JP5084196B2 - Electric motor control apparatus and electric motor control method - Google Patents
Electric motor control apparatus and electric motor control method Download PDFInfo
- Publication number
- JP5084196B2 JP5084196B2 JP2006216899A JP2006216899A JP5084196B2 JP 5084196 B2 JP5084196 B2 JP 5084196B2 JP 2006216899 A JP2006216899 A JP 2006216899A JP 2006216899 A JP2006216899 A JP 2006216899A JP 5084196 B2 JP5084196 B2 JP 5084196B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- signal
- gain
- electric motor
- load machine
- acceleration
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Control Of Position Or Direction (AREA)
- Control Of Electric Motors In General (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
Description
この発明は、工作機械におけるテーブルや産業用ロボットのアームのような負荷機械を駆動する電動機を制御する電動機制御装置および電動機制御方法に関するものである。 The present invention relates to an electric motor control apparatus and an electric motor control method for controlling an electric motor that drives a load machine such as a table in a machine tool or an arm of an industrial robot.
従来の電動機制御装置は、電動機の速度信号または位置信号を基に生成されるトルク指令信号により、負荷機械を駆動する電動機のトルクがトルク指令信号に一致するように制御するが、制御対象の剛性が低い場合には、外乱抑制力の向上と制御対象の振動抑制を同時に実現することが困難であった。
そこで、電動機の速度信号または位置信号を基に生成されるトルク指令信号から負荷機械の加速度信号を比例倍した信号を減算することにより、負荷機械の加速度信号に含まれる負荷機械の振動をトルク指令信号に反映して負荷機械の振動を抑制する電動機制御装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
また、電動機の速度信号または位置信号を基に生成されるトルク指令信号から負荷機械の加速度信号を比例積分した信号を減算する電動機制御装置が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
The conventional motor control device performs control so that the torque of the motor driving the load machine matches the torque command signal based on the torque command signal generated based on the speed signal or position signal of the motor. When is low, it has been difficult to simultaneously improve the disturbance suppression force and suppress the vibration of the controlled object.
Therefore, by subtracting a signal obtained by proportionally multiplying the acceleration signal of the load machine from the torque command signal generated based on the speed signal or position signal of the motor, the torque of the load machine included in the acceleration signal of the load machine is torque-commanded. There has been proposed an electric motor control device that reflects the signal and suppresses vibration of the load machine (see, for example, Patent Document 1).
There has also been proposed an electric motor control device that subtracts a signal obtained by proportionally integrating an acceleration signal of a load machine from a torque command signal generated based on a speed signal or a position signal of the electric motor (see, for example, Patent Document 2).
しかし、速度比例ゲインKVPがある値に固定されていれば、加速度フィードバックゲインKaを大きくすることで負荷機械の振動を抑制することが可能であるが、振動抑制に適切な加速度フィードバックゲインKaの大きさが速度比例ゲインKVPによって異なるため、外乱抑制効果を向上させるために速度比例ゲインKVPを調整する度に加速度フィードバックゲインKaを調整し直す必要があり、調整作業が煩雑となる問題がある。 However, if it is fixed to a certain value the speed proportional gain K VP, acceleration feedback gain K is a by the increase it is possible to suppress vibration of the load machine, appropriate acceleration feedback gain K to the vibration suppression since the magnitude of a different depending on the speed proportional gain K VP, must readjust the acceleration feedback gain K a every time adjust the speed proportional gain K VP in order to improve the disturbance suppression effect, adjustment work is troublesome There is a problem.
また、負荷機械の振動を抑制するためには加速度フィードバックゲインKaを大きくする必要があるが、負荷機械の加速度信号を比例倍した信号を速度制御回路が出力するトルク指令信号に加算しているので、振動抑制を目的とした加速度フィードバックゲインKaの効果と、外乱抑制を目的とした速度積分ゲインKViと位置比例ゲインKPの効果とが干渉を起こして振動的となり、十分な振動抑制効果と外乱抑制効果を同時に得ることができないという問題がある。 Further, in order to suppress the vibration of the load machine it is necessary to increase the acceleration feedback gain K a, a signal proportional multiplying the acceleration signal of the load machine speed control circuit is added to the torque command signal to be output since the effect of the acceleration feedback gain K a for the purpose of vibration suppression, becomes oscillatory and the effect of the speed integration gain K Vi and the position proportional gain K P for the purpose to cause interference disturbance suppression, sufficient vibration suppression There is a problem that the effect and the disturbance suppressing effect cannot be obtained at the same time.
この発明の目的は、簡便な調整により、外乱抑制力の向上と負荷機械の振動抑制とを同時に実現する電動機制御装置および電動機制御方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide an electric motor control device and an electric motor control method that can simultaneously realize improvement of disturbance suppression force and vibration suppression of a load machine by simple adjustment.
