JP3351979B2 - Position control system - Google Patents

Position control system

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JP3351979B2
JP3351979B2 JP05665897A JP5665897A JP3351979B2 JP 3351979 B2 JP3351979 B2 JP 3351979B2 JP 05665897 A JP05665897 A JP 05665897A JP 5665897 A JP5665897 A JP 5665897A JP 3351979 B2 JP3351979 B2 JP 3351979B2
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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】本発明は、電動機の回転を制
御する位置制御システムに関する。
The present invention relates to a position control system for controlling rotation of a motor.

【0002】[0002]

【従来の技術】工作機械等において、所望の速度、位置
等を得ることができるように、その送り軸等に設置され
ている電動機の回転を制御する制御装置が知られてい
る。これらは、以下のように位置、速度、電流等の制御
を行っている。なお、制御装置が行う位置、速度、電流
等の制御のことを、以下、一連の制御と呼ぶことにす
る。図7は、従来の制御装置における一連の制御につい
ての一例を示した図である。図7において通常、制御装
置はNC装置から位置指令値Xcom、位置検出装置か
ら位置検出値Xmes及び速度検出値Vmesを受け取
る。第1比較器1では位置指令値Xcomと位置検出値
Xmesの差を計算し、位置誤差Xdiffとする。こ
の位置誤差Xdiffに位置ループゲイン2を乗じて速
度指令値Vcomを生成し、第2比較器3で速度指令値
Vcomと速度検出値Vmesの差を計算し速度誤差V
diffを生成する。さらに、Vdiffに速度ループ
ゲイン4を乗じトルク指令値Tcomを形成し、この
後、三相分割手段6において位置検出値Xmesをもと
に三相の電流指令Iucom、Ivcom、Iwcom
に分割して生成され、さらに図には示されていないがイ
ンバータ部分で電流増幅された電流が電動機に通電され
る。
2. Description of the Related Art In a machine tool or the like, a control device for controlling the rotation of an electric motor installed on a feed shaft or the like so that a desired speed, position, or the like can be obtained is known. These control the position, speed, current, etc., as described below. Note that the control of the position, speed, current, and the like performed by the control device is hereinafter referred to as a series of controls. FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a series of controls in a conventional control device. In FIG. 7, the control device normally receives the position command value Xcom from the NC device, and the position detection value Xmes and the speed detection value Vmes from the position detection device. The first comparator 1 calculates a difference between the position command value Xcom and the position detection value Xmes, and sets the difference as a position error Xdiff. The position error Xdiff is multiplied by the position loop gain 2 to generate a speed command value Vcom, and the second comparator 3 calculates the difference between the speed command value Vcom and the speed detection value Vmes to calculate the speed error Vcom.
generate diff. Further, Vdiff is multiplied by the speed loop gain 4 to form a torque command value Tcom. Thereafter, the three-phase dividing means 6 uses the three-phase current commands Iucom, Ivcom, Iwcom based on the position detection value Xmes.
, And a current amplified by an inverter (not shown) is supplied to the motor.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】電動機の軸が回転し、
電動機の軸と何らかの形で結合された駆動対象である負
荷を動作させる場合、軸と負荷の間の結合方法には様々
な形が考えられる。例えば、ベルト、プーリ、ギヤ、ボ
ールネジ等が考えられるが、そのうちギヤ駆動を行う場
合は次のようなことが考えられる。ギヤ駆動は公知の通
り力の伝達効率が良く、またメンテナンス性も優れてい
るため広く使用されている。ここで、図8にギヤ駆動に
おける結合部分の一例を示す。図8に示すとおり、ギヤ
駆動の際はかみ合っている第1ギヤ部10と第2ギヤ部
11の間は歯面が両側同時に接触することがないように
構成されている。ここで、第1ギヤ部10は電動機側、
第2ギヤ部11は電動機の駆動対象側である。第1ギヤ
部10と第2ギヤ部11の間には図中BRで示される機
械系のガタが存在する。これが一般にいわれるバックラ
ッシュである。このバックラッシュはギヤ駆動を行う際
には必ず必要であることは公知であるが、該バックラッ
シュが必要以上に大きくなると、このことを原因とする
弊害もある。例えば、工作機械の旋盤において刃物台の
旋回を同期電動機によって行う場合、通常は電動機のイ
ナーシャに対して刃物台の負荷イナーシャがなるべく大
きくならないように、減速してギヤ駆動を行うが、諸々
の事情によりその減速比を小さくしている場合には、同
期電動機のイナーシャに対して負荷イナーシャが大きく
なってしまう。このような場合は電動機が負荷から受け
る外乱が特に大きくなるため電動機の制御が不安定にな
ってしまう。すなわち、通常の運転時には電動機のトル
クの発生方向が回転している途中で逆向きになるが、こ
の場合にギヤの歯と歯が衝突することになる。歯と歯が
衝突するということは、前記の通り電動機に対して非常
に大きいイナーシャの負荷が衝突することになるため、
電動機の制御は非常に不安定になり、非常に大きいイナ
ーシャの衝突を受けた電動機は発振してしまう場合があ
る。
The shaft of the electric motor rotates,
When operating a load to be driven, which is connected in some way to the shaft of the motor, there are various possible ways of connecting the shaft and the load. For example, a belt, a pulley, a gear, a ball screw, and the like are conceivable. Among them, when performing gear driving, the following may be considered. As is well known, gear drives are widely used because of their excellent force transmission efficiency and excellent maintainability. Here, FIG. 8 shows an example of a coupling portion in gear driving. As shown in FIG. 8, during gear driving, between the first gear portion 10 and the second gear portion 11 that are engaged with each other, the tooth surfaces are configured so as not to contact both sides at the same time. Here, the first gear unit 10 is on the motor side,
The second gear portion 11 is on the side to be driven by the electric motor. Between the first gear unit 10 and the second gear unit 11, there is a mechanical play indicated by BR in the drawing. This is commonly referred to as backlash. It is known that this backlash is always necessary when gear driving is performed, but if the backlash becomes larger than necessary, there is a problem caused by this. For example, when turning the tool post on a lathe of a machine tool by a synchronous motor, the gear drive is usually performed at a reduced speed so that the load inertia of the tool post is not as large as possible with respect to the inertia of the motor. Therefore, when the reduction ratio is reduced, the load inertia becomes larger than the inertia of the synchronous motor. In such a case, the disturbance that the motor receives from the load becomes particularly large, so that the control of the motor becomes unstable. That is, during normal operation, the direction in which the torque of the motor is generated is reversed during rotation, but in this case, the teeth of the gear collide with each other. Since the collision of the teeth with the teeth means that a very large inertia load collides with the electric motor as described above,
The control of the motor becomes very unstable, and the motor that has been subjected to the collision of the very large inertia may oscillate.

