインおよび積分ゲイン
をそれぞれ記憶するゲイン記憶手段と、 前記動作状態信号発生手段からの動作状態信号に従って
前記ゲイン記憶手段に記憶されている比例ゲインおよび
積分ゲインを選択するゲイン選択手段と、 前記動作状態信号発生手段から加速状態信号を入力した
ときに積分制御動作を遮断する積分制御動作遮断手段
と、 を有し、前記ゲイン記憶手段に記憶されている比例ゲインには、
モータの加速時に選択される加速用比例ゲインと定速時
に選択される定速用比例ゲインがあり、 前記ゲイン記憶手段に記憶されている積分ゲインには、
加速時に選択される加速用積分ゲインと定速時に選択さ
れる定速用積分ゲインがあり、 これらゲインの大小関係は、 加速用比例ゲイン＞定速用比例ゲイン＞０ 定速用積分ゲイン＞０ であり、モータの加速時にはモータを比例動作制御し、
モータの定速時にはモータを比例積分制御することを特
徴とするモータ制御装置。 【請求項４】 目標値と速度フィードバック信号との偏
差により比例積分制御を行ってモータをフィードバック
制御するモータ制御装置であって、 入力した目標速度信号から所定のパラメトリック設定に
従って速度変化パターンを設定する速度変化パターン設
定手段と、 前記速度変化パターン設定手段によって設定された速度
変化パターンに基づいてモータの動作状態信号を発生す
る動作状態信号発生手段と、 あらかじめモータの動作状態ごとに比例制御動作および
積分制御動作に用いられる比例ゲインおよび積分ゲイン
をそれぞれ記憶するゲイン記憶手段と、 前記動作状態信号発生手段からの動作状態信号に従って
前記ゲイン記憶手段に記憶されている比例ゲインおよび
積分ゲインを選択するゲイン選択手段と、 前記動作状態信号発生手段から減速状態信号を入力した
ときに積分制御動作を遮断する積分制御動作遮断手段
と、 を有し、 前記ゲイン記憶手段に記憶されている比例ゲインには、
モータの減速時に選択される減速用比例ゲインと定速時
に選択される定速用比例ゲインがあり、 前記ゲイン記憶手段に記憶されている積分ゲインには、
減速時に選択される減速用積分ゲインと定速時に選択さ
れる定速用積分ゲインがあり、 これらゲインの大小関係は、 減速用比例ゲイン＞定速用比例ゲイン＞０ 定速用積分ゲイン＞０ であり、モータの減速時にはモータを比例動作制御し、
モータの定速時にはモータを比例積分制御することを特
徴とするモータ制御装置。 【請求項５】 動作状態信号発生手段は、あらかじめ設
定された指標により、速度変化パターン設定手段によっ
て設定された速度変化パターンが加速状態から定速状態
に移行する時点よりも早く動作状態信号を切り替えるこ
とを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のモ
ータ制御装置。 【請求項６】 動作状態信号発生手段は、あらかじめ設
定された指標により、速度変化パターン設定手段によっ
て設定された速度変化パターンが減速状態から停止状態
に移行する時点よりも早く動作状態信号を切り替えるこ
とを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のモ
ータ制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25132795A JP3235428B2 (ja) | 1995-09-28 | 1995-09-28 | モータ制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25132795A JP3235428B2 (ja) | 1995-09-28 | 1995-09-28 | モータ制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0993971A JPH0993971A (ja) | 1997-04-04 |
| JP3235428B2 true JP3235428B2 (ja) | 2001-12-04 |
Family
ID=17221173
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25132795A Expired - Lifetime JP3235428B2 (ja) | 1995-09-28 | 1995-09-28 | モータ制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3235428B2 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008029177A (ja) * | 2006-07-25 | 2008-02-07 | Ricoh Co Ltd | 半導体装置 |
| JP4876950B2 (ja) * | 2007-02-13 | 2012-02-15 | 株式会社明電舎 | モータの可変速制御装置 |
| JP2011156629A (ja) | 2010-02-02 | 2011-08-18 | Makita Corp | モータ制御装置、電動工具、及びプログラム |
| JP6052607B2 (ja) * | 2013-01-11 | 2016-12-27 | 株式会社ノーリツ | 温風暖房装置及び温風暖房装置の送風機制御方法 |
| JP6043191B2 (ja) * | 2013-01-11 | 2016-12-14 | オークマ株式会社 | モータ速度制御装置 |
| JP2014180135A (ja) * | 2013-03-14 | 2014-09-25 | Ricoh Co Ltd | モータ制御装置、画像形成装置、モータ制御方法及びプログラム |
| JP6246496B2 (ja) * | 2013-05-20 | 2017-12-13 | Ntn株式会社 | 電気自動車の制御装置 |
| JP6603567B2 (ja) * | 2015-12-11 | 2019-11-06 | オークマ株式会社 | 油圧制御装置 |
| CN112511065B (zh) * | 2020-12-17 | 2023-03-10 | 珠海一微半导体股份有限公司 | 机器人启动加速运动中的pid调节方法 |
-
1995
- 1995-09-28 JP JP25132795A patent/JP3235428B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0993971A (ja) | 1997-04-04 |
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