この発明に係わる電動機制御装置は、電動機の位置を検出する位置検出手段および入力される負荷機械または負荷機械を駆動する上記電動機の位置に対する位置参照信号と上記電動機の位置信号との偏差が小さくなるように上記電動機を制御するためのトルク指令信号を出力する位置制御手段を有する電動機制御装置において、上記負荷機械の加速度を検出する加速度検出手段と、上記電動機の位置信号に比例演算を施した信号と上記加速度検出手段から出力される加速度信号に比例積分演算を施した信号とを加算した補正変数に1つの調整ゲインを乗じることと同等な演算を行うことにより上記トルク指令信号を補正し、上記負荷機械または上記電動機の振動を抑制する補正信号を出力する振動抑制手段と、を有する。
また、本発明に係わる電動機制御方法は、電動機の位置を検出する位置検出ステップと、入力される負荷機械または負荷機械を駆動する上記電動機の位置に対する位置参照信号と上記電動機の位置信号との偏差が小さくなるように上記電動機を制御するためのトルク指令信号を生成する位置制御ステップとを有する電動機制御方法において、上記負荷機械の加速度を検出する加速度検出ステップと、上記位置検出ステップで検出された上記電動機の位置信号に比例演算を施した信号と、上記加速度検出ステップで検出された加速度信号に比例積分演算を施した信号とを加算した補正変数を生成する補正変数生成ステップと、上記補正変数生成ステップで生成された上記補正変数に1つの調整ゲインを乗じることと同等な演算を行うことにより、上記位置制御ステップで生成された上記トルク指令信号を補正し、上記負荷機械または上記電動機の振動を抑制する補正信号を生成する振動抑制ステップとをさらに有する。
In the motor control apparatus according to the present invention, the deviation between the position reference means for detecting the position of the motor and the input load machine or the position reference signal for the position of the motor driving the load machine and the position signal of the motor is reduced. In the motor control device having the position control means for outputting the torque command signal for controlling the motor as described above, the acceleration detection means for detecting the acceleration of the load machine, and a signal obtained by performing a proportional operation on the position signal of the motor And correcting the torque command signal by performing an operation equivalent to multiplying a correction variable obtained by adding a signal obtained by performing a proportional-integral operation to the acceleration signal output from the acceleration detecting means by one adjustment gain , Vibration suppression means for outputting a correction signal for suppressing vibration of the load machine or the electric motor.
The motor control method according to the present invention includes a position detection step for detecting the position of the motor, and a deviation between the input load machine or the position reference signal for the position of the motor driving the load machine and the position signal of the motor. And a position control step for generating a torque command signal for controlling the motor so as to decrease the acceleration, the acceleration detection step for detecting the acceleration of the load machine, and the position detection step. A correction variable generating step for generating a correction variable by adding a signal obtained by performing a proportional operation on the position signal of the motor and a signal obtained by performing a proportional integration operation on the acceleration signal detected in the acceleration detection step; and the correction variable By performing an operation equivalent to multiplying the correction variable generated in the generation step by one adjustment gain And correcting the torque command signal generated by said position control step, further comprising a vibration suppression generating a suppressing correction signal the vibration of the load machine or the electric motor.
この発明に係わる電動機制御装置および電動機制御方法の効果は、電動機および負荷機械の外乱抑制のためのゲイン調整とは独立に、1つの調整ゲインを徐々に大きくするだけの簡便な調整で負荷機械の振動抑制ができるので、外乱抑制力の向上と負荷機械の振動抑制とを同時に実現できる。
The effect of the motor control device and the motor control method according to the present invention is that the load machine can be adjusted by simple adjustment by gradually increasing one adjustment gain independently of gain adjustment for suppressing disturbance of the motor and the load machine. Since vibration can be suppressed, it is possible to simultaneously improve the disturbance suppressing force and suppress vibration of the load machine.
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係わる電動機制御装置のブロック図である。図2は、図1で振動抑制回路を詳しく示したブロック図である。図3は、図2で補正変数演算回路を詳しく示したブロック図である。
この発明の実施の形態1に係わる電動機制御装置が制御する制御対象1は、負荷機械2、負荷機械2を駆動する電動機3および電動機3が負荷機械2を駆動するときのトルクτmをトルク指令信号τrに一致するように制御するトルク制御回路4からなる。
そして、この発明の実施の形態1に係わる電動機制御装置は、電動機3の位置の現在値を検出し位置信号xmとして出力する位置検出手段としての位置検出回路5、負荷機械2の加速度の現在値を検出し加速度信号alとして出力する加速度検出手段としての加速度検出回路6、位置制御手段としての位置制御回路7、振動抑制手段としての振動抑制回路8および位置制御回路7からのトルク指令信号τaから補正信号τCを減算する減算手段9を備える。
この位置制御回路7、振動抑制回路8および減算手段9は、CPU、ROM、RAM、インターフェース回路を有するコンピュータから構成され、ROMに制御手順がプログラムとして記憶されている。
Embodiment 1 FIG.
1 is a block diagram of an electric motor control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a block diagram showing the vibration suppression circuit in detail in FIG. FIG. 3 is a block diagram showing the correction variable arithmetic circuit in detail in FIG.