【0004】以上、バックラッシュについての説明を行
ったが、これは電動機が回転しているにもかかわらず負
荷がかからないいわば機械系の不感帯と呼ばれるものの
ひとつについての説明である。該不感帯の原因となるの
は、機械系のガタである前記バックラッシュのほかに
も、ボールネジ駆動時に特に大きいたわみ、ベルトまた
はプーリ駆動時に特に大きいベルトまたはプーリの伸び
等様々なものがある。それぞれについての説明は公知で
あるので省略する。以上の該不感帯の原因となるバック
ラッシュ、たわみ等をすべてあわせて、ロストモーショ
ンと呼ぶことにする。ここで、ロストモーション量につ
いて、図9を用いて以下に説明する。図9はロストモー
ション量を説明するための機械系のヒステリシス曲線の
図である。図中横軸は電動機軸の動作量であって、縦軸
は負荷の動作量である。電動機と負荷をある状態から駆
動させた場合、図中では点0からスタートする。ロスト
モーションにより負荷は点Cで動作を開始し、その後は
電動機の動作量と同じだけ負荷も動作する。点Aで反転
すると再びロストモーションにより負荷がしばらく動作
せずその後は同様の動作を繰り返す。ここで、不感帯か
ら動作開始に切り替わる点が緩やかな曲線を描いている
のは、たわみや伸びといった要素は少しずつ解消されて
いくことによるものである。以上が図9のヒステリシス
曲線の説明であるが、このうちロストモーション量は該
ヒステリシス曲線のヒステリシス量であり、図中LMと
いう量で示されるので、これを測定することにより求め
ることができる。ただし、LMの片側は点Aから延びる
直線と点Bから延びる直線の交点となっている。以上が
機械系のヒステリシス曲線及びロストモーション量につ
いての説明である。
The backlash has been described above. This is one of so-called dead zones of a mechanical system in which no load is applied despite the rotation of the electric motor. The cause of the dead zone is not only the backlash, which is a play in the mechanical system, but also various things such as a particularly large deflection when the ball screw is driven and a particularly large extension of the belt or pulley when the belt or pulley is driven. The description of each of them is publicly known and thus will be omitted. All of the backlash, deflection, and the like that cause the dead zone are referred to as lost motion. Here, the lost motion amount will be described below with reference to FIG. FIG. 9 is a diagram of a hysteresis curve of a mechanical system for explaining a lost motion amount. In the figure, the horizontal axis represents the operation amount of the motor shaft, and the vertical axis represents the operation amount of the load. When the electric motor and the load are driven from a certain state, the operation starts from a point 0 in the drawing. The load starts operating at the point C due to the lost motion, and thereafter the load operates as much as the operation amount of the motor. When the load is reversed at the point A, the load does not operate again for a while due to the lost motion, and thereafter the same operation is repeated. Here, the point at which the transition from the dead zone to the start of the operation is drawn with a gentle curve is due to the fact that factors such as deflection and elongation are gradually eliminated. The above is the description of the hysteresis curve of FIG. 9. Among them, the lost motion amount is the hysteresis amount of the hysteresis curve and is indicated by the amount LM in the figure, and can be obtained by measuring this. However, one side of LM is an intersection of a straight line extending from point A and a straight line extending from point B. The above is the description of the hysteresis curve and the lost motion amount of the mechanical system.

