JP3578900B2 - Servo motor control device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械や産業機械の送り軸、あるいはロボットのアーム等の駆動源として用いられるサーボモータの制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
工作機械や産業機械の送り軸、あるいはロボットのアーム等の駆動源として用いられるサーボモータの制御において、従来速度ループ制御や位置ループ制御が行われている。
【0003】
図14,15はサーボモータの位置ループ制御系、及び速度ループ制御系の一構成を説明するためのブロック図である。
図14のサーボモータの位置ループ制御系において、11は位置制御部でKpは位置ループゲインである。又、12は速度制御部で図15に示すような速度ループにより構成される。14は速度を積分して位置を求める項を示している。図15のサーボモータの速度ループ制御系において、15は積分ゲインK1を持つ積分項であり、16は比例ゲインK2を持つ比例項であり、17はモータ,機械系を示している。
【0004】
サーボモータの位置ループ制御系において、数値制御装置(NC)から出力される位置指令(MCMD)から位置検出器等で検出される位置を減じて位置偏差を求め、該位置偏差に位置ループゲインKpを乗じて速度指令を求める。サーボモータの速度ループ制御系では、速度指令から速度検出器等で検出される実速度を減じて速度偏差を求め、該速度偏差を積分項15で積分するとともに積分値に積分ゲインK1を乗じ、実速度に比例ゲインK2を乗じた値を減算してトルク指令(電流指令)を求め、このトルク指令に基づいて(さらには電流ループ制御を行って)サーボモータを駆動することが、行われている。
又、位置ループ制御を行わず、速度ループ制御のみのサーボモータの制御も行われている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
サーボモータにおいて、速度制御を行う場合、トルク指令と実際にモータから出力される実トルクとの間の関係を表す変換定数は、一般にトルク定数と呼ばれている。ACサーボモータを用いて速度制御を行う場合、通常、トルク定数は速度や電流値にかかわらず一定であるとして速度制御系を構成している。なお、位置制御の場合であっても、位置ループのマイナーループに速度制御が含まれているため、この速度制御系は速度制御のみに限らず、位置制御の場合も含んでいる。
【0006】
しかしながら、実際にはトルク定数は一定とは限らず、サーボモータに流れる電流値や電流制御回路の位相補正等の影響によって、トルク定数は一定とならない。
【0007】
特に、大電流時において、サーボモータのステータには、ロータからの磁束とステータ側の磁束が重なって磁気飽和が発生し、トルク指令がより大きなトルクを要求しても、それ以上の磁束増加を行うことができず、トルクを増加させることができないことになり、トルク指令に対して発生トルクが低下するという問題がある。この大電流時における発生トルクの低下は、加工精度にも影響することになる。
【0008】
図16は、上記したトルク定数が一定でないことによる、加工精度の影響を示す図である。図16(a),(b),(c),(d)は、円弧半径100mm、接線方向の送り速度はそれぞれ30000mm/min,40000mm/min,50000mm/min,及び60000mm/minの条件において、指令に対する誤差を示している。なお、図において、周方向の1目盛りは20μmを表している。
図16は、送り速度が高くなるほど(サーボモータの電流が増加するほど)、指令からの誤差が増加することを示している。
【0009】
図17は、工作機械に使用されるサーボモータの電流値(トルク指令)と出力トルクとの関係を示すグラフである。なお、測定に使用したサーボモータは、最大電流130Aのアンプによって駆動されるものである。図17に示すように、入力電流が0から60Aの間では、電流値と出力トルクとは直線関係にあり、トルク定数は一定に保たれているが、電流値が増加するに従って、入力電流に対して出力トルクの割合が低下し、トルク定数が低下している。
【0010】
一方、速度ループゲインは、各制御時間において、トルク指令を微笑に増加させた場合の実際のトルクの増加の程度を表しており、図17では特性曲線の微分値となる。従って、トルク定数の低下は、速度制御の側から見ると、速度ループゲインの実効値が下がることを意味している。
【0011】
なお、図17では、2つの測定(図中の三角印及び菱形印)による特性曲線と、トルク定数が一定に場合の直線を示している。
そのため、トルク定数が変化すると、大電流時に、外乱トルクに対するサーボ剛性の低下により形状誤差が増大したり、又、トルク指令が低電流から大電流に連続的に増加する場合、低電流時と大電流時で速度ループの応答性が異なることによって、さらに形状誤差が増大することになる。
【0012】
従来のように、トルク定数が一定であるという条件で、上記の問題を解決する最も有効な対処は速度ループゲインを上げることであるが、低電流域で速度ループゲインが高く設定されるため、物理的な発振限界を超えて発振を起こすという問題がある。
【0013】
そこで、本発明は従来のサーボモータ制御の持つ問題点を解決し、速度制御において、サーボモータのトルク定数を一定に保つことができるサーボモータの制御装置を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
図1は、本発明のサーボモータの制御装置を説明するための概略ブロック図である。図1において、図14,15で示した速度制御ループ1と電流制御ループ3との間に、本発明のサーボモータの制御装置であるトルク補正回路2を介在させ、これによって、速度制御ループ1から出力されるトルク指令に対して補正トルクを用いて補正を行い、得られた補正トルク指令を電流制御ループ3に渡すことによって、トルク定数を一定に保つものである。
【0015】