The controlled object 1 controlled by the motor control device according to the first embodiment of the present invention includes a
The motor control apparatus according to the first embodiment of the invention, detecting the current value and the position signal x position detecting circuit as position detecting means for outputting as m 5 position of the
The
位置制御回路7は、入力される負荷機械2または負荷機械2を駆動する電動機3の位置を模擬する位置参照信号xrと電動機3の位置信号xmが入力され、電動機3が負荷機械2を駆動するトルクτmの目標値であるトルク指令信号τaを出力する。
この位置制御回路7では、式(1)に示すように、位置参照信号xrと電動機3の位置信号xmとの位置偏差信号(xr−xm)に対して比例演算・積分演算・微分演算(PID制御)を施して得られるトルク指令信号τaを出力する。ここで、KDは微分演算の微分ゲイン、KPは比例演算の比例ゲイン、KIは積分演算の積分ゲインである。
In this
振動抑制回路8は、電動機3の位置信号xmと負荷機械2の加速度信号alが入力され、位置制御回路7が出力するトルク指令信号τaを補正する補正信号τCを出力する。
この振動抑制回路8は、図2に示すように、電動機3の位置信号xmと負荷機械2のalが入力され、補正変数uCを演算する補正変数演算手段としての補正変数演算手段21、補正変数演算手段21が出力する補正変数uCに調整ゲインαを乗じてえら得られる補正信号τCを出力する乗算手段22を有する。
The
補正変数演算手段21は、図3が示すように、電動機3の位置信号xmが入力され、その位置信号xmに位置制御回路7の積分ゲインKIと同じゲインKIを乗じて得られる第1補正変数uC1を出力する第1ゲイン手段23と、負荷機械2の加速度信号alが入力され、その加速度信号alに所定のゲインKZを乗じて得られる第2補正変数uC2を出力する第2ゲイン手段24と、負荷機械2の加速度信号alが入力され、その加速度信号alを積分する積分手段25と、積分手段25で加速度信号alが積分された信号が入力され、位置制御回路7の比例ゲインKPと同じゲインKPを乗じて得られる第3補正変数uC3を出力する第3ゲイン手段26と、第1補正変数uC1、第2補正変数uC2および第3補正変数uC3を加算して補正変数uCを出力する加算手段27を有する。
As shown in FIG. 3, the correction variable calculation means 21 is obtained by inputting the position signal x m of the
第2ゲイン手段24のゲインKZは、制御対象1の伝達関数Gm(s)の反共振周波数ωZ、位置制御回路7の微分ゲインKDおよび位置制御回路7の積分ゲインKIを用いて式(2)により求められる値である。
そして、振動抑制回路8で行う制御は、電動機3の位置信号xmと負荷機械2の加速度信号alが入力され、補正信号τCが出力されるとすると、式(3)で表される。この式(3)に式(2)で求められるゲインKZを代入すると、補正信号τCは式(4)で表される。
The gain K Z of the second gain means 24 uses the anti-resonance frequency ω Z of the transfer function G m (s) of the controlled object 1, the differential gain K D of the
Then, the control performed by the
減算手段9は、位置制御回路7が出力するトルク指令信号τaと振動抑制回路8が出力する補正信号τCとが入力され、トルク指令信号τaから補正信号τCを減算して得られたトルク指令信号τrを出力する。この減算手段9で行う制御は、式(5)で表される。
The subtraction means 9 receives the torque command signal τ a output from the
次に、この発明の実施の形態に係わる電動機制御装置の作用と効果について説明する。
制御対象1は、機械共振特性を有し、トルク指令信号τrから電動機3の位置信号xmまでの伝達関数が機械共振特性を一つだけ有する二慣性系であるとする。このとき、電動機3のトルクτmから電動機3の位置信号xmまでの伝達関数をGm(s)、電動機3のトルクτmから負荷機械2の加速度信号alまでの伝達関数をGa(s)とすると、Gm(s)およびGa(s)はそれぞれ式(6)と式(7)で表される。
Next, the operation and effect of the motor control device according to the embodiment of the present invention will be described.
It is assumed that the control target 1 is a two-inertia system having a mechanical resonance characteristic and a transfer function from the torque command signal τ r to the position signal x m of the
式(6)と式(7)において、ωZは反共振周波数、ωPは共振周波数、Jは制御対象1の総慣性、Jmは電動機3の慣性、Jlは負荷機械2の慣性である。そして、総慣性Jは、JmとJlの和で求められる。
そして、式(6)より分かるように、伝達関数Gm(s)は反共振周波数ωZに対応する式(8)で求められる反共振零点z0を有する。
In equations (6) and (7), ω Z is the anti-resonance frequency, ω P is the resonance frequency, J is the total inertia of the controlled object 1, J m is the inertia of the
Then, as can be seen from the equation (6), the transfer function G m (s) has anti-resonance zero z 0 obtained by the formula (8) corresponding to the anti-resonance frequency omega Z.
まず、振動抑制回路8における調整ゲインαを0、すなわち位置制御回路7が出力するトルク指令信号τaを振動抑制回路8が出力する補正信号τCにより補正しない従来の電動機制御装置を考える。このとき図1におけるトルク制御回路4に与えられるトルク指令信号τrは位置制御回路7が出力するトルク指令信号τaと等しくなる。
トルク制御回路4の伝達特性を理想的に1、すなわちτm=τrとし、制御対象1の入力端(図1におけるトルク指令信号τrの箇所)で制御ループを開いた開ループ伝達関数をL(s)とすると、L(s)は式(9)で表される。
First, consider a conventional motor control device in which the adjustment gain α in the
The transfer characteristic of the torque control circuit 4 is ideally 1, that is, τ m = τ r, and an open-loop transfer function that opens the control loop at the input end of the control target 1 (the location of the torque command signal τ r in FIG. 1) Assuming L (s), L (s) is expressed by equation (9).