【0005】前述したバックラッシュによる弊害も含め
てロストモーションによる機械系の不感帯は、電動機の
制御において大きく悪影響を及ぼし、電動機の回転誤差
の増加だけでなく発振等の原因となりかねない。以上の
ように、従来の技術においてはバックラッシュ、たわみ
等のロストモーションが大きい機械系において電動機の
回転誤差が大きく発振もしやすいという問題点があっ
た。本発明は、上記問題点に鑑み、ロストモーションを
吸収して正確な位置制御を行うことができる位置制御シ
ステムを提供することを目的とする。
[0005] The dead zone of the mechanical system due to lost motion, including the above-mentioned adverse effects due to backlash, has a large adverse effect on the control of the motor, and may cause not only an increase in rotation error of the motor but also oscillation. As described above, in the prior art, there is a problem that a rotation error of the electric motor is large and oscillation is likely to occur in a mechanical system in which lost motion such as backlash and deflection is large. The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide a position control system capable of absorbing lost motion and performing accurate position control.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに本発明にかかる位置制御システムにおいては、トル
ク指令値の絶対値が小さい場合には所定の大きさの交流
信号を発生し、トルク指令値の絶対値が大きい場合には
前記交流信号の大きさを低減する交流信号発生手段を備
えることを特徴とする。また、電動機軸の挙動に対する
機械軸の挙動を示すヒステリシス量を計測する計測手段
と、前記計測手段の出力より前記交流信号の振幅あるい
は周期を設定する交流信号設定手段を備え、設定する信
号の周波数が機械系の共振周波数付近とならないように
設定を行うことも好適である。以上のことにより機械系
のロストモーションを吸収するように電動機の制御を行
うことが可能になり、電動機の発振さらには機械系の共
振も起こらない。
In order to solve the above-mentioned problems, in a position control system according to the present invention, when the absolute value of a torque command value is small, an AC signal of a predetermined magnitude is generated, An AC signal generating means for reducing the magnitude of the AC signal when the absolute value of the command value is large is provided. A measuring unit for measuring a hysteresis amount indicating a behavior of the machine shaft with respect to a behavior of the motor shaft; and an AC signal setting unit for setting an amplitude or a cycle of the AC signal based on an output of the measuring unit. It is also preferable that the setting is made so as not to be near the resonance frequency of the mechanical system. As described above, the electric motor can be controlled so as to absorb the lost motion of the mechanical system, and the oscillation of the electric motor and the resonance of the mechanical system do not occur.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる好適な実施
形態を図面に従って説明する。なお、図3及び図4にお
いて従来技術を示す図7と同一要素には同一番号を付
し、その説明を省略する。図1及び図2は本発明の位置
制御システムで使用される交流信号の一例を説明するた
めの図である。また、図3は図1及び図2の場合におけ
る本発明にかかる制御装置による一連の制御の例を示す
ブロック図である。図1及び図2は横軸である時間に対
するトルク指令値Tcomと交流信号Taddを示す図
である。本発明においてはトルク指令値Tcomの絶対
値が小さい場合には所定の大きさの振幅を有する交流信
号を発生し、トルク指令値Tcomの絶対値が大きい場
合には前記交流信号の大きさを低減するという処理を行
っている。ここで、Taddはロストモーションの吸収
を目的として生成され、トルク指令値Tcomに加算さ
れる信号である。この結果、トルク指令値TcomにT
addという信号通りに電動機のトルクが発生し、ロス
トモーション量分だけ電動機の軸が振動するため、ロス
トモーションによる影響を除去できる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In FIGS. 3 and 4, the same elements as those in FIG. 7 showing the related art are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. 1 and 2 are diagrams for explaining an example of an AC signal used in the position control system of the present invention. FIG. 3 is a block diagram showing an example of a series of controls by the control device according to the present invention in the cases of FIGS. 1 and 2 are diagrams showing a torque command value Tcom and an AC signal Tadd with respect to time on the horizontal axis. In the present invention, when the absolute value of the torque command value Tcom is small, an AC signal having a predetermined magnitude is generated, and when the absolute value of the torque command value Tcom is large, the magnitude of the AC signal is reduced. Is performed. Here, Tadd is a signal generated for the purpose of absorbing lost motion and added to the torque command value Tcom. As a result, the torque command value Tcom becomes T
Since the torque of the motor is generated according to the signal of “add” and the shaft of the motor vibrates by the amount of the lost motion, the influence of the lost motion can be removed.