本発明のサーボモータの制御装置は、速度制御を行うサーボモータの制御において、トルク定数の低下をサーボ制御回路で推定し、このトルク定数の低下分を補償した補正トルク指令を求め、この補正トルク指令によって、電流制御を行うことにより、制御ループから見たトルク定数を等価的に一定に保つことによって、サーボモータのトルク定数を一定に保持する。
【0016】
本発明において、トルク定数を変化させる要因となるサーボモータの制御状態として、磁気的飽和現象、電流の位相制御等があり、本発明のサーボモータの制御装置は、これらの要因によるトルク定数の変化を、トルク指令値,実電流振幅値等に基づいて推定し、トルク定数が一定の場合との偏差を補正する補正トルクを形成する等によって、サーボモータのトルク定数を一定に保つものである。
【0017】
本発明のサーボモータの制御装置の第1の形態は、少なくとも速度制御を含むサーボモータの制御を行う制御装置において、サーボモータの制御状態に応じたトルク定数の低下分を補償した補正トルク指令を形成し、速度制御におけるトルク定数を一定に保持するトルク補正手段を備えた構成とするものである(請求項1に対応)。
【0018】
又、この第1の形態において、補正トルク指令は、トルク指令に対する出力トルク特性において、トルク定数が一定の場合のトルク指令に対する出力トルクを得るためのトルク指令とすることができる(請求項5に対応)。
【0019】
又、本発明のサーボモータの制御装置の第2の形態は、少なくとも速度制御を含むサーボモータの制御を行う制御装置において、サーボモータの制御状態に応じたトルク定数の低下分を補償する補正トルクをトルク指令に重畳して補正トルク指令を形成し、速度制御におけるトルク定数を一定に保持するトルク補正手段を備えた構成とするものである(請求項2に対応)。
【0020】
この第2の形態において、補正トルクを、トルク指令に対する実電流振幅特性において、トルク指令又は実電流振幅値をパラメータとする値とすることができ(請求項3に対応)、又、補正トルクを、トルク指令に対する実電流振幅特性において、トルク指令又は実電流振幅値を、トルク定数が一定の場合のトルク指令又は実電流振幅値に変換する、トルク定数の低下分の倍率とすることができる(請求項4に対応)。
【0021】
又、補正トルクの保持形態として、トルク指令に対する実電流振幅特性において、トルク指令及び速度をパラメータとし、該パラメータを含む関数とする構成(請求項6に対応)、トルク指令に対する実電流振幅特性において、トルク指令及び速度をパラメータとし、該パラメータを含むデータテーブルとする構成(請求項7に対応)とすることができる。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図を参照しながら詳細に説明する。
本発明の実施の形態について図2の概略ブロック図を用いて説明する。
図2に示すトルク補正回路2は、トルク指令補正手段21とトルク指令−出力トルク関係データ部22を備える。なお、この構成は各機能を便宜的に示したものであって、必ずしも各構成に対応する装置をハード的に構成することを要するものでなく、ソフトウエアによって実現することもできる。
【0023】
トルク指令−出力トルク関係データ部22は、サーボモータを実際に駆動して、トルク指令に対する実際の出力トルクを測定して求めることにより得ることができる。この関係は、関数の形態で求めることも、又、メモリ等のテーブルデータの形態で求めることもできる。
【0024】
関数の形態で表される場合には、補正前のトルク指令Tc1等をパラメータとして入力し、トルク指令Tc1を補正して補正トルク指令Tc2を得るためのトルク補正値等のデータをトルク指令補正手段21に出力する。
【0025】
又、テーブルデータの形態で表される場合には、補正前のトルク指令Tc1等をパラメータとして入力し、このパラメータを用いてメモリから、トルク指令Tc1を補正して補正トルク指令Tc2を得るためのデータを読み出し、トルク指令補正手段21に出力する。
【0026】
トルク指令補正手段21は、トルク指令−出力トルク関係データ部22からトルク補正を行うためのデータを受け取り、このデータに基づいて補正前のトルク指令Tc1を補正して、補正トルク指令Tc2を形成し、電流ループに渡す。
【0027】
なお、トルク補正値を用いて補正を行う処理に代えて、トルク指令−出力トルク関係データ部22から、直接補正トルク指令Tc2を出力する構成とすることもできる。この場合には、トルク指令補正手段21とトルク指令−出力トルク関係データ部22は1つの構成とすることができる。
【0028】
次に、関数の形態によって、トルク指令Tc1にトルク補正値を重畳させることによって、補正トルク指令補正Tc2を出力する構成例について、図3〜図6を用いて説明する。
【0029】
図3はトルク補正回路の一構成例の概略ブロック図である。この構成では、低下したトルク定数を一定の定数に変換するために倍率を求め、この倍率を用いてトルク補正値を求め、さらに、このトルク補正値をトルク指令に重畳させて、補正トルク指令を得る。
【0030】
トルク倍率算出手段24は、低下したトルク定数を一定の定数に変換するためのトルク倍率を算出する手段であり、あらかじめ求めておいた算出関数を備え、トルク指令Tc1とベース電流等の算出のためのパラメータを入力し、算出関数を演算してトルク倍率を算出する。
【0031】
トルク指令補正手段23は、トルク倍率算出手段24からのトルク倍率を受け取って補正トルクを求め、トルク指令Tc1を補正して補正トルク指令Tc2を得る。
【0032】
図4は前記図17を概略的に示したもので、トルク指令に対する実電流振幅値を示し、破線はトルク定数は一定の場合を示し、実線は実際のサーボモータの特性を示している。
【0033】
図4において、トルク定数を一定の場合には、トルク指令Tc1に対し破線と交差するトルクTが得られる。これに対して、トルク定数が低下するトルク指令の領域では、トルク指令Tc1に対し実線と交差するトルクT’となり、トルク指令Tc1が当初想定したトルクTに達することができない。
【0034】
図4中の矢印は、トルクTを得るためには、トルクTが実線と交差するトルク指令Tc2を要することを示しており、ここでは、トルク指令Tc1からトルク指令Tc2に変換するための係数をfとする。
【0035】