式(9)から分かるように、調整ゲインαが0のとき、開ループ伝達関数L(s)が有する零点は、位置制御回路7の微分ゲインKD、比例ゲインKP、積分ゲインKIによって決まる零点と、式(6)で表される制御対象1の伝達関数Gm(s)が有する反共振零点z0とである。
As can be seen from the equation (9), when the adjustment gain α is 0, the zero point of the open loop transfer function L (s) is determined by the differential gain K D , the proportional gain K P , and the integral gain K I of the
次に、振動抑制回路8における調整ゲインαを0を超える値、すなわちこの発明の実施の形態における開ループ伝達関数L(s)を考える。
式(4)に式(6)で表される電動機3の位置信号xmおよび式(7)で表される負荷機械2の加速度信号alを代入すると、補正信号τCは電動機3のトルクτmを用いて式(10)で表される。
Next, consider a value that exceeds the adjustment gain α in the
When the position signal x m of the
式(10)を整理すると、電動機3のトルクτmから振動抑制回路8が出力する補正信号τCまでの伝達関数は式(11)で表される。
To summarize Equation (10), the transfer function from the torque τ m of the
図1においてトルク制御回路4の伝達特性を理想的に1とし、制御対象1の入力端で制御ループを開いた開ループ伝達関数をL(s)とすると、L(s)は式(12)で表される。 In FIG. 1, assuming that the transfer characteristic of the torque control circuit 4 is ideally 1 and the open loop transfer function with the control loop opened at the input end of the controlled object 1 is L (s), L (s) is expressed by the following equation (12). It is represented by
式(12)より分かるように、開ループ伝達関数L(s)は、位置制御回路7の微分ゲインKD、比例ゲインKP、積分ゲインKIによって決まる零点と、調整ゲインαによって変化する反共振零点zとを有する。式(12)における反共振零点zは式(13)で表される。
As can be seen from the equation (12), the open-loop transfer function L (s) is an inverse that varies depending on the zero point determined by the differential gain K D , the proportional gain K P , and the integral gain K I of the
式(13)において、ζZは反共振零点zでの減衰係数を意味し、式(14)で表される。 In the equation (13), ζ Z means a damping coefficient at the antiresonance zero point z and is represented by the equation (14).
従って、調整ゲインαを変更することにより、開ループ伝達関数L(s)における零点は、式(8)で示す反共振零点z0から式(13)で示す反共振零点zへと変化する。
一般的に、外乱抑制力を向上させるためには開ループ伝達関数のループゲインを大きくする必要があるが、開ループ伝達関数のループゲインを大きくすると、制御系全体の閉ループ極は開ループ伝達関数の零点に漸近し、閉ループ極の減衰係数は開ループ零点の減衰係数に漸近することが知られている。
閉ループ極の減衰係数は、閉ループ極応答の振動が減衰する割合を表す代表的な指標であり、閉ループ極の減衰係数が小さくなるほど閉ループ応答の振動は大きくなり、逆に閉ループ極の減衰係数が大きくなるほど閉ループ応答の振動は速やかに減衰することになる。
Therefore, by changing the adjustment gain α, the zero point in the open-loop transfer function L (s) changes from the antiresonance zero point z 0 shown in the equation (8) to the antiresonance zero point z shown in the equation (13).
Generally, in order to improve disturbance suppression, it is necessary to increase the loop gain of the open loop transfer function. However, if the loop gain of the open loop transfer function is increased, the closed loop pole of the entire control system becomes the open loop transfer function. It is known that the attenuation coefficient of the closed-loop pole asymptotically approaches the attenuation coefficient of the open-loop zero.
The attenuation coefficient of the closed-loop pole is a representative index that indicates the rate of attenuation of the vibration of the closed-loop pole response.The smaller the attenuation coefficient of the closed-loop pole, the greater the vibration of the closed-loop response, and vice versa. Indeed, the vibration of the closed loop response is quickly attenuated.
式(9)で示したように、調整ゲインαを0としたときの開ループ伝達関数L(s)が有する零点は、位置制御回路7の微分ゲインKD、比例ゲインKP、積分ゲインKIによって決まる零点と、式(6)で示す制御対象1の伝達関数Gm(s)が有する反共振零点z0である。
このうち、微分ゲインKD、比例ゲインKP、積分ゲインKIによって決まる零点は、微分ゲインKD、比例ゲインKP、積分ゲインKIを変更することで任意に変更することができる。
一方、反共振零点z0は、制御対象1の伝達関数Gm(s)が有する零点であり、微分ゲインKD、比例ゲインKP、積分ゲインKIを変更しても変化させることはできない。
式(14)より、調整ゲインαを0としたとき、開ループ伝達関数が有する反共振零点z0での減衰係数ζZは0となる。よって、開ループ伝達関数のループゲインが大きくなるように位置制御回路7の微分ゲインKD、比例ゲインKP、積分ゲインKIを大きくすると、閉ループ極の減衰係数は非常に小さくなり、制御対象1の応答が振動的となる。
As shown in Expression (9), the zero point of the open loop transfer function L (s) when the adjustment gain α is 0 is the differential gain K D , proportional gain K P , and integral gain K of the
Of these, the derivative gain K D, the proportional gain K P, the zero point determined by the integral gain K I, derivative gain K D, the proportional gain K P, can be arbitrarily changed by changing the integration gain K I.
On the other hand, the anti-resonance zero z 0 is a zero that the transfer function G m (s) of the controlled object 1 has and cannot be changed even if the differential gain K D , proportional gain K P , and integral gain K I are changed. .