【0008】例えばトルクの絶対値が大きいか小さいか
を判断するための閾値を図1においてTlimで示され
る直線とすると、図1の場合はトルク指令値Tcomが
常にTlimより低いため、あらかじめデータとして持
っている一定周期、一定振幅の交流信号Taddを生成
する。なお、図1と図2の場合においては交流信号Ta
ddを方形波として示しているが、これはあくまでも一
例であって一定周期、一定振幅であれば特に限定するも
のではない。一方、図2のようにトルク指令値Tcom
閾値Tlimよりも大きな部分がある場合には、図2
にも示されるように、その部分でトルク指令値Tcom
の値に比例してTaddの振幅を減少させる。また、
Tlimを越えない場合には図1と同様に一定周期、
一定振幅の交流信号Taddを生成する。以上のように
して、図2に示されるような交流信号Taddとなって
いる。トルク指令値Tcomに比例してTaddの振幅
を減少させると述べたが、これは特に比例である必要は
なく様々な変形例が考えられる。以上のようにしてトル
ク指令値Tcomをもとに図3に示される交流信号発生
手段7において生成された交流信号Taddが、信号付
加手段5においてトルク指令値Tcomに加算される。
これにより、最終的に加算後トルク指令値Tcom1が
生成され、これが三相分割手段6に送出される。なお、
Taddが加算されるのはTcomに限らず、制御方式
に応じて位置指令値Xcom、速度指令値Vcomに加
算する構成としてもよい。また、その他の処理は従来技
術と同一であるので説明を省略する。
For example, assuming that a threshold for determining whether the absolute value of the torque is large or small is a straight line indicated by Tlim in FIG. 1, in FIG. 1, the torque command value Tcom is always lower than Tlim. An AC signal Tadd having a constant period and a constant amplitude is generated. In the case of FIGS. 1 and 2, the AC signal Ta
Although dd is shown as a square wave, this is merely an example, and there is no particular limitation as long as it has a constant period and a constant amplitude. On the other hand, as shown in FIG.
If there is a portion where is larger than the threshold Tlim, FIG.
As shown in FIG.
Decrease the amplitude of Tadd in proportion to the value of. Also, the threshold
If the value does not exceed Tlim, a fixed period is set as in FIG.
An AC signal Tadd having a constant amplitude is generated. As described above, the AC signal Tadd as shown in FIG. 2 is obtained. Although it has been described that the amplitude of Tadd is reduced in proportion to the torque command value Tcom, this need not be particularly proportional, and various modifications can be considered. The AC signal Tadd generated by the AC signal generating means 7 shown in FIG. 3 based on the torque command value Tcom as described above is added to the torque command value Tcom by the signal adding means 5.
As a result, the post-addition torque command value Tcom1 is finally generated and sent to the three-phase dividing means 6. In addition,
Tadd is not limited to Tcom but may be added to the position command value Xcom and the speed command value Vcom according to the control method. In addition, other processes are the same as those of the conventional technology, and thus description thereof is omitted.

【0009】次に、本発明の他の形態についての説明を
行う。前述したとおり、機械系にロストモーションが存
在するため図9に示されるようなヒステリシス曲線を描
くことができる。この場合、図9において電動機軸の動
作量が位置指令値Xcomに、負荷の動作量が位置検出
値Xmesにそれぞれ該当するということができる。た
だし、ここで位置検出値Xmesを検出する位置検出手
段は電動機側でなく負荷側に取り付けられたものでなけ
ればならない。該ヒステリシス曲線を描いて機械系のロ
ストモーション量を求めるために、例えば通常の運転前
にテスト運転として一定距離の往復運動を行う。この際
に、位置指令値Xcomと位置検出値Xmesとを計測
すれば該ヒステリシス曲線を描くことができ、該曲線か
ら前述の方法によってロストモーション量LMを求める
ことができる。なお、ここでロストモーション量LMを
求める具体的な方法については、多くの実現方法が考え
られ、本発明において特に限定するところではないので
説明を省略する。また、ロストモーション量LMを求め
るのは通常運転前のテスト運転とは限らず通常運転時に
オンラインで測定する等多くの変形例が考えられる。上
記のようにして図4に示されるとおり計測手段8におい
ては電動機に対する位置指令値Xcomと位置検出値X
mesより、電動機軸の挙動に対する機械軸の挙動を示
すヒステリシス量であるロストモーション量LMを計測
し、求めたロストモーション量LMを交流信号設定手段
9に送出している。交流信号設定手段9ではロストモー
ション量LMをもとに、トルク指令値Tcomに付加さ
れる交流信号Taddについて必要な振幅及び周期を求
める。求められた交流信号Taddが、図4にも示され
るように信号付加手段5においてトルク指令値Tcom
に加算され、最終的に加算後トルク指令値Tcom1を
生成しこれを三相分割手段6に送出する。なお、その他
の処理は従来技術と同一であるので説明を省略する。
Next, another embodiment of the present invention will be described. As described above, since the lost motion exists in the mechanical system, a hysteresis curve as shown in FIG. 9 can be drawn. In this case, it can be said that the operation amount of the motor shaft corresponds to the position command value Xcom and the operation amount of the load corresponds to the position detection value Xmes in FIG. However, the position detecting means for detecting the position detection value Xmes must be mounted on the load side, not on the motor side. In order to obtain the amount of lost motion of the mechanical system by drawing the hysteresis curve, for example, a reciprocating motion of a certain distance is performed as a test operation before a normal operation. At this time, by measuring the position command value Xcom and the position detection value Xmes, the hysteresis curve can be drawn, and the lost motion amount LM can be obtained from the curve by the above-described method. It should be noted that a specific method for obtaining the lost motion amount LM can be realized in many ways and is not particularly limited in the present invention. In addition, obtaining the lost motion amount LM is not limited to the test operation before the normal operation, and various modifications such as online measurement during the normal operation can be considered. As described above, the position command value Xcom and the position detection value X
From mes, the amount of lost motion LM, which is the amount of hysteresis indicating the behavior of the machine shaft with respect to the behavior of the motor shaft, is measured, and the obtained lost motion amount LM is sent to the AC signal setting means 9. The AC signal setting means 9 obtains the necessary amplitude and cycle of the AC signal Tadd added to the torque command value Tcom based on the lost motion amount LM. The obtained AC signal Tadd is applied to the torque command value Tcom by the signal adding means 5 as shown in FIG.
, And finally generates an added torque command value Tcom1 and sends it to the three-phase dividing means 6. The other processing is the same as that of the prior art, and the description is omitted.