この係数fをトルク指令Tc1に乗ずることによって、補正トルク指令Tc2を得るためのトルク補正値を求めることができる。この係数fにトルク指令を乗じた値はトルク補正値となる。又、この係数fに1を加えた値をトルク倍率とし、このトルク倍率にトルク指令を乗じることによって、補正トルク指令Tc2を得ることができる。
【0036】
以下、トルク倍率を用いたトルク補正について、図5のフローチャート、及び図6のトルク倍率を示すグラフを用いて説明する。
なお、図5のフローチャートは速度ループについてのみ示している。前記図5で示したように、速度検出器等から帰還速度を得て、速度フィードバックを取り込んで(ステップS1)、速度指令を求め(ステップS2)、トルク指令を求める。ここで求めたトルク指令をTc1とする(ステップS3)。
【0037】
図6のトルク倍率は、前記図4において、トルク指令に対してトルク定数の低下を求め、各トルク指令に対して、トルク定数が一定となるトルクを得るため要する倍率を求めることによって得ることができる。
【0038】
図6に示す補正比は、このトルク倍率を表している。図6の補正比特性は、図4における誤差を2次近似で近似した例であり、
トルク倍率=1+k×(|トルク指令Tc1|−トルクベースIb)
で近似した例を示している。
【0039】
例えば、図6において、電流100Aの場合には、補正比は約1.07であり、トルク倍率1.07をトルク指令に乗ずることによって、補正トルク指令を得ることができる。
【0040】
ここで、図6に示すように、トルクベースは補正比が1からはずれる限界の電流値を表している。このトルクベースより小さなトルク指令の場合には、トルク定数は一定であり、このトルクベースより大きなトルク指令の場合には、補正比に応じたトルク補正を行うことによって、トルク定数を一定に保つことができる。図6の例では、トルクベースは約35Aである。
【0041】
そこで、ステップS4において、トルク指令Tc1の絶対値とトルクベースIbとを比較し、トルク指令Tc1の絶対値がトルクベースIb以下の場合には、トルク補正を要さないため、補正することなく、補正トルク指令Tc2をトルク指令Tc1とし(ステップS8)、この補正トルク指令Tc2を電流ループに渡す(ステップS7)。
【0042】
一方、ステップS4において、トルク指令Tc1の絶対値がトルクベースIbより大きい場合には、トルク補正を要するため、ステップS5,6の処理によって、トルク補正を行って、補正トルク指令Tc2を求め、求めた補正トルク指令Tc2を電流ループに渡す(ステップS7)。
【0043】
ステップS5,6では、k×(|トルク指令Tc1|−トルクベースIb) の演算によって、トルク補正値を得るための係数fを求め、この係数fに1を加算した(1+f)にトルク指令Tc1を乗ずることによって補正トルク指令Tc2を求める。
【0044】
従って、速度ループで計算されたトルク指令に対して、(トルク指令)×(トルク倍率)の演算を行うことによって、補正トルク指令を得ることができる。
なお、補正トルクは、(トルク指令)×(トルク倍率−1)により得ることができる。
次に、トルク指令と出力トルクとの間の関係を用いて、補正トルク指令を求める場合について説明する。
【0045】
図7はトルク指令と出力トルクとの間の関係を表したグラフであり、サーボモータの速度制御において、トルク指令を変えながら出力トルクを測定することによって求めることができる。図7において、破線はトルク定数が一定である場合を示し、実線はサーボモータの速度制御における実特性を示している。
【0046】
図7において、トルク定数が一定である場合にトルク指令Tc1によって得られるトルクは、実際のサーボモータではトルク指令Tc2を指令することによって得ることができる。このトルク指令Tc1とトルク指令Tc2の関係は、サーボモータの速度制御における実特性を求めることによって、一対一の関係で得ることができ、トルク指令あるいは出力トルクをパラメータとして求めることができる。
【0047】
そこで、図7の各トルク指令について、トルク指令Tc1とトルク指令Tc2との関係を求めることによって、図8に示すような、補正前のトルク指令Tc1と補正後のトルク指令Tc2の関係を求めることができる。図8において、補正前のトルク指令Tc1に対して、実線で表される特性曲線で補正後のトルク指令Tc2を求めることによって、補正トルク指令Tc2を求めることができる。
この補正前のトルク指令Tc1と補正後のトルク指令Tc2の関係は、関数の形態とすることも、テーブルデータの形態とすることもできる。
【0048】
テーブルデータの形態とする場合には、トルク指令Tc1をパラメータとしてトルク指令Tc2を記憶内容とするメモリを読み出すことによって、データの取り出しを行うことができる。
【0049】
次に、トルク定数の変化がトルク及び速度に依存する場合について説明する。前記で説明したトルク指令と実電流振幅値、及びトルク指令と出力トルクとの関係は、図11に示すように速度に依存する場合がある。なお、図11はトルク指令と出力トルクの関係について示している。
【0050】
トルク定数を変化させるパラメータとしてトルク及び速度がある場合には、図9に示すトルク補正回路2は、前記図2に示したトルク補正回路2とほぼ同様であり、トルク指令−出力トルク関係データ部22には、トルク指令Tc1と速度をパラメータとして入力し、このトルク指令Tc1と速度に対応したトルク指令−出力トルク関係データを用いて、補正トルク指令をTc2を出力する。ここでは、トルク補正回路2の詳細な説明は省略する。
【0051】
図10のフローチャートは、トルク及び速度に依存する場合の動作を説明するものである。なお、図10のフローチャートは速度ループについてのみ示している。
【0052】
図10において、速度検出器等から帰還速度を得て、速度フィードバックを取り込んで(ステップS11)、速度指令を求め(ステップS12)、トルク指令を求める。ここで、求めたトルク指令をTc1とする(ステップS13)。
【0053】
次に、速度フィードバックとトルク指令Tc1をパラメータとして、トルク指令−出力トルク関係データを読み出し(ステップS14)、速度及びトルク指令Tc1に対するトルク補正値を求める(ステップS15)。
【0054】