From equation (14), when the adjustment gain α is set to 0 , the damping coefficient ζ Z at the anti-resonance zero z 0 of the open loop transfer function is 0. Thus, the differential gain K D of the
一方、調整ゲインαを大きくすると、開ループ伝達関数L(s)が有する反共振零点は調整ゲインαが0のときの反共振零点z0からzへと変化し、式(14)より、反共振零点zの減衰係数ζZを大きくできる。よって、減衰係数ζZが適切な大きさとなるように調整ゲインαを変更すれば、外乱抑制力を向上させるために開ループ伝達関数のループゲインが大きくなるように位置制御回路7の微分ゲインKD、比例ゲインKP、積分ゲインKIを大きくしても閉ループ極の減衰係数が非常に小さくなることはなく、制御対象1を振動させないように調整することができる。従って、制御対象1の振動抑制と外乱抑制力の向上を同時に実現することができる。
On the other hand, when the adjustment gain α is increased, the anti-resonance zero of the open loop transfer function L (s) changes from the anti-resonance zero z 0 when the adjustment gain α is 0 to z. The damping coefficient ζ Z of the resonance zero point z can be increased. Therefore, if the adjustment gain α is changed so that the damping coefficient ζ Z becomes an appropriate magnitude, the differential gain K of the
このように振動抑制回路8から出力される補正信号τCが、電動機3の位置信号xmに対して位置制御回路7の積分ゲインKIを用いた比例演算を施して得られた第1補正信号uC1と負荷機械2の加速度信号alに対して所定のゲインKZを用いた比例演算および位置制御回路7の比例ゲインKPを用いた積分演算を施して得られた第2補正信号uC2と第3補正信号uC3との加算信号uCに対して調整ゲインαを用いて比例演算を施して得られるので、式(14)で示す減衰係数ζZは調整ゲインαによってのみ変化し、位置制御回路7の微分ゲインKD、比例ゲインKP、積分ゲインKIを変化させても減衰係数ζZには影響しない。すなわち、外乱抑制力の向上と振動抑制とのための調整を独立に行うことができる。
Such correction signal tau C outputted from the
なお、調整ゲインαは、式(14)で示す減衰係数ζZが0.5程度の値になるまで徐々に大きくするように設定すれば十分である。
また、実施の形態1では、振動抑制回路8内部の補正変数演算手段21が出力する補正変数uCに調整ゲインαを乗じることで位置制御回路7が出力するトルク指令信号τaを補正する補正信号τCを出力する構成としたが、調整ゲインαを補正変数演算手段21が出力する補正変数uCに乗じる代わりに補正変数演算手段21に入力される電動機3の位置信号xmおよび負荷機械2の加速度信号alに乗じる構成としてもよい。
また、この実施の形態1では、振動抑制回路8において、負荷機械2の加速度信号alからトルク指令信号τrまでの伝達特性に負荷機械2の加速度信号alから所定の周波数成分を除去するフィルタ特性を追加する構成としてもよい。
It is sufficient to set the adjustment gain α so as to gradually increase until the damping coefficient ζ Z shown in the equation (14) reaches a value of about 0.5.
Further, in the first embodiment, the correction for correcting the torque command signal τ a output from the
In the first embodiment, the
例えば、フィルタ特性を所定の周波数以上の成分を除去するローパスフィルタを追加することにより、制御対象1の安定性に悪影響を及ぼす可能性がある、負荷機械2の加速度信号alに含まれる高周波ノイズを除去することができる。
また、フィルタ特性を所定の周波数以下の成分を除去するハイパスフィルタを追加することにより、負荷機械2の加速度信号alに含まれるオフセットに起因した定常誤差を除去することができる。
For example, high-frequency noise included in the acceleration signal al of the
Further, by adding a high-pass filter that removes components having a predetermined frequency or less from the filter characteristics, it is possible to remove a steady-state error due to an offset included in the acceleration signal a 1 of the
また、振動抑制回路8において、負荷機械2の加速度信号alからトルク指令信号τrまでの伝達特性に負荷機械2の加速度信号alから所定の周波数成分を除去するフィルタ特性を追加するとともに、電動機3の位置信号xmからトルク指令信号τrまでの伝達特性に同等の特性を示すフィルタ特性を追加する構成としてもよい。これにより、負荷機械2からトルク指令信号τrまでの伝達特性に追加するフィルタ特性により第1補正信号uC1、第2補正信号uC2および第3補正信号uC3との位相のずれを解消することができる。
Further, in the
実施の形態2.
図4は、この発明の実施の形態2に係わる電動機制御装置のブロック図である。
この発明の実施の形態2に係わる電動機制御装置は、実施の形態1に係わる電動機制御装置と位置制御回路7Bが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
実施の形態2に係わる位置制御回路7Bは、負荷機械2または負荷機械2を駆動する電動機3の位置に対する位置参照信号xrと電動機3の位置信号xmが入力され、速度指令信号vrを出力する位置比例手段31と、電動機3の位置信号xmが入力され、電動機3の速度信号vmを演算する速度演算手段32と、位置比例手段31が出力する速度指令信号vrと速度演算手段32が出力する電動機3の速度信号vmが入力され、トルク指令信号τaを出力する速度比例積分手段33と、を有する。
FIG. 4 is a block diagram of an electric motor control apparatus according to
The electric motor control apparatus according to the second embodiment of the present invention is different from the electric motor control apparatus according to the first embodiment in the
位置比例手段31は、式(15)に示すように、位置偏差信号(xr−xm)に位置比例ゲインkpを乗じて速度指令信号vrを出力する。
速度演算手段32は、式(16)に示すように、電動機3の位置信号xmを微分することにより電動機3の速度信号vmを出力する。
Position proportional means 31, as shown in equation (15), and outputs a velocity command signal v r is multiplied by a position proportional gain k p to the position deviation signal (x r -x m).