【0010】以下に、交流信号設定手段9における交流
信号Taddの振幅及び周期を求める方法の一例につい
ての説明を行う。図5は位置、速度、加速度の関係を説
明するための図であり、図6はTaddの振幅及び周期
を求める方法の一例を示すフローチャートである。交流
信号Taddの振幅及び周期決定の処理についての説明
の前に、まず図5を用いて位置、速度、加速度の関係に
ついて説明する。図5は、交流信号Taddとしての加
速度α、速度v、位置pの関係を示した図の一例であ
る。今、一般的にトルクをT、加速度をα、イナーシャ
をJとすると、 T=J×α −(1) となる。ここで、図5に示すとおり、交流信号Tadd
しいては加速度αの波形は一定周期、一定振幅の方形波
であるとする。一般的に加速度αによる速度vは加速度
αを時間に対して積分した値であり、ここでは、該当す
る時刻までの方形波の面積であるので、図5に示すよう
な三角波になり、加速度αの振幅をα1、周期をt1と
すると、その振幅v1は v1=α1×(t1/4) −(2) であり、周期は加速度αと同様t1である。さらに、速
度vによる位置pは同様に速度vを時間に対して積分し
た値であるため、図5に示すような二次曲線の波形にな
り、その振幅p1は p1=v1×(t1/4)/2 −(3) であるため、結局 p1=α1×t12/32 −(4) となる。
Hereinafter, an example of a method of obtaining the amplitude and the cycle of the AC signal Tadd in the AC signal setting means 9 will be described. FIG. 5 is a diagram for explaining the relationship between the position, the speed, and the acceleration, and FIG. 6 is a flowchart showing an example of a method for obtaining the amplitude and cycle of Tadd. Before describing the process of determining the amplitude and cycle of the AC signal Tadd, the relationship among the position, velocity, and acceleration will be described first with reference to FIG. FIG. 5 is an example of a diagram showing a relationship between the acceleration α, the velocity v, and the position p as the AC signal Tadd. Now, assuming that T is the torque, α is the acceleration, and J is the inertia, T = J × α− (1). Here, as shown in FIG. 5, the AC signal Tadd
It is assumed that the waveform of the acceleration α is a square wave having a constant period and a constant amplitude. In general, the speed v due to the acceleration α is a value obtained by integrating the acceleration α with respect to time. Here, since the velocity v is an area of a square wave until the corresponding time, the velocity v becomes a triangular wave as shown in FIG. Let α1 be the amplitude and t1 be the cycle, the amplitude v1 is v1 = α1 × (t1 / 4) − (2), and the cycle is t1 like the acceleration α. Further, since the position p based on the speed v is a value obtained by integrating the speed v with respect to time, a waveform of a quadratic curve as shown in FIG. 5 is obtained, and the amplitude p1 is p1 = v1 × (t1 / 4) ) / 2− (3), and thus p1 = α1 × t12 / 32− (4).

【0011】本発明においては該ロストモーション量L
M分だけの電動機の軸を振動させることによってロスト
モーションが零であるかのように電動機の動作を行うこ
とを特徴とする。今、ロストモーション量LMがすでに
前記ヒステリシス曲線による方法から求められている場
合、式(4)においてロストモーション量の半分である
LM/2=p1とすると、電動機がロストモーション量
分だけの振動を行うために必要な加速度の振幅α1と周
期t1を求めることができる。ただし、このことはp1
=LM/2を式(4)に代入して、 LM/2=α1×t12/32 −(5) となってα1とt1の関係を決定することができただけ
で、α1とt1の値自体が決まったわけではない。した
がって、まずα1とt1のいずれかをある値に決定しな
ければならいが、そのためには例えば図6に示すような
処理を行って決定する。
In the present invention, the lost motion amount L
The motor is operated as if lost motion is zero by vibrating the shaft of the motor for M times. Now, when the lost motion amount LM has already been obtained from the method based on the hysteresis curve, assuming that LM / 2 = p1, which is half of the lost motion amount in the equation (4), the motor generates vibrations corresponding to the lost motion amount. It is possible to obtain the amplitude α1 and period t1 of the acceleration required for performing the operation. However, this means that p1
= LM / 2 into equation (4), and LM / 2 = α1 × t12 / 32− (5), and only the relationship between α1 and t1 can be determined, and the values of α1 and t1 are obtained. It was not decided. Therefore, first, either α1 or t1 must be determined to a certain value. For this purpose, for example, the processing shown in FIG. 6 is performed to determine the value.