求めたトルク補正値を用いて、補正トルク指令Tc2を求め(ステップS16)、電流ループに渡す(ステップS17)。
上記実施の形態によれば、速度やトルク指令等のパラメータに対応する補正トルク指令を、演算を要することなく直接求めることができる。
図12は、実際に動作中の速度ループからのトルク指令(図中の補正前)と、電流ループに渡す補正トルク指令(図中の補正後)の関係を表している。図12において、補正トルク指令がトルク指令より増加した状態を見ることができる。
【0055】
図13は、本発明によって、補正したトルク指令によって、トルク定数を一定に保つ制御を行った場合の加工精度の影響を示す図である。図13(a),(b),(c),(d)は、円弧半径100mm、接線方向の送り速度はそれぞれ30000mm/min,40000mm/min,50000mm/min,及び60000mm/minの条件において、指令に対する誤差を示している。なお、図において、周方向の1目盛りは20μmを表している。
【0056】
図13は、前記図16と比較すると、送り速度が高い場合でも、指令からの誤差を抑制することができることを示している。
本発明によれば、速度制御において、特に大電流時において、サーボモータのトルク定数を一定に保つことができ、トルク定数の低下による速度ループゲインの低下によって生じる形状特性の悪化を防止し、高速(高加速)時においても低速時と同様な形状特性を得ることができる。
【0057】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のサーボモータの制御装置によれば、速度制御において、サーボモータのトルク定数を一定に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のサーボモータの制御装置を説明するための概略ブロック図である。
【図2】本発明の実施の形態を説明するための概略ブロック図である。
【図3】本発明のトルク補正回路の一構成例の概略ブロック図である。
【図4】トルク指令に対する実電流振幅値の概略グラフである。
【図5】本発明のトルク倍率を用いたトルク補正を説明するためのフローチャートである。
【図6】本発明のトルク倍率を示すグラフである。
【図7】トルク指令と出力トルクとの間の関係を表したグラフである。
【図8】本発明の補正前のトルク指令Tc1と補正後のトルク指令Tc2の関係を示すグラフである。
【図9】本発明のトルク補正回路の他の構成例の概略ブロック図である。
【図10】本発明のトルク及び速度に依存する場合の動作を説明するフローチャートである。
【図11】トルク指令と出力トルクの関係を示すグラフである。
【図12】トルク指令と補正トルク指令の関係を示すグラフである。
【図13】本発明による加工精度の影響を示す図である。
【図14】サーボモータの位置ループ制御系の一構成を説明するためのブロック図である。
【図15】サーボモータの速度ループ制御系の一構成を説明するためのブロック図である。
【図16】トルク定数が一定でないことによる、加工精度の影響を示す図である。
【図17】工作機械に使用されるサーボモータの電流値(トルク指令)と出力トルクとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1 速度制御ループ
2 トルク補正回路
3 電流ループ
21 トルク指令本補正段
22 トルク指令−出力トルク関係データ部
23 トルク指令補正手段
24 トルク倍率算出手段
25 パラメータ記憶部
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device for a servomotor used as a drive source for a feed shaft of a machine tool or an industrial machine, an arm of a robot, or the like.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In the control of a servomotor used as a drive source of a feed shaft of a machine tool or an industrial machine, or a robot arm, a speed loop control and a position loop control are conventionally performed.
[0003]
FIGS. 14 and 15 are block diagrams for explaining one configuration of a position loop control system and a speed loop control system of a servomotor.
In the position loop control system of the servo motor shown in FIG. 14, reference numeral 11 denotes a position control unit, and Kp denotes a position loop gain. Reference numeral 12 denotes a speed control unit which is constituted by a speed loop as shown in FIG. Numeral 14 denotes a term for calculating the position by integrating the speed. In the speed loop control system of the servo motor shown in FIG. 15, 15 is an integral term having an integral gain K1, 16 is a proportional term having a proportional gain K2, and 17 is a motor and mechanical system.