The speed calculation means 32 outputs the speed signal v m of the
速度比例積分手段33は、速度指令信号vrと電動機3の速度信号vmが入力され、速度比例ゲインkvと速度積分ゲインωviを用いて式(17)で表される比例積分演算によりトルク指令信号τaを出力する。
そして、式(15)〜式(17)より、電動機3の位置信号xmからトルク指令信号τaまでの伝達関数は式(18)で表される。
The speed proportional integration means 33 receives the speed command signal v r and the speed signal v m of the
Then, equation (15) to equation (17), the transfer function from the position signal x m of the
式(18)を式(1)と比較し、式(19)、式(20)、式(21)に示す関係式を満足するよう位置比例ゲインkp、速度比例ゲインkv、速度積分ゲインωviを設定することにより、実施の形態2に係わる位置制御回路7Bは電動機3の位置信号xmに対して比例積分微分演算を施しているのと同等の演算を行うことができる。
The equation (18) is compared with the equation (1), and the position proportional gain k p , velocity proportional gain k v , velocity integral gain are satisfied so as to satisfy the relational expressions shown in the equations (19), (20), and (21). By setting ω vi , the
このように実施の形態2に係わる位置制御回路7Bの出力するトルク指令信号τaを、実施の形態1に係わる振動抑制回路8が出力する補正信号τCで補正することにより、実施の形態1と同様に調整ゲインαを0より大きくすることによりトルク指令信号τrの箇所で制御ループを開いたときの開ループ伝達関数における反共振減衰を大きくすることで、制御対象の振動を抑制することが可能となる。
As described above, the torque command signal τ a output from the
実施の形態3.
図5は、この発明の実施の形態3に係わる電動機制御装置のブロック図である。
この発明の実施の形態3に係わる電動機制御装置は、実施の形態1に係わる電動機制御装置と振動抑制回路8Bが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
この実施の形態3に係わる振動抑制回路8Bは、実施の形態1に係わる振動抑制回路8と補正変数演算手段21Bが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
この実施の形態3に係わる補正変数演算手段21Bは、電動機3の位置信号xmと負荷機械2の加速度信号alが入力され、電動機3の位置信号xmから負荷機械2の加速度信号alに1/ωZ −2を乗じた信号を減算した信号に位置制御回路7の積分ゲインKIと同じゲインKIの比例演算を施して得られた信号uC1’と、負荷機械2の加速度信号alに位置制御回路7の微分ゲインKDと同じゲインKDの比例演算を施して得られた信号uC2’と、負荷機械2の加速度信号alに位置制御回路7の比例ゲインKPと同じゲインKPの積分演算を施して得られた信号uC3’を加算して補正変数uCを出力する。
FIG. 5 is a block diagram of an electric motor control apparatus according to
The motor control device according to the third embodiment of the present invention is different from the motor control device according to the first embodiment except for the
The
Correcting variable computing means 21B according to the third embodiment, the acceleration signal a l of the position signal x m and the
このように実施の形態3に係わる補正変数演算回路21Bは、電動機3の位置信号xmに対して位置制御回路7の積分ゲインKIと同じゲインで比例演算を施した信号と、負荷機械2の加速度信号alに対して位置制御手段の比例ゲインKPと同じゲインで積分演算を施した信号と、負荷機械2の加速度信号alに対して所定のゲインKZで比例演算を施した信号とを加算することにより補正変数uCを出力することと同等な演算を行っていることになる。よって、振動抑制回路8Bが出力する補正信号τCは、式(4)と同じくなり、実施の形態1と同様に調整ゲインαを0より大きくすることによりトルク指令信号τrの箇所で制御ループを開いたときの開ループ伝達関数における反共振減衰を大きくすることで、制御対象の振動を抑制することが可能となる。
Correction variable calculation circuit 21B according to
実施の形態4.
図6は、この発明の実施の形態4に係わる電動機制御装置のブロック図ある。
この発明の実施の形態4に係わる電動機制御装置は、実施の形態1に係わる電動機制御装置と位置制御回路7Cおよび振動抑制回路8Cが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 6 is a block diagram of an electric motor control apparatus according to Embodiment 4 of the present invention.
The motor control device according to the fourth embodiment of the present invention is different from the motor control device according to the first embodiment in the position control circuit 7C and the
実施の形態4に係わる位置制御回路7Cは、負荷機械2または負荷機械2を駆動する電動機3の位置に対する位置参照信号xr、電動機3の位置信号xmおよび振動抑制回路8Cが出力する第2補正信号τC2が入力され、トルク指令信号τa’を出力し、位置参照信号xrと電動機3の位置信号xmとの偏差信号に対し、所定の比例ゲインKPの比例演算と所定の微分ゲインKDの微分演算を施す比例微分手段41と、位置偏差(xr−xm)に所定の積分ゲインKIを乗じた信号を出力するゲイン手段42と、ゲイン手段42が出力する信号から振動抑制回路8Cが出力する第2補正信号τC2を減じた信号を積分する積分手段43と、を有する。すなわち、実施の形態4に係わる位置制御回路7Cは式(22)に示す演算を行う。
The position control circuit 7C according to the fourth embodiment includes the position reference signal x r for the position of the
実施の形態4に係わる振動抑制回路8Cは、電動機3の位置信号xmと負荷機械2の加速度信号alが入力され、位置制御回路7Cが出力するトルク指令信号τa’を補正する第1補正信号τC1と位置制御回路7C内部のゲイン手段42が出力する信号を補正する第2補正信号τC2を出力する。
また、振動抑制回路8Cは、電動機3の位置信号xmに位置制御回路7Cの積分ゲインKIと同じゲインKIを乗じた信号uC1を出力するゲイン手段44と、負荷機械2の加速度信号alに所定のゲインKZを乗じた信号uC2を出力するゲイン手段45と、負荷機械2の加速度信号alに位置制御回路7Cの位置比例ゲインKPと同じゲインKPを乗じた信号uC2”を出力するゲイン手段46と、ゲイン手段44が出力する信号uC1からゲイン手段45が出力する信号uC2を加算した信号uC1”に調整ゲインαを乗じるゲイン手段47と、ゲイン手段46が出力する信号uC2”に調整ゲインαを乗じるゲイン手段48と、を有する。すなわち、振動抑制回路8Cは、入力される電動機3の位置信号xmと負荷機械2の加速度信号alに対し、式(23)および式(24)に示す演算を行う。そして、図6より、トルク制御回路4に入力されるトルク指令信号τrは、式(25)である。この式(25)に式(22)を代入すると、トルク指令信号τrは式(26)となる。
The vibration suppression circuit according to the
The
さらに、式(26)に式(23)、式(24)を代入して整理すると、トルク指令信号τrは式(27)のように表される。式(27)の第1項は、式(1)と等しく、第2項は式(4)と等しくなる。 Further, when the formulas (23) and (24) are substituted into the formula (26) and rearranged, the torque command signal τ r is expressed as the formula (27). The first term of equation (27) is equal to equation (1), and the second term is equal to equation (4).