【0012】図6に示すように、はじめに、電動機につ
いて通常の運転を開始する前に、電動機の停止を確認す
る(S1)。電動機の停止が確認されると、交流信号T
addの振幅及び周期決定の一連の処理を行う。まず、
メモリから初期交流信号振幅Tp0、初期交流信号周期
t0、交流信号周期増加量td、イナーシャJのデータ
を読み出す(S2)。ここで、メモリからデータを読み
出す方法については公知であるので説明を省略する。初
期交流信号振幅Tp0、初期交流信号周期t0、交流信
号周期増加量tdについてはあらかじめ設定されている
一定値である。前記データを読み出した後、実行時交流
信号振幅Tpに初期交流信号振幅Tp0、実行時交流信
号周期tに初期振動周期t0をそれぞれ代入し(S
3)、テスト運転を行う(S4)。ここで、テスト運転
とはトルク指令値Tcom=0として、交流信号Tad
dのみを指令するものである。テスト運転を開始する
と、交流信号Taddによって電動機は一定の周期と振
幅で振動を行う。このとき位置検出値Xmesを検出
し、位置検出値Xmesの最大値と最小値から電動機の
振動の振幅Xwdを求めることができる。この際、該振
幅XwdとLMを比較し(S5)、もしXwd≦LMで
あれば実行時交流信号周期tに交流信号周期増加量td
を加えた上で再計算を行う(S6、S7)。再計算はt
1=tとして式(5)に代入してα1を求め、α=α1
として式(1)に代入してTpを求める。再計算によっ
て新たなtとTpを求めたら再びテスト運転を行い、振
幅Xwdを検出してLMと比較するという一連の処理を
Xwd>LMとなるまで繰り返し行う(S5)。Xwd
>LMとなるとt=t−tdとして一回前の実行時交流
信号周期に戻す(S8、S9)。 ここで求めたTpが
交流信号Taddの振幅であり、また、t1が交流信号
Taddの周期であるので、これで交流信号Taddの
振幅と周期を決定できたことになる。
As shown in FIG. 6, first, before starting the normal operation of the motor, it is confirmed that the motor has stopped (S1). When the stop of the motor is confirmed, the AC signal T
A series of processes for determining the amplitude and cycle of add are performed. First,
The data of the initial AC signal amplitude Tp0, the initial AC signal cycle t0, the AC signal cycle increment td, and the inertia J are read from the memory (S2). Here, a method of reading data from the memory is well-known, and thus description thereof is omitted. The initial AC signal amplitude Tp0, the initial AC signal period t0, and the AC signal period increase amount td are constant values set in advance. After reading the data, the initial AC signal amplitude Tp0 is substituted for the runtime AC signal amplitude Tp, and the initial vibration period t0 is substituted for the runtime AC signal period t (S
3), a test operation is performed (S4). Here, the test operation means that the torque command value Tcom = 0 and the AC signal Tad
Only d is instructed. When the test operation is started, the electric motor vibrates at a constant cycle and amplitude by the AC signal Tadd. At this time, the position detection value Xmes is detected, and the amplitude Xwd of the vibration of the electric motor can be obtained from the maximum value and the minimum value of the position detection value Xmes. At this time, the amplitude Xwd and LM are compared (S5), and if Xwd ≦ LM, the AC signal cycle increase amount td is added to the execution AC signal cycle t.
Is added and recalculated (S6, S7). Recalculation is t
Substituting 1 = t into equation (5) to obtain α1, α = α1
And Tp is obtained by substituting into equation (1). When new t and Tp are obtained by the recalculation, the test operation is performed again, and a series of processes of detecting the amplitude Xwd and comparing with the LM are repeated until Xwd> LM (S5). Xwd
If> LM, t = t−td is set, and the cycle is returned to the previous execution AC signal cycle (S8, S9). Since Tp obtained here is the amplitude of the AC signal Tadd and t1 is the cycle of the AC signal Tadd, it means that the amplitude and cycle of the AC signal Tadd have been determined.

【0013】ここで、上記のような処理を行うことにつ
いての理由を以下に説明する。通常、電動機の巻線には
インダクタンスが存在するため、例えば図5のαで示さ
れる波形と同等の電流指令をしても指令通りに実際に電
流が流れずに遅れが生じることは公知である。電流指令
の周期が短ければ短いほどその遅れは顕著に現れ、電流
指令とトルク指令Tcomは通常同等の波形を示すた
め、上記テスト運転において交流信号の周期t1が短け
れば短いほど該交流信号に対して電動機に実際に発生す
るトルクがトルク指令値Tcomに対して十分に応答せ
ず遅れが大きくなるということができる。電動機に実際
に発生するトルクがトルク指令値Tcomに対して十分
に応答しないということは、これは図5中vで示される
速度波形及びpで示される位置波形についても応答が遅
れるということであるため、たとえ式(5)をもとに計
算したα1及びt1であってもt1が短ければ短いほ
ど、結果的に電動機の振動の振幅Xwdが所望の大きさ
であるLMだけ動作しないということになる。これで
は、電動機の軸をロストモーション量LM分だけ振動さ
せるという目的を達成できないため、上記のように実行
時交流信号周期tを少しずつ短くしていき、実際に電動
機の振動の振幅XwdがLMより大きくなるようにす
る。なお、この際、図6では式(1)及び式(5)をも
とにTpを再計算して、その都度交流信号Taddの振
幅を求めているがこれは再計算を理論式である式(5)
を用いずに他の計算式を求めてもよいし、また再計算を
しない等の様々な方法が考えられ、本発明では特に限定
するところではない。また、図6ではXwd>LMとな
った場合の一つ前の実行時交流信号周期tを交流信号の
周期t1としているが、これは実際にロストモーション
量LM分以上を振動させることは発振の原因ともなりか
ねないために、ロストモーション量LMを超えない範囲
でできるだけ大きいXwdが得られる条件にすると仮定
したことによる。しかし、このことについても本発明に
おいては特に限定する事項ではない。以上のような理由
により、例えば図6に示すような一連の処理を行って交
流信号Taddの振幅および周期を決定している。な
お、図6のような処理を行うかどうかについても本発明
においては特に限定するところの事項ではなく、該処理
を行わないまたはその他の処理を行う等の様々な変形例
が考えられる。以上が交流信号設定手段9における処理
の一例についての説明である。
Here, the reason for performing the above processing will be described below. It is generally known that, since an inductance is present in a winding of a motor, even if a current command equivalent to, for example, the waveform indicated by α in FIG. 5 is given, a current does not actually flow as instructed and a delay occurs. . The shorter the cycle of the current command is, the more noticeable the delay is. The current command and the torque command Tcom usually have the same waveform. Therefore, in the test operation, the shorter the cycle t1 of the AC signal is, the shorter the cycle of the AC signal is. Thus, it can be said that the torque actually generated in the electric motor does not sufficiently respond to the torque command value Tcom and the delay increases. The fact that the torque actually generated in the electric motor does not respond sufficiently to the torque command value Tcom means that the response is also delayed with respect to the velocity waveform indicated by v and the position waveform indicated by p in FIG. Therefore, even if α1 and t1 are calculated based on the equation (5), as t1 becomes shorter, as a result, the motor does not operate only for the LM having the desired amplitude Xwd of vibration. Become. In this case, since the purpose of vibrating the motor shaft by the lost motion amount LM cannot be achieved, the AC signal cycle t at the time of execution is gradually shortened as described above, and the amplitude Xwd of the vibration of the motor actually becomes LM. Try to be bigger. In this case, in FIG. 6, Tp is recalculated based on the equations (1) and (5), and the amplitude of the AC signal Tadd is obtained each time. (5)
Various formulas may be obtained without using, and various methods such as recalculation may not be performed. The present invention is not particularly limited. In FIG. 6, the AC signal period t at the time of execution immediately before Xwd> LM is set to the period t1 of the AC signal. This is because it is assumed that the condition for obtaining Xwd as large as possible within a range not exceeding the lost motion amount LM is considered to be a cause. However, this is not particularly limited in the present invention. For the reasons described above, for example, a series of processing as shown in FIG. 6 is performed to determine the amplitude and cycle of the AC signal Tadd. It should be noted that whether or not the processing as shown in FIG. 6 is performed is not particularly limited in the present invention, and various modifications such as not performing the processing or performing other processing are conceivable. The above is an explanation of an example of the processing in the AC signal setting means 9.

【0014】また、場合によっては設定された交流信号
Taddの周期の逆数である周波数が、あらかじめ機械
系の共振周波数がわかっているとして該周波数付近とな
らないように前記の処理を追加または変更することもあ
り得る。この際の処理は様々なものが考えられるため、
本発明においては特に限定せず説明も省略するが、所望
の作用が得られればよいこととする。
Further, in some cases, the above-described processing is added or changed so that the frequency which is the reciprocal of the cycle of the set AC signal Tadd does not become close to the frequency assuming that the resonance frequency of the mechanical system is known in advance. It is possible. Since the process at this time can be various,
In the present invention, although not particularly limited and the description is omitted, it is sufficient that a desired action is obtained.

【0015】なお、各説明の中でも示したが、以下の事
項に関しても様々な変形例が考えられ、説明において示
された限りではないため、本発明においては特に限定は
行わない。まず、図3に示されているような制御装置の
一連の制御を示すブロック図の構成については図に示さ
れている形式に限らず様々な変形例が考え得る。また、
前述のとおり交流信号Taddの振幅及び周期の決定の
際にも、その処理の形態や計算方法は実施形態で示した
如くに限らず、特に実施の形態において限定するもので
はない。特に、該交流信号の形状は方形波に限らず正弦
波、三角波等様々な変形例が考えられ、また各処理につ
いてもオフラインとは限らずオンラインで処理を行って
リアルタイムで補償していく等の多くの変形例が考えら
れる。また、本実施形態の説明においては交流信号Ta
ddをトルク指令値Tcomで制御ループに付加する方
式で説明を行ったが、これについても速度ループ、位置
ループ等に付加する等してもよく、特に限定する事項で
はない。
Although shown in each of the descriptions, various modifications can be considered for the following items, and are not limited to those described in the description. Therefore, the present invention is not particularly limited. First, the configuration of the block diagram showing a series of controls of the control device as shown in FIG. 3 is not limited to the format shown in the diagram, and various modifications can be considered. Also,
As described above, when determining the amplitude and cycle of the AC signal Tadd, the processing form and calculation method are not limited to those described in the embodiment, and are not particularly limited in the embodiment. In particular, the shape of the AC signal is not limited to a square wave, and various modified examples such as a sine wave and a triangular wave are conceivable. In addition, each processing is not limited to offline processing but is performed online to compensate in real time. Many variations are possible. In the description of the present embodiment, the AC signal Ta
Although the description has been given of the method of adding dd to the control loop with the torque command value Tcom, this may be added to the speed loop, the position loop, or the like, and is not particularly limited.

【0016】[0016]

【発明の効果】本発明においては、機械系のロストモー
ション量によって一定または可変の交流信号を付加する
ことによって、また場合によっては設定する信号の周波
数が機械系の共振周波数付近とならないように設定を行
うため、機械系のロストモーションを吸収するように電
動機の制御を行うことが可能になり、電動機の発振さら
には機械系の共振も起こらないという効果がある。
According to the present invention, a constant or variable AC signal is added depending on the amount of lost motion of the mechanical system, and in some cases, the frequency of the signal to be set is set so as not to be near the resonance frequency of the mechanical system. Therefore, it is possible to control the electric motor so as to absorb the lost motion of the mechanical system, and there is an effect that the oscillation of the electric motor and the resonance of the mechanical system do not occur.

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

【図1】 本発明におけるトルク指令値Tcomと交流
信号Taddの時間に対する波形の一例を示した図であ
る。
FIG. 1 is a diagram showing an example of a waveform of a torque command value Tcom and an AC signal Tadd with respect to time in the present invention.

【図2】 本発明におけるトルク指令値Tcomと交流
信号Taddの時間に対する波形の一例を示した図であ
る。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a waveform of a torque command value Tcom and an AC signal Tadd with respect to time in the present invention.

【図3】 本発明における電動機の制御装置の処理を示
すブロック図の一例である。
FIG. 3 is an example of a block diagram showing a process of a motor control device according to the present invention.

【図4】 本発明における電動機の制御装置の処理を示
すブロック図の他の例である。
FIG. 4 is another example of a block diagram illustrating a process of a motor control device according to the present invention.

【図5】 一般に加速度、速度、位置の三者間の関係を
示した図である。
FIG. 5 is a diagram generally showing a relationship among acceleration, velocity, and position.

【図6】 本発明における交流信号設定手段における処
理の一例を示すフローチャートである。
FIG. 6 is a flowchart illustrating an example of processing in an AC signal setting unit according to the present invention.

【図7】 従来における同期電動機の制御装置の処理を
示すブロック図の一例である。
FIG. 7 is an example of a block diagram showing processing of a conventional synchronous motor control device.

【図8】 ギヤ駆動において第1ギヤ部と第2ギヤ部に
おけるかみ合わせ付近の拡大図の一例である。
FIG. 8 is an example of an enlarged view of the vicinity of meshing between a first gear portion and a second gear portion in gear driving.

【図9】 ロストモーション量を説明するための機械系
のヒステリシス曲線を示した図の一例である。
FIG. 9 is an example of a diagram showing a hysteresis curve of a mechanical system for explaining a lost motion amount.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 第1比較器、2 位置ループゲイン、3 第2比較
器、4 速度ループゲイン、5 信号付加手段、6 三
相分割手段、7 交流信号発生手段、8 計測手段、9
交流信号設定手段、10 第1ギヤ部、11 第2ギ
ヤ部。
REFERENCE SIGNS LIST 1 first comparator, 2 position loop gain, 3 second comparator, 4 speed loop gain, 5 signal adding means, 6 three-phase dividing means, 7 AC signal generating means, 8 measuring means, 9
AC signal setting means, 10 first gear section, 11 second gear section.

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G05D 3/00 - 3/20 H02P 5/00 Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G05D 3/00-3/20 H02P 5/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 ギヤのバックラッシュを電動機で制御す
る位置制御システムにおいて、回転中に トルク指令値の絶対値が所定の閾値より小さい
場合には所定の大きさの振幅を有する交流信号を発生
し、回転中にトルク指令値の絶対値が所定の閾値より
きい場合には前記交流信号の大きさを低減する交流信号
発生手段と、 位置信号、速度信号、トルク信号等の電動機を制御する
信号のいずれかに前記交流信号を加算する信号付加手段
とを備えることを特徴とする位置制御システム。
In a position control system for controlling gear backlash by an electric motor, an AC signal having a predetermined magnitude is generated during rotation if an absolute value of a torque command value is smaller than a predetermined threshold value. An AC signal generating means for reducing the magnitude of the AC signal when the absolute value of the torque command value is larger than a predetermined threshold during rotation; and an electric motor for a position signal, a speed signal, a torque signal, and the like. Signal adding means for adding the AC signal to any of the signals for controlling the position control system.
【請求項2】 請求項1記載の位置制御システムにおい
て、前記 交流信号発生手段に代えて、 負荷の位置を検出する位置検出手段と、 位置検出手段からの位置検出信号の変化より、電動機軸
の挙動に対する機械軸の挙動を示すヒステリシス量を計
測する計測手段と、前記計測手段の出力より前記交流信
号の振幅あるいは周波数を設定する交流信号設定手段と
を備えることを特徴とする位置制御システム。
2. The position control system according to claim 1, wherein said AC signal generating means is replaced with a position detecting means for detecting a position of a load, and a change in a position detecting signal from said position detecting means is used to control the motor shaft. A position control system comprising: a measuring unit that measures a hysteresis amount indicating a behavior of a machine axis with respect to a behavior; and an AC signal setting unit that sets an amplitude or a frequency of the AC signal from an output of the measuring unit.
【請求項3】 請求項2記載の位置制御システムにおい
て、 前記交流信号設定手段が前記計測手段の出力より設定す
る前記交流信号の周波数が、機械系の共振周波数となら
ないように設定を行うことを特徴とする位置制御システ
ム。
3. The position control system according to claim 2, wherein the setting of the AC signal set by the AC signal setting means based on the output of the measuring means does not become a resonance frequency of a mechanical system. Characterized position control system.
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