[0004]
In the position loop control system of the servomotor, a position detected by a position detector or the like is subtracted from a position command (MCMD) output from a numerical controller (NC) to obtain a position deviation, and a position loop gain Kp is added to the position deviation. To obtain the speed command. In the speed loop control system of the servomotor, the actual speed detected by the speed detector or the like is subtracted from the speed command to obtain a speed deviation, the speed deviation is integrated by the integration term 15 and the integral value is multiplied by the integral gain K1, A torque command (current command) is obtained by subtracting a value obtained by multiplying the actual speed by the proportional gain K2, and the servo motor is driven based on the torque command (and by performing current loop control). I have.
In addition, control of the servomotor only by the speed loop control without performing the position loop control is performed.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
When performing speed control in a servomotor, a conversion constant representing a relationship between a torque command and an actual torque actually output from the motor is generally called a torque constant. When speed control is performed using an AC servomotor, the speed control system is generally configured on the assumption that the torque constant is constant regardless of the speed or current value. Even in the case of the position control, since the speed control is included in the minor loop of the position loop, the speed control system includes not only the speed control but also the position control.
[0006]
However, actually, the torque constant is not always constant, and the torque constant is not constant due to the influence of the current value flowing through the servomotor, the phase correction of the current control circuit, and the like.
[0007]
In particular, at the time of a large current, the magnetic flux from the rotor and the magnetic flux on the stator side overlap on the stator of the servo motor, causing magnetic saturation, and even if the torque command requires a larger torque, the magnetic flux increases further. Therefore, there is a problem that the torque cannot be increased, and the generated torque decreases with respect to the torque command. The decrease in the generated torque at the time of the large current also affects the processing accuracy.
[0008]
FIG. 16 is a diagram showing the effect of machining accuracy due to the non-constant torque constant. FIGS. 16 (a), (b), (c) and (d) show the conditions under the conditions of an arc radius of 100 mm and feed rates in the tangential direction of 30,000 mm / min, 40000 mm / min, 50,000 mm / min, and 60000 mm / min, respectively. This shows the error with respect to the command. In the figure, one scale in the circumferential direction represents 20 μm.
FIG. 16 shows that the error from the command increases as the feed speed increases (the current of the servomotor increases).
[0009]
FIG. 17 is a graph showing a relationship between a current value (torque command) of a servomotor used for a machine tool and an output torque. The servomotor used for the measurement is driven by an amplifier having a maximum current of 130A. As shown in FIG. 17, when the input current is between 0 and 60 A, the current value and the output torque have a linear relationship, and the torque constant is kept constant, but as the current value increases, the input current decreases. On the other hand, the ratio of the output torque has decreased, and the torque constant has decreased.
[0010]
On the other hand, the speed loop gain represents the degree of the actual increase in torque when the torque command is slightly increased in each control time, and is a differential value of the characteristic curve in FIG. Therefore, a decrease in the torque constant means that the effective value of the speed loop gain decreases from the viewpoint of speed control.
[0011]
FIG. 17 shows a characteristic curve obtained by two measurements (triangle mark and diamond mark in the figure) and a straight line when the torque constant is constant.
Therefore, when the torque constant changes, the shape error increases due to a decrease in the servo stiffness with respect to the disturbance torque at the time of a large current, and when the torque command continuously increases from a low current to a large current, it becomes as large as that at the time of the low current. The difference in the response of the speed loop at the time of the current further increases the shape error.
[0012]
As in the past, under the condition that the torque constant is constant, the most effective measure to solve the above problem is to increase the speed loop gain, but since the speed loop gain is set high in a low current region, There is a problem that oscillation occurs beyond the physical oscillation limit.
[0013]
Accordingly, an object of the present invention is to solve the problems of the conventional servo motor control and to provide a servo motor control device capable of maintaining a constant torque constant of the servo motor in speed control.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
FIG. 1 is a schematic block diagram for explaining a servo motor control device according to the present invention. In FIG. 1, a torque correction circuit 2, which is a servo motor control device of the present invention, is interposed between the speed control loop 1 and the current control loop 3 shown in FIGS. Is corrected using the correction torque for the torque command output from the controller, and the obtained correction torque command is passed to the current control loop 3 so that the torque constant is kept constant.
[0015]
In the servo motor control device of the present invention, in the control of the servo motor for performing speed control, a decrease in the torque constant is estimated by a servo control circuit, and a correction torque command that compensates for the decrease in the torque constant is obtained. By controlling the current according to the command, the torque constant viewed from the control loop is equivalently kept constant, thereby keeping the torque constant of the servomotor constant.
[0016]
In the present invention, the control state of the servomotor that causes a change in the torque constant includes a magnetic saturation phenomenon, current phase control, and the like. Is estimated based on a torque command value, an actual current amplitude value, and the like, and a torque constant of the servo motor is kept constant by forming a correction torque for correcting a deviation from a case where the torque constant is constant.
[0017]
A first aspect of a servo motor control device according to the present invention is a control device which controls a servo motor including at least a speed control, wherein a correction torque command which compensates for a decrease in a torque constant according to a control state of the servo motor is provided. It is provided with a torque correcting means for forming and maintaining a constant torque constant in speed control (corresponding to claim 1).
[0018]
In the first embodiment, the correction torque command can be a torque command for obtaining an output torque corresponding to the torque command when the torque constant is constant in the output torque characteristic with respect to the torque command. Correspondence).
[0019]
A second aspect of the servo motor control device according to the present invention is a control device for controlling a servo motor including at least speed control, wherein a correction torque for compensating for a decrease in a torque constant according to a control state of the servo motor. Is superimposed on the torque command to form a correction torque command, and a torque correction means for maintaining a constant torque constant in speed control is provided (corresponding to claim 2).
[0020]
In the second embodiment, the correction torque can be a value using the torque command or the actual current amplitude value as a parameter in the actual current amplitude characteristic with respect to the torque command (corresponding to claim 3). In the actual current amplitude characteristic with respect to the torque command, the torque command or the actual current amplitude value can be converted into the torque command or the actual current amplitude value when the torque constant is constant, and can be set as a magnification of the decrease in the torque constant ( (Corresponding to claim 4).
[0021]
Further, as a holding form of the correction torque, in the actual current amplitude characteristic with respect to the torque command, the torque command and the speed are used as parameters and a function including the parameters is set (corresponding to claim 6). , A torque command and a speed as parameters, and a data table including the parameters (corresponding to claim 7).
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
An embodiment of the present invention will be described with reference to the schematic block diagram of FIG.
The torque correction circuit 2 shown in FIG. 2 includes a torque command correction unit 21 and a torque command-output torque relation data unit 22. This configuration shows each function for the sake of convenience, and it is not always necessary to configure a device corresponding to each configuration in hardware, but it can also be realized by software.
[0023]
The torque command-output torque relation data section 22 can be obtained by actually driving the servomotor and measuring and obtaining the actual output torque with respect to the torque command. This relationship can be obtained in the form of a function or in the form of table data such as a memory.
[0024]
When expressed in the form of a function, a torque command Tc1 or the like before correction is input as a parameter, and data such as a torque correction value for correcting the torque command Tc1 to obtain a corrected torque command Tc2 is input to a torque command correcting unit. 21.
[0025]
In the case of table data, the torque command Tc1 before correction is input as a parameter, and the parameter is used to correct the torque command Tc1 from the memory to obtain the corrected torque command Tc2 from the memory. The data is read and output to the torque command correction means 21.
[0026]
The torque command correction means 21 receives data for performing torque correction from the torque command-output torque relation data unit 22, corrects the torque command Tc1 before correction based on the data, and forms a corrected torque command Tc2. Pass to the current loop.
[0027]
It should be noted that, instead of performing the correction using the torque correction value, a configuration may be employed in which the correction torque command Tc2 is directly output from the torque command-output torque relation data unit 22. In this case, the torque command correction means 21 and the torque command-output torque relation data unit 22 can be configured as one.
[0028]
Next, a configuration example in which a corrected torque command correction Tc2 is output by superimposing a torque correction value on the torque command Tc1 in the form of a function will be described with reference to FIGS.
[0029]
FIG. 3 is a schematic block diagram of a configuration example of the torque correction circuit. In this configuration, a magnification is obtained in order to convert the reduced torque constant into a constant, a torque correction value is obtained using the magnification, and the torque correction value is superimposed on the torque command, and the corrected torque command is obtained. obtain.
[0030]
The torque magnification calculating means 24 is a means for calculating a torque magnification for converting the reduced torque constant into a constant, and has a calculation function obtained in advance, and is used for calculating the torque command Tc1 and the base current. Is input and the calculation function is calculated to calculate the torque magnification.
[0031]
The torque command correction means 23 receives the torque magnification from the torque magnification calculation means 24, calculates a correction torque, and corrects the torque command Tc1 to obtain a correction torque command Tc2.
[0032]
FIG. 4 schematically shows FIG. 17 showing the actual current amplitude value with respect to the torque command, the broken line shows the case where the torque constant is constant, and the solid line shows the characteristics of the actual servomotor.
[0033]
In FIG. 4, when the torque constant is constant, a torque T that intersects the broken line with respect to the torque command Tc1 is obtained. On the other hand, in the torque command region where the torque constant decreases, the torque command Tc1 crosses the solid line with the torque T ′, and the torque command Tc1 cannot reach the initially assumed torque T.
[0034]
The arrow in FIG. 4 indicates that in order to obtain the torque T, the torque T requires a torque command Tc2 crossing the solid line. Here, a coefficient for converting the torque command Tc1 to the torque command Tc2 is f.
[0035]
By multiplying the coefficient f by the torque command Tc1, a torque correction value for obtaining the corrected torque command Tc2 can be obtained. A value obtained by multiplying the coefficient f by the torque command is a torque correction value. Further, a value obtained by adding 1 to the coefficient f is used as a torque magnification, and a torque command is multiplied by the torque magnification to obtain a corrected torque command Tc2.
[0036]
Hereinafter, the torque correction using the torque magnification will be described with reference to the flowchart of FIG. 5 and the graph showing the torque magnification of FIG.
Note that the flowchart of FIG. 5 shows only the speed loop. As shown in FIG. 5, a feedback speed is obtained from a speed detector or the like, speed feedback is taken in (step S1), a speed command is obtained (step S2), and a torque command is obtained. The torque command obtained here is set to Tc1 (step S3).
[0037]
The torque magnification in FIG. 6 can be obtained by calculating the decrease in the torque constant with respect to the torque command in FIG. 4 and obtaining the magnification required to obtain a torque at which the torque constant is constant for each torque command. it can.
[0038]
The correction ratio shown in FIG. 6 represents this torque magnification. The correction ratio characteristic in FIG. 6 is an example in which the error in FIG.
Torque magnification = 1 + k × (| torque command Tc1 | -torque base Ib) 2
An example of approximation is shown.
[0039]
For example, in FIG. 6, when the current is 100 A, the correction ratio is about 1.07, and the correction torque command can be obtained by multiplying the torque command by the torque magnification of 1.07.
[0040]
Here, as shown in FIG. 6, the torque base indicates a limit current value at which the correction ratio deviates from 1. In the case of a torque command smaller than this torque base, the torque constant is constant, and in the case of a torque command larger than this torque base, the torque constant is kept constant by performing torque correction according to the correction ratio. Can be. In the example of FIG. 6, the torque base is about 35A.
[0041]
Therefore, in step S4, the absolute value of the torque command Tc1 is compared with the torque base Ib. If the absolute value of the torque command Tc1 is equal to or less than the torque base Ib, no torque correction is required. The corrected torque command Tc2 is set as a torque command Tc1 (step S8), and the corrected torque command Tc2 is passed to a current loop (step S7).
[0042]
On the other hand, in step S4, if the absolute value of the torque command Tc1 is larger than the torque base Ib, torque correction is required. Therefore, by performing the processing in steps S5 and S6, the torque is corrected to obtain the corrected torque command Tc2. The corrected torque command Tc2 is passed to the current loop (step S7).
[0043]
In steps S5 and S6, a coefficient f for obtaining a torque correction value is obtained by calculation of k × (| torque command Tc1 | -torque base Ib) 2 , and 1 is added to this coefficient f to obtain a torque command (1 + f). The corrected torque command Tc2 is obtained by multiplying Tc1.
[0044]
Therefore, a corrected torque command can be obtained by calculating (torque command) × (torque magnification) for the torque command calculated in the speed loop.
The correction torque can be obtained by (torque command) × (torque magnification−1).
Next, a case where a correction torque command is obtained by using a relationship between the torque command and the output torque will be described.
[0045]
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the torque command and the output torque, which can be obtained by measuring the output torque while changing the torque command in the speed control of the servo motor. In FIG. 7, the broken line shows the case where the torque constant is constant, and the solid line shows the actual characteristics in the speed control of the servomotor.
[0046]
In FIG. 7, the torque obtained by the torque command Tc1 when the torque constant is constant can be obtained by instructing the torque command Tc2 in an actual servomotor. The relationship between the torque command Tc1 and the torque command Tc2 can be obtained in a one-to-one relationship by obtaining actual characteristics in the speed control of the servomotor, and the torque command or the output torque can be obtained as a parameter.
[0047]
Therefore, the relationship between the torque command Tc1 before correction and the torque command Tc2 after correction as shown in FIG. 8 is obtained by obtaining the relationship between the torque command Tc1 and the torque command Tc2 for each torque command in FIG. Can be. In FIG. 8, a corrected torque command Tc2 can be obtained by obtaining a corrected torque command Tc2 using a characteristic curve represented by a solid line with respect to the torque command Tc1 before correction.
The relationship between the torque command Tc1 before correction and the torque command Tc2 after correction can be in the form of a function or in the form of table data.
[0048]
In the case of table data, data can be extracted by reading out a memory that stores the torque command Tc2 using the torque command Tc1 as a parameter.
[0049]
Next, a case where the change in the torque constant depends on the torque and the speed will be described. The relationship between the torque command and the actual current amplitude value described above and the relationship between the torque command and the output torque may depend on the speed as shown in FIG. FIG. 11 shows the relationship between the torque command and the output torque.
[0050]
When there are torque and speed as parameters for changing the torque constant, the torque correction circuit 2 shown in FIG. 9 is almost the same as the torque correction circuit 2 shown in FIG. A torque command Tc1 and speed are input to the parameter 22 and a corrected torque command Tc2 is output using the torque command Tc1 and torque command-output torque relation data corresponding to the speed. Here, the detailed description of the torque correction circuit 2 is omitted.
[0051]
The flowchart of FIG. 10 explains the operation in the case where it depends on the torque and the speed. Note that the flowchart of FIG. 10 shows only the speed loop.
[0052]
In FIG. 10, a feedback speed is obtained from a speed detector or the like, speed feedback is taken in (step S11), a speed command is obtained (step S12), and a torque command is obtained. Here, the obtained torque command is set to Tc1 (step S13).
[0053]
Next, using the speed feedback and the torque command Tc1 as parameters, torque command-output torque relation data is read (step S14), and a torque correction value for the speed and the torque command Tc1 is obtained (step S15).
[0054]
Using the obtained torque correction value, a correction torque command Tc2 is obtained (step S16) and passed to the current loop (step S17).
According to the above-described embodiment, a corrected torque command corresponding to a parameter such as a speed or a torque command can be directly obtained without requiring calculation.
FIG. 12 shows the relationship between a torque command (before correction in the figure) from a speed loop that is actually operating and a corrected torque command (after correction in the figure) to be passed to the current loop. In FIG. 12, it can be seen that the corrected torque command has increased from the torque command.
[0055]
FIG. 13 is a diagram illustrating the effect of machining accuracy when control is performed to maintain a constant torque constant according to a corrected torque command according to the present invention. FIGS. 13 (a), (b), (c) and (d) show the conditions under the conditions of an arc radius of 100 mm and feed rates in the tangential direction of 30000 mm / min, 40000 mm / min, 50,000 mm / min and 60000 mm / min, respectively. This shows the error with respect to the command. In the figure, one scale in the circumferential direction represents 20 μm.
[0056]
FIG. 13 shows that an error from the command can be suppressed even when the feed speed is high, as compared with FIG.
According to the present invention, it is possible to keep the torque constant of the servo motor constant in speed control, particularly at a large current, to prevent the deterioration of the shape characteristics caused by the decrease in the speed loop gain due to the decrease in the torque constant, and to reduce the speed. At the time of (high acceleration), the same shape characteristics as at the time of low speed can be obtained.
[0057]
【The invention's effect】
As described above, according to the servo motor control device of the present invention, the torque constant of the servo motor can be kept constant in speed control.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic block diagram for explaining a servo motor control device of the present invention.
FIG. 2 is a schematic block diagram for describing an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic block diagram of a configuration example of a torque correction circuit according to the present invention.
FIG. 4 is a schematic graph of an actual current amplitude value with respect to a torque command.
FIG. 5 is a flowchart for explaining torque correction using the torque magnification of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing a torque magnification of the present invention.
FIG. 7 is a graph showing a relationship between a torque command and an output torque.
FIG. 8 is a graph showing a relationship between a torque command Tc1 before correction and a torque command Tc2 after correction according to the present invention.
FIG. 9 is a schematic block diagram of another configuration example of the torque correction circuit of the present invention.
FIG. 10 is a flowchart illustrating an operation of the present invention depending on torque and speed.
FIG. 11 is a graph showing a relationship between a torque command and an output torque.
FIG. 12 is a graph showing a relationship between a torque command and a correction torque command.
FIG. 13 is a diagram showing the effect of processing accuracy according to the present invention.
FIG. 14 is a block diagram illustrating one configuration of a position loop control system of the servomotor.
FIG. 15 is a block diagram for explaining one configuration of a speed loop control system of the servo motor.
FIG. 16 is a diagram showing the effect of machining accuracy due to non-constant torque constants.
FIG. 17 is a graph showing a relationship between a current value (torque command) and an output torque of a servomotor used in a machine tool.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 speed control loop 2 torque correction circuit 3 current loop 21 torque command main correction stage 22 torque command-output torque relation data section 23 torque command correction means 24 torque magnification calculation means 25 parameter storage section

Claims (7)

  1. 少なくとも速度制御を含むサーボモータの制御を行う制御装置において、
    サーボモータの制御状態に応じたトルク定数の低下分を補償した補正トルク指令をトルク指令に基づいて形成し、速度制御におけるトルク定数を一定に保持するトルク補正手段を備える、サーボモータの制御装置。
    In a control device that controls a servo motor including at least speed control,
    A servomotor control device, comprising: a torque correction unit that forms a correction torque command that compensates for a decrease in a torque constant according to a control state of a servomotor based on the torque command, and that maintains a constant torque constant in speed control.
  2. 少なくとも速度制御を含むサーボモータの制御を行う制御装置において、
    サーボモータの制御状態に応じたトルク定数の低下分を補償する補正トルクをトルク指令に基づいて形成し、当該補正トルクをトルク指令に重畳して補正トルク指令を形成し、速度制御におけるトルク定数を一定に保持するトルク補正手段を備える、サーボモータの制御装置。
    In a control device that controls a servo motor including at least speed control,
    A correction torque for compensating for a decrease in the torque constant according to the control state of the servomotor is formed based on the torque command, and the correction torque is superimposed on the torque command to form a correction torque command. A control device for a servomotor, comprising a torque correction means for keeping the torque constant.
  3. 前記補正トルクは、トルク指令に対する実電流振幅特性において、トルク指令又は実電流振幅値をパラメータとする値である、請求項2記載のサーボモータの制御装置。3. The servomotor control device according to claim 2, wherein the correction torque is a value using a torque command or an actual current amplitude value as a parameter in an actual current amplitude characteristic with respect to a torque command.
  4. 前記補正トルクは、トルク指令に対する実電流振幅特性において、トルク指令又は実電流振幅値を、トルク定数が一定の場合のトルク指令又は実電流振幅値に変換する、トルク定数の低下分の倍率である、請求項3記載のサーボモータの制御装置。The correction torque is a magnification of a decrease in the torque constant, which converts the torque command or the actual current amplitude value into the torque command or the actual current amplitude value when the torque constant is constant in the actual current amplitude characteristic with respect to the torque command. A control device for a servo motor according to claim 3.
  5. 前記補正トルク指令は、トルク指令に対する出力トルク特性において、トルク定数が一定の場合のトルク指令に対する出力トルクを得るためのトルク指令である、請求項1記載のサーボモータの制御装置。2. The servo motor control device according to claim 1, wherein the correction torque command is a torque command for obtaining an output torque corresponding to the torque command when the torque constant is constant in an output torque characteristic with respect to the torque command.
  6. 前記補正トルクは、トルク指令に対する実電流振幅特性において、トルク指令及び速度をパラメータとし、該パラメータを含む関数として備える、請求項3記載のサーボモータの制御装置。4. The servomotor control device according to claim 3, wherein the correction torque includes a torque command and a speed as parameters in an actual current amplitude characteristic with respect to the torque command, and is provided as a function including the parameters.
  7. 前記補正トルクは、トルク指令に対する実電流振幅特性において、トルク指令及び速度をパラメータとし、該パラメータを含むデータテーブルとして備える、請求項3記載のサーボモータの制御装置。4. The servomotor control device according to claim 3, wherein the correction torque includes a torque command and a speed as parameters in an actual current amplitude characteristic with respect to the torque command, and is provided as a data table including the parameters.
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