このような実施の形態4において、振動抑制回路8Cに入力される電動機3の位置信号xmからトルク指令信号τrまでの伝達特性と、負荷機械2の加速度信号alからトルク指令信号τrまでの伝達特性は、それぞれ式(4)、式(5)で表される伝達特性と同じくなり、電動機3の位置信号xmに対して位置制御手段の積分ゲインKIと同じゲインで比例演算を施した信号と、負荷機械2の加速度信号alに対して位置制御手段の比例ゲインKPと同じゲインで積分演算を施した信号と、負荷機械2の加速度信号alに対して所定のゲインKZで比例演算を施した信号を加算することにより補正変数uCを演算し、演算された補正変数uCに対して調整ゲインαを乗じることにより得られる補正信号τCを演算し、補正信号τCにより位置制御回路7が出力するトルク指令信号τaを補正することと同等な演算を行っていることになる。よって、実施の形態1と同様に調整ゲインαを0より大きくすることによりトルク指令信号τrの箇所で制御ループを開いたときの開ループ伝達関数における反共振減衰を大きくすることで、制御対象の振動を抑制することが可能となる。
In the fourth embodiment, the transmission characteristic from the position signal x m of the
1 制御対象、2 負荷機械、3 電動機、4 トルク制御回路、5 位置検出回路、6 加速度検出回路、7、7B、7C 位置制御回路、8、8B、8C 振動抑制回路、9 減算手段、21、21B 補正変数演算手段、22 乗算手段、23、24、26、42、44、45、46、47、48 ゲイン手段、25、43 積分手段、27 加算手段、31 位置比例手段、32 速度演算手段、33 速度比例積分手段、41 比例微分手段。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Control object, 2 Load machine, 3 Electric motor, 4 Torque control circuit, 5 Position detection circuit, 6 Acceleration detection circuit, 7, 7B, 7C Position control circuit, 8, 8B, 8C Vibration suppression circuit, 9 Subtraction means, 21, 21B correction variable calculation means, 22 multiplication means, 23, 24, 26, 42, 44, 45, 46, 47, 48 gain means, 25, 43 integration means, 27 addition means, 31 position proportional means, 32 speed calculation means, 33 Speed proportional integration means, 41 Proportional differentiation means.
Claims (4)
上記負荷機械の加速度を検出する加速度検出手段と、
上記電動機の位置信号に比例演算を施した信号と上記加速度検出手段から出力される加速度信号に比例積分演算を施した信号とを加算した補正変数に1つの調整ゲインを乗じることと同等な演算を行うことにより上記トルク指令信号を補正し、上記負荷機械または上記電動機の振動を抑制する補正信号を出力する振動抑制手段と、
を有することを特徴とする電動機制御装置。 Position detecting means for detecting the position of the motor and input load machine or for controlling the motor so that a deviation between a position reference signal for the position of the motor driving the load machine and a position signal of the motor is small. In the motor control device having position control means for outputting a torque command signal,
Acceleration detecting means for detecting the acceleration of the load machine;
An operation equivalent to multiplying a correction variable obtained by adding a signal obtained by performing a proportional operation on the position signal of the motor and a signal obtained by performing a proportional integration operation on the acceleration signal output from the acceleration detecting means by one adjustment gain. Vibration suppressing means for correcting the torque command signal by performing and outputting a correction signal for suppressing vibration of the load machine or the electric motor;
An electric motor control device comprising:
上記振動抑制手段は、上記電動機の位置信号に対して上記位置制御手段の積分ゲインと同じゲインで比例演算を施した信号と、上記負荷機械の加速度信号に対して上記位置制御手段の比例ゲインと同じゲインで積分演算を施した信号と、上記負荷機械の加速度信号に対して所定のゲインで比例演算を施した信号とを加算することと同等な演算を行うことにより上記補正変数を出力する補正変数演算手段と、上記補正変数に対して上記調整ゲインを乗じることと同等な演算を行うことにより得られる上記補正信号を出力する乗算手段と、を有することを特徴とする請求項1に記載の電動機制御装置。 The position control means inputs a position reference signal for a load machine or a position signal of an electric motor that drives the load machine and a position signal of the electric motor, and at least a proportional calculation of a predetermined proportional gain for the position signal of the electric motor, Output the torque command signal obtained by performing an operation equivalent to performing an integral operation of the integral gain and a differential operation of a predetermined differential gain,
The vibration suppression means includes a signal obtained by performing a proportional operation on the position signal of the electric motor with the same gain as the integral gain of the position control means, and a proportional gain of the position control means with respect to an acceleration signal of the load machine. Correction that outputs the correction variable by performing an operation equivalent to adding a signal that has been integrated with the same gain and a signal that has been proportionally calculated with a predetermined gain to the acceleration signal of the load machine The variable calculation means and a multiplication means for outputting the correction signal obtained by performing a calculation equivalent to multiplying the correction variable by the adjustment gain. Electric motor control device.
入力される負荷機械または負荷機械を駆動する上記電動機の位置に対する位置参照信号と上記電動機の位置信号との偏差が小さくなるように上記電動機を制御するためのトルク指令信号を生成する位置制御ステップと
を有する電動機制御方法において、
上記負荷機械の加速度を検出する加速度検出ステップと、
上記位置検出ステップで検出された上記電動機の位置信号に比例演算を施した信号と、上記加速度検出ステップで検出された加速度信号に比例積分演算を施した信号とを加算した補正変数を生成する補正変数生成ステップと、
上記補正変数生成ステップで生成された上記補正変数に1つの調整ゲインを乗じることと同等な演算を行うことにより、上記位置制御ステップで生成された上記トルク指令信号を補正し、上記負荷機械または上記電動機の振動を抑制する補正信号を生成する振動抑制ステップと
をさらに有することを特徴とする電動機制御方法。 A position detecting step for detecting the position of the electric motor;
A position control step for generating a torque command signal for controlling the electric motor so that a deviation between a position reference signal with respect to the input load machine or the position of the electric motor driving the load machine and the position signal of the electric motor becomes small;
In an electric motor control method having
An acceleration detecting step for detecting the acceleration of the load machine;
Correction that generates a correction variable obtained by adding a signal obtained by performing a proportional operation on the position signal of the motor detected in the position detection step and a signal obtained by performing a proportional integration operation on the acceleration signal detected in the acceleration detection step Variable generation step;
The torque command signal generated in the position control step is corrected by performing an operation equivalent to multiplying the correction variable generated in the correction variable generation step by one adjustment gain, and the load machine or the A vibration suppression step for generating a correction signal for suppressing vibration of the electric motor;
An electric motor control method, further comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006216899A JP5084196B2 (en) | 2006-08-09 | 2006-08-09 | Electric motor control apparatus and electric motor control method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006216899A JP5084196B2 (en) | 2006-08-09 | 2006-08-09 | Electric motor control apparatus and electric motor control method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008043131A JP2008043131A (en) | 2008-02-21 |
JP5084196B2 true JP5084196B2 (en) | 2012-11-28 |
Family
ID=39177525
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006216899A Expired - Fee Related JP5084196B2 (en) | 2006-08-09 | 2006-08-09 | Electric motor control apparatus and electric motor control method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5084196B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015122846A (en) * | 2013-12-20 | 2015-07-02 | Juki株式会社 | Control apparatus for positioning device |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0691482A (en) * | 1992-09-16 | 1994-04-05 | Toyoda Mach Works Ltd | Feed control device |
JP3816725B2 (en) * | 2000-04-21 | 2006-08-30 | 三菱電機株式会社 | Motor control device and correction value measuring method for suppressing torque ripple used in the same |
JP3739749B2 (en) * | 2003-01-07 | 2006-01-25 | ファナック株式会社 | Control device |
JP2005284599A (en) * | 2004-03-29 | 2005-10-13 | Yaskawa Electric Corp | Method for controlling position and position control device |
-
2006
- 2006-08-09 JP JP2006216899A patent/JP5084196B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2008043131A (en) | 2008-02-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4879173B2 (en) | Electric motor control device | |
JP4391218B2 (en) | Servo control device | |
JP5120654B2 (en) | Servo control device | |
JP3739749B2 (en) | Control device | |
JP5899547B2 (en) | Electric motor control device | |
KR100951754B1 (en) | Machine position control device | |
JP4685071B2 (en) | Motor control device and motor control method | |
JP6017595B2 (en) | Motor control device that suppresses vibration | |
JP2005301508A (en) | Control unit | |
JP6604157B2 (en) | Resonance suppression controller in multi-inertia resonance system | |
JP5989694B2 (en) | Control device, control method, and control program | |
JP4658181B2 (en) | Servo control device | |
JP2014007900A (en) | Motor controller | |
JP5441944B2 (en) | Motor control device | |
JP5271853B2 (en) | Feedback control device and feedback control method | |
JP2007060767A (en) | Motor controller equipped with machinical constant identifier | |
JP5084196B2 (en) | Electric motor control apparatus and electric motor control method | |
JP2019008707A (en) | Servo controller, servo control method and system | |
JP3943061B2 (en) | Servo control device | |
JPWO2019138808A1 (en) | Electric motor control device | |
CN113767565B (en) | Motor control system, motor control method, and program | |
JP3856215B2 (en) | Speed control device | |
JP3972155B2 (en) | Motor control device | |
KR20180028846A (en) | Apparatus for controlling servo | |
JP5200648B2 (en) | Motor drive device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20081212 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20111004 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20111128 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120904 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120904 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150914 Year of fee payment: 3 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |