JP5200648B2 - Motor drive device - Google Patents

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本発明は、簡単操作で安定したゲイン調整を可能にするモータ駆動装置に関する。   The present invention relates to a motor drive device that enables stable gain adjustment with simple operation.

最近のサーボシステムにおいては、オートゲインチューニングと呼ばれるパラメータ自動調整機能がほぼ標準装備となっている。このオートチューニング機能には、負荷のイナーシャを推定する機能が必要になる。これは制御系全体の応答性を決定し、安定なゲイン調整を行うにあたっての基準となる、速度制御系の応答周波数が、モータおよび負荷のイナーシャを足した総イナーシャの逆数に比例するためである。   In recent servo systems, an automatic parameter adjustment function called auto gain tuning is almost standard equipment. This auto-tuning function requires a function for estimating the inertia of the load. This is because the response frequency of the speed control system, which determines the response of the entire control system and is the basis for stable gain adjustment, is proportional to the reciprocal of the total inertia including the motor and load inertia. .

一方、ステッピングモータなどと比較したときに、サーボアンプの弱みとなる複雑なゲイン調整を、いかに安定に行えるかが課題となっている。   On the other hand, when compared with a stepping motor or the like, a problem is how to stably perform complicated gain adjustment, which is a weakness of the servo amplifier.

上記の課題を解決する従来技術として、2つから3つの制御パラメ−タを、振動レベルを考慮しながら制御構成から決まる比で設定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)。   As a conventional technique for solving the above-described problem, an electric motor control device has been proposed in which two to three control parameters are set at a ratio determined from a control configuration in consideration of a vibration level (see, for example, Patent Document 1). ).

また、最小二乗法で求めた制御対象パラメータに基づき、制御パラメータを決定するものが提案されている(例えば、特許文献2参照)。
特開2003−189653号公報 特開平6−28006号公報
Moreover, what determines a control parameter based on the control object parameter calculated | required with the least squares method is proposed (for example, refer patent document 2).
JP 2003-189653 A JP-A-6-28006

上述した特許文献1は、総イナーシャを補償するものとして、トルク指令計算時にイナーシャ補償ゲインとされる値が乗じてあるが、イナーシャが変動した場合に、この補償ゲインがどうなるかは明記されておらず、速度制御系の応答周波数が変化した場合に、固定の比で設定される速度積分時定数や位置比例ゲインに対して不安定化する可能性がある。   In Patent Document 1 described above, a value that is used as an inertia compensation gain at the time of torque command calculation is multiplied to compensate for the total inertia, but it is not specified what happens to the compensation gain when the inertia changes. First, when the response frequency of the speed control system changes, there is a possibility of destabilization with respect to the speed integration time constant and position proportional gain set with a fixed ratio.

一方、特許文献2は、負荷のイナーシャを最小二乗法で推定し、速度制御系の応答周波数を一定にすることができる。しかしながら、姿勢により負荷イナーシャが変化するロボットや、ピックアンドプレースを目的とするロボットなどでは、一般に前述の最小二乗法の安定な収束条件で上限が決まる推定速度に対して、負荷イナーシャが変化する速度のほうが速い場合が多いため、過渡状態において制御系が不安定化する可能性を無くすことはできない。   On the other hand, Patent Document 2 can estimate the inertia of the load by the least square method and make the response frequency of the speed control system constant. However, for robots whose load inertia changes depending on their posture, and robots intended for pick and place, the speed at which the load inertia changes with respect to the estimated speed that is generally determined by the stable convergence condition of the aforementioned least squares method Since this is often faster, the possibility of the control system becoming unstable in a transient state cannot be eliminated.

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、簡単な操作で負荷イナーシャの変動に対しロバストなゲイン調整を可能にするモータ駆動装置を提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a motor drive device that enables a gain adjustment that is robust against fluctuations in load inertia with a simple operation.

上記課題を解決するために、請求項1に記載のモータ駆動装置は、位置指令とモータ現在位置の差である位置偏差に対し、パラメータで設定される位置比例ゲインを乗じて速度指令を生成する位置制御器と、前記速度指令とモータ現在速度の差である速度偏差に対し、パラメータで設定される速度比例ゲインと、モータと負荷を合わせた総イナーシャの推定値を乗じた比例項トルク指令を計算し、前記比例項トルク指令を積分器に通したあとパラメータで設定される速度積分時定数で除した積分項トルク指令を計算し、前記比例項トルク指令と前記積分項トルク指令を加算することでトルク指令を生成する速度制御器と、前記トルク指令に対しパラメータで設定される時定数で高域周波数成分を遮断するトルクフィルタと、前記トルクフィルタの出力を電流指令に変換してモータを制御する電流制御器と、総イナーシャの最大値と最小値を記憶し、前記速度比例ゲインと位置比例ゲインおよび速度積分時定数のパラメータを設定するゲイン設定器を備え、前記ゲイン設定器により、前記トルクフィルタの応答周波数が、前記速度比例ゲインに総イナーシャ推定値を乗じた結果を総イナーシャ最小値で除した速度制御の最大応答周波数に対し、一定の比以上となるよう速度比例ゲインのパラメータを設定し、変更後の速度比例ゲインに総イナーシャの推定値を乗じた結果を総イナーシャの最大値で除した速度制御の最小応答周波数に対し、位置比例ゲインから計算される位置制御の応答周波数、および速度積分時定数の逆数の周波数が、一定の比以下となるよう位置比例ゲインと速度積分時定数のパラメータを設定する。
In order to solve the above problem, the motor drive device according to claim 1 generates a speed command by multiplying a position deviation which is a difference between the position command and the current motor position by a position proportional gain set by a parameter. A proportional term torque command obtained by multiplying the position controller and the speed deviation, which is the difference between the speed command and the current motor speed, by the speed proportional gain set by the parameter and the estimated total inertia of the motor and load. Calculate the integral term torque command obtained by dividing the proportional term torque command through the integrator and then dividing by the speed integral time constant set by the parameter, and add the proportional term torque command and the integral term torque command. A speed controller that generates a torque command at a time, a torque filter that cuts off a high frequency component with a time constant set by a parameter for the torque command, and the torque filter A current controller that controls the motor by converting the output of the motor into a current command, and stores the maximum and minimum values of the total inertia, and sets the speed proportional gain, position proportional gain, and speed integral time constant parameters. A response frequency of the torque filter is constant with respect to a maximum response frequency of speed control obtained by dividing a result of multiplying the speed proportional gain by a total inertia estimated value by a total inertia minimum value. Set the speed proportional gain parameter so that the ratio is equal to or greater than the ratio, and multiply the speed proportional gain after the change by the estimated value of the total inertia divided by the maximum value of the total inertia. response frequency of the position control, which is calculated from the gain and frequency of the reciprocal of the velocity integration time constant is, the position proportional gain to be a less fixed ratio and speed To set the parameters of the minute time constant.

また、請求項2に記載のモータ駆動装置は、請求項1に加えて、総イナーシャの推定値をリアルタイムに出力するイナーシャ推定器をさらに備え、その出力値が総イナーシャの最大値(または最小値)を超えたとき、自動的に最大値(または最小値)を更新する。   In addition to claim 1, the motor drive apparatus according to claim 2 further includes an inertia estimator that outputs an estimated value of the total inertia in real time, and the output value is a maximum value (or a minimum value) of the total inertia. ), The maximum value (or minimum value) is automatically updated.

さらに、請求項3に記載のモータ駆動装置は、請求項1に加えて、前記ゲイン設定器に速度制御の応答周波数の上限を規定する速度応答最大値を設定し、トルクフィルタの代わりに速度比例ゲインを決定し、前記トルクフィルタの応答周波数を、総イナーシャ最小時の速度制御の最大応答周波数から決定する。   Furthermore, in addition to claim 1, the motor drive device according to claim 3 sets a speed response maximum value that defines an upper limit of a response frequency of speed control in the gain setting device, and is proportional to the speed instead of the torque filter. The gain is determined, and the response frequency of the torque filter is determined from the maximum response frequency of the speed control when the total inertia is minimum.

本発明の請求項1に記載のモータ駆動装置によれば、速度制御の応答周波数と関連づけられる制御パラメータを、常に安定条件を満たす一定以上の比率で確保できる。これにより、実際の総イナーシャがパラメータで設定した最大値と最小値の間にある限り、ロバストな制御パラメータを決定することができる。   According to the motor drive device of the first aspect of the present invention, the control parameter associated with the response frequency of the speed control can be always ensured at a certain ratio that satisfies the stability condition. This makes it possible to determine a robust control parameter as long as the actual total inertia is between the maximum value and the minimum value set by the parameter.

また、請求項2に記載のモータ駆動装置によれば、イナーシャ推定器の出力値が、総イナーシャの最大値(または最小値)を超えたとき、実際の出力値で補正できるため、より安定なゲイン設定が可能となる。   Further, according to the motor drive device of the second aspect, when the output value of the inertia estimator exceeds the maximum value (or the minimum value) of the total inertia, it can be corrected with the actual output value, so that it is more stable. Gain setting is possible.

また、請求項3に記載のモータ駆動装置によれば、機器の共振周波数や、電流制御系の応答周波数、その他演算遅れを含めたゲイン余裕や位相余裕から導かれる限界周波数など、速度制御の応答周波数に速度応答最大値を用いることで、速度比例ゲインをまず決定でき、それに付随する各制御パラメータを自動的に決定することができる。   Further, according to the motor drive device of the third aspect, the response of the speed control such as the resonance frequency of the device, the response frequency of the current control system, the limit frequency derived from the gain margin and the phase margin including other calculation delays, etc. By using the speed response maximum value for the frequency, the speed proportional gain can be determined first, and the associated control parameters can be automatically determined.

位置指令とモータ現在位置の差である位置偏差に対し、パラメータで設定される位置比例ゲインを乗じて速度指令を生成する位置制御器と、前記速度指令とモータ現在速度の差である速度偏差に対し、パラメータで設定される速度比例ゲインと、モータと負荷を合わせた総イナーシャの推定値を乗じた比例項トルク指令を計算し、前記比例項トルク指令を積分器に通したあとパラメータで設定される速度積分時定数で除した積分項トルク指令を計算し、前記比例項トルク指令と前記積分項トルク指令を加算することでトルク指令を生成する速度制御器と、前記トルク指令に対しパラメータで設定される時定数で高域周波数成分を遮断するトルクフィルタと、前記トルクフィルタの出力を電流指令に変換してモータを制御する電流制御器と、総イナーシャの最大値と最小値を記憶し、前記速度比例ゲインと位置比例ゲインおよび速度積分時定数のパラメータを設定するゲイン設定器と、総イナーシャの推定値をリアルタイムに出力するイナーシャ推定器をさらに備え、その出力値が総イナーシャの最大値(または最小値)を超えたとき、自動的に最大値(または最小値)を更新する。   A position controller that generates a speed command by multiplying the position deviation that is the difference between the position command and the current motor position by the position proportional gain set by the parameter, and a speed deviation that is the difference between the speed command and the current motor speed. On the other hand, the proportional term torque command is calculated by multiplying the speed proportional gain set by the parameter and the estimated value of the total inertia of the motor and load, and after passing the proportional term torque command through the integrator, it is set by the parameter. The integral term torque command divided by the speed integral time constant is calculated, the speed controller that generates the torque command by adding the proportional term torque command and the integral term torque command, and the parameter for the torque command is set A torque filter that cuts off high-frequency components with a time constant generated, a current controller that controls the motor by converting the output of the torque filter into a current command, and a total It further includes a gain setter that stores the maximum and minimum values of inertia, sets the parameters of the speed proportional gain, position proportional gain, and speed integral time constant, and an inertia estimator that outputs the estimated value of total inertia in real time. When the output value exceeds the maximum value (or minimum value) of the total inertia, the maximum value (or minimum value) is automatically updated.

前記ゲイン設定器により、前記トルクフィルタの応答周波数が、前記速度比例ゲインに総イナーシャ推定値を乗じた結果を総イナーシャ最小値で除した速度制御の最大応答周波数に対し、一定の比以上となるよう速度比例ゲインのパラメータを設定し、変更後の速度比例ゲインに総イナーシャの推定値を乗じた結果を総イナーシャの最大値で除した速度制御の最小応答周波数に対し、位置比例ゲインから計算される位置制御の応答周波数、および速度積分時定数の逆数の周波数が、一定の比以下となるよう位置比例ゲインと速度積分時定数のパラメータを設定する。以下、実施の形態について説明する。
(実施の形態1)
図1は、本発明のモータ駆動装置における要部ブロック図である。以下、図を参照しながら実施の形態1について具体的に説明する。
Due to the gain setting device, the response frequency of the torque filter becomes equal to or greater than a certain ratio with respect to the maximum response frequency of speed control obtained by dividing the result obtained by multiplying the speed proportional gain by the total inertia estimated value by the total inertia minimum value. This parameter is calculated from the position proportional gain with respect to the minimum response frequency of speed control, which is obtained by dividing the speed proportional gain parameter by the estimated value of total inertia and dividing the result by the maximum value of total inertia. Position proportional gain and velocity integration time constant parameters are set so that the response frequency of position control and the frequency of the reciprocal of the velocity integration time constant are below a certain ratio. Hereinafter, embodiments will be described.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a principal block diagram of a motor driving apparatus according to the present invention. The first embodiment will be specifically described below with reference to the drawings.

図1において、1は位置制御器、2は速度制御器、3はトルクフィルタ、4は電流制御器、5はモータ駆動装置、6はサーボモータ、7は位置検出器、8はゲイン設定器である。   In FIG. 1, 1 is a position controller, 2 is a speed controller, 3 is a torque filter, 4 is a current controller, 5 is a motor driving device, 6 is a servo motor, 7 is a position detector, and 8 is a gain setting device. is there.

位置制御器1は、位置指令とモータ現在位置を入力とし、その差である位置偏差を計算する。その後内蔵した位置比例ゲインパラメータ1aを乗じた結果を、速度指令として速度制御器2に出力する。   The position controller 1 receives the position command and the current motor position, and calculates a position deviation that is the difference between them. Thereafter, the result obtained by multiplying the built-in position proportional gain parameter 1a is output to the speed controller 2 as a speed command.

速度制御器2は、速度指令とモータ現在速度を入力とし、その差である速度偏差を計算後、速度比例ゲインパラメータ2aと、モータと負荷を合わせた総イナーシャの推定値2bを乗じて比例項トルク指令を計算する。さらに、比例項トルク指令を積分器に通したあと速度積分時定数パラメータ2cで除して積分項トルク指令を計算し、比例項トルク指令と積分項トルク指令を加算することで、トルク指令をトルクフィルタ3に出力する。   The speed controller 2 receives the speed command and the current motor speed, calculates the speed deviation that is the difference between them, and then multiplies the speed proportional gain parameter 2a by the estimated value 2b of the total inertia of the motor and the load. Calculate the torque command. Further, after passing the proportional term torque command through an integrator, the integral term torque command is calculated by dividing the proportional term torque command by the speed integral time constant parameter 2c, and by adding the proportional term torque command and the integral term torque command, Output to filter 3.

トルクフィルタ3は、このトルク指令を入力し、ローパスフィルタなどで高域周波数成分を遮断した結果をトルク指令として電流制御器4に出力する。   The torque filter 3 inputs this torque command, and outputs the result of blocking the high frequency component with a low-pass filter or the like to the current controller 4 as a torque command.

電流制御器4は、トルク指令をモータ6への電流指令に変換してモータを実際に制御する。一方、モータ6に接続された位置検出器7は、モータ現在位置を出力し位置制御器1に、またその微分であるモータ現在速度を速度制御器2に出力する。   The current controller 4 converts the torque command into a current command to the motor 6 and actually controls the motor. On the other hand, the position detector 7 connected to the motor 6 outputs the current motor position to the position controller 1, and outputs the current motor speed, which is a derivative thereof, to the speed controller 2.

ここで、制御ブロック図を用いて位置制御系について説明する。図2(a)は、位置制御系の制御ブロック図である。位置比例ゲインをKp、速度比例ゲインをKvp、総イナーシャ推定値をJ‘、速度積分時定数をTi、トルクフィルタ時定数をτ、総イナーシャをJとしている。   Here, the position control system will be described with reference to a control block diagram. FIG. 2A is a control block diagram of the position control system. The position proportional gain is Kp, the speed proportional gain is Kvp, the total inertia estimated value is J ′, the speed integral time constant is Ti, the torque filter time constant is τ, and the total inertia is J.

速度応答周波数Gv=Kvp×J’/Jと置くと、制御ブロック図は図2(b)のように変形できる。   If the speed response frequency Gv = Kvp × J ′ / J is set, the control block diagram can be modified as shown in FIG.

また、速度応答周波数Gvと残った3つのパラメータ間で、個々に二次系の応答を考えた場合、図2(c)から図2(e)までを得られ、それぞれの伝達関数は下式となる。   Further, when considering the response of the secondary system individually between the speed response frequency Gv and the remaining three parameters, FIG. 2 (c) to FIG. 2 (e) can be obtained, and each transfer function is expressed by the following equation. It becomes.

図2(c):Kp・Gv/(s^2+Gv・s+Kp・Gv)
図2(d):(Gv・s+Gv/Ti)/(s^2+Gv・s+Gv/Ti)
図2(e):(Gv/τ)/(s^2+s/τ+Gv/τ)
それぞれの分母の特性方程式は、減衰比ζと固有振動数ωで、
s^2+2・ζ・ω・s+ω^2
と表せるので、これらの2次系が非振動的な応答となる減衰比ζが1以上の条件から、
Gv≧4・Kp
Gv≧4/Ti
1/τ≧4・Gv
が得られる。
FIG. 2C: Kp · Gv / (s ^ 2 + Gv · s + Kp · Gv)
FIG. 2D: (Gv · s + Gv / Ti) / (s ^ 2 + Gv · s + Gv / Ti)
FIG. 2 (e): (Gv / τ) / (s ^ 2 + s / τ + Gv / τ)
The characteristic equation of each denominator is the damping ratio ζ and the natural frequency ω,
s ^ 2 + 2 ・ ζ ・ ω ・ s + ω ^ 2
Therefore, from the condition that the damping ratio ζ at which these secondary systems have non-oscillating responses is 1 or more,
Gv ≧ 4 · Kp
Gv ≧ 4 / Ti
1 / τ ≧ 4 · Gv
Is obtained.

すなわち、速度応答周波数Gvに対して、位置比例ゲインKpと速度積分時定数の逆数(周波数)1/Tiは1/4倍の値に、トルクフィルタ時定数の逆数(周波数)1/τは4倍の値に設定すれば、非振動的でなめらかな応答が得られる。   That is, with respect to the speed response frequency Gv, the position proportional gain Kp and the reciprocal (frequency) 1 / Ti of the speed integration time constant are 1/4 times the reciprocal (frequency) 1 / τ of the torque filter time constant is 4. By setting the value twice, a non-vibrating and smooth response can be obtained.

しかし、速度応答周波数Gvの計算式を見ると、モータに接続された負荷で変動する総イナーシャJの逆数が乗じてあり、これがばらつく場合には、前述の安定なパラメータ比を維持できなくなる可能性がある。このため、実施の形態1では、総イナーシャの最大値をパラメータ8aで、総イナーシャの最小値をパラメータ8bでそれぞれゲイン設定器8に記憶させている。   However, looking at the calculation formula of the speed response frequency Gv, the inverse of the total inertia J that varies with the load connected to the motor is multiplied, and if this varies, the above-mentioned stable parameter ratio may not be maintained. There is. For this reason, in the first embodiment, the maximum value of the total inertia is stored in the gain setting unit 8 as the parameter 8a, and the minimum value of the total inertia is stored as the parameter 8b.

このゲイン設定器8の動作を、図3のフローチャートを用いて説明する。図3において、総イナーシャの最大値をJmax、総イナーシャの最小値をJminと記している。あとの記号は図2と同じである。   The operation of the gain setting device 8 will be described with reference to the flowchart of FIG. In FIG. 3, the maximum value of total inertia is indicated as Jmax, and the minimum value of total inertia is indicated as Jmin. The remaining symbols are the same as in FIG.

まず、ステップ1で、トルクフィルタ時定数τと速度応答周波数Gvの等式が成り立つ条件と、速度応答周波数Gv自体の計算式で、総イナーシャJ=Jminと置くことで、速度比例ゲインKvpを得る。   First, in step 1, the speed proportional gain Kvp is obtained by setting the total inertia J = Jmin in the condition that the equation of the torque filter time constant τ and the speed response frequency Gv is established and the calculation formula of the speed response frequency Gv itself. .

次のステップ2で、総イナーシャJ=Jmaxとおいたときの速度応答周波数Gvの計算式から、速度応答最小値Gvminを得る。   In the next step 2, the speed response minimum value Gvmin is obtained from the calculation formula of the speed response frequency Gv when the total inertia J = Jmax.

最後にステップ3で、この速度応答最小値Gvminに対し、前記非振動的な応答が得られる位置比例ゲインKp、速度積分時定数Tiを得る。   Finally, in step 3, a position proportional gain Kp and a speed integration time constant Ti for obtaining the non-oscillating response with respect to the speed response minimum value Gvmin are obtained.

このゲイン設定器8にて各パラメータを設定することにより、実際の総イナーシャJの変動が最大値と最小値の間に入っている限り、非振動的な応答を維持することができる。(実施の形態2)
実施の形態2は、総イナーシャを推定するイナーシャ推定器を追加した点が、実施の形態1と異なる。
By setting each parameter with the gain setting unit 8, a non-vibration response can be maintained as long as the actual fluctuation of the total inertia J is between the maximum value and the minimum value. (Embodiment 2)
The second embodiment is different from the first embodiment in that an inertia estimator for estimating the total inertia is added.

図4の要部ブロック図を参照しながら図1との相違点を中心に説明する。図4において、イナーシャ推定器9に、モータへの電流指令とモータ現在速度を入力し、例えば最小二乗法などを用いて総イナーシャをリアルタイムに推定する。   Differences from FIG. 1 will be mainly described with reference to the principal block diagram of FIG. In FIG. 4, the current command to the motor and the current motor speed are input to the inertia estimator 9, and the total inertia is estimated in real time using, for example, the least square method.

イナーシャ推定器9の出力値は、ゲイン設定器8に入力され、図3で説明したゲイン設定を行う前に、総イナーシャ最大値のパラメータ8aと総イナーシャ最小値のパラメータ8bと比較され、いずれかの値を超えている場合には、イナーシャ推定器9の出力値で更新する。この動作により、事前情報だけではわからないイナーシャ変動を、実際の出力値を用いて更新することができるため、より安定なゲイン調整が可能となる。
(実施の形態3)
図5の要部ブロック図を参照しながら実施の形態3について説明する。実施の形態1との違いは、速度制御の応答周波数の上限を規定する速度応答最大値10をパラメータでゲイン設定器8に追加した点であり、トルクフィルタ3からゲイン設定器8へのトルクフィルタ時定数入力が出力に変わる点である。
The output value of the inertia estimator 9 is input to the gain setting unit 8 and compared with the parameter 8a of the total inertia maximum value and the parameter 8b of the total inertia minimum value before performing the gain setting described in FIG. If it exceeds the value of, the output value of the inertia estimator 9 is updated. As a result of this operation, inertia fluctuations that cannot be recognized only by prior information can be updated using actual output values, so that more stable gain adjustment is possible.
(Embodiment 3)
The third embodiment will be described with reference to the main part block diagram of FIG. The difference from the first embodiment is that a speed response maximum value 10 that defines the upper limit of the response frequency of speed control is added to the gain setting device 8 as a parameter, and the torque filter from the torque filter 3 to the gain setting device 8 is used. This is the point where the time constant input changes to output.

この速度応答最大値の一例として、機器の反共振周波数、共振周波数およびそのピークから速度応答上限の比を導き出す、あるいは電流制御器4の応答周波数に対し1/10程度に設定する、その他演算遅れを含めたゲイン余裕や位相余裕から導かれる限界周波数を設定するなど、さまざまな方法が考えられる。   As an example of the maximum value of the speed response, the ratio of the speed response upper limit is derived from the anti-resonance frequency, the resonance frequency and the peak of the device, or is set to about 1/10 with respect to the response frequency of the current controller 4 Various methods are conceivable, such as setting a limit frequency derived from gain margin and phase margin including.

このときのゲイン設定器8の動作を図6のフローチャートに示す。ここでは、速度応答最大値10をGvmaxとしている。   The operation of the gain setting device 8 at this time is shown in the flowchart of FIG. Here, the speed response maximum value 10 is Gvmax.

まず、ステップ1では、前述の速度応答計算式で総イナーシャJ=Jminの場合からKvpを算出する。ステップ2では、トルクフィルタ時定数を、速度応答最大値との関係式から設定する。ステップ3とステップ4は、図3のステップ2とステップ3と全く同じ処理で実現できる。   First, in step 1, Kvp is calculated from the case where the total inertia J = Jmin in the above-described speed response calculation formula. In step 2, the torque filter time constant is set from the relational expression with the maximum speed response value. Steps 3 and 4 can be realized by exactly the same processing as steps 2 and 3 in FIG.

この処理により、イナーシャばらつきだけでなく、外部要因や図示されていない制御要因で決まる速度応答の制約を取り込むことができ、さらに安定なゲイン調整を実現できる。   By this process, not only inertia variation but also speed response restrictions determined by external factors and control factors not shown can be taken in, and more stable gain adjustment can be realized.

なお、実施の形態1−3に記載されたパラメータの一部で、必ずしも更新速度が高速である必要のないもの、例えば総イナーシャの最大値と最小値、ゲイン設定器、イナーシャ推定器、その他パラメータの表示手段や変更手段などは、すべてをモータ駆動装置内部に備える必要はない。例えば、シリアル通信バスを通じてサーボアンプと接続されたコンソールを用いる、あるいはUSB通信でサーボアンプと接続されたパーソナルコンピュータ上で動作するソフトウェアを用いる、などでも実現可能であることはいうまでもない。   Note that some of the parameters described in Embodiment 1-3 do not necessarily require a high update speed, for example, the maximum and minimum values of total inertia, a gain setting unit, an inertia estimator, and other parameters. It is not necessary to provide all the display means, change means, and the like in the motor drive device. For example, it is needless to say that this can be realized by using a console connected to the servo amplifier through a serial communication bus, or using software operating on a personal computer connected to the servo amplifier by USB communication.

本発明のモータ駆動装置によれば、イナーシャ変動に対しロバストなゲイン設定を簡単に得ることが可能で、早いイナーシャ変動が生じる機器に対しても有用である。   According to the motor drive device of the present invention, it is possible to easily obtain a gain setting that is robust against inertia fluctuations, and it is also useful for a device in which rapid inertia fluctuations occur.

本発明の実施の形態1のモータ駆動装置における要部ブロック図FIG. 2 is a block diagram of the main part of the motor drive device according to the first embodiment of the present invention. (a)実施の形態1における位置制御系の制御ブロック図、(b)(a)の一部を変形した制御ブロック図、(c)(b)の一部を省略した制御ブロック図、(d)(b)の他の一部を省略した制御ブロック図、(e)(b)の別の一部を省略した制御ブロック図(A) Control block diagram of position control system in Embodiment 1, (b) Control block diagram in which part of (a) is modified, (c) Control block diagram in which part of (b) is omitted, (d) ) (B) control block diagram in which other part is omitted, (e) (b) control block diagram in which another part is omitted 実施の形態1のゲイン設定器における動作フローチャートFlowchart of operation in gain setting device of embodiment 1 実施の形態2のモータ駆動装置における要部ブロック図Main part block diagram in motor drive apparatus of Embodiment 2 実施の形態3のモータ駆動装置における要部ブロック図Main part block diagram in motor drive apparatus of Embodiment 3 実施の形態3のゲイン設定器における動作フローチャートFlowchart of operation in gain setting device of embodiment 3

符号の説明Explanation of symbols

1 位置制御器
1a 位置比例ゲイン(パラメータ)
2 速度制御器
2a 速度比例ゲイン(パラメータ)
2b 総イナーシャ推定値(パラメータ)
2c 速度積分時定数(パラメータ)
3 トルクフィルタ
4 電流制御器
5 モータ駆動装置
6 モータ
7 位置検出器
8 ゲイン設定器
8a 総イナーシャ最大値(パラメータ)
8b 総イナーシャ最小値(パラメータ)
9 イナーシャ推定器
10 速度応答最大値(パラメータ)
1 Position controller 1a Position proportional gain (parameter)
2 Speed controller 2a Speed proportional gain (parameter)
2b Total inertia estimated value (parameter)
2c Speed integration time constant (parameter)
3 Torque filter 4 Current controller 5 Motor drive device 6 Motor 7 Position detector 8 Gain setting unit 8a Total inertia maximum value (parameter)
8b Total inertia minimum value (parameter)
9 Inertia estimator 10 Speed response maximum value (parameter)

Claims (3)

位置指令とモータ現在位置の差である位置偏差に対し、パラメータで設定される位置比例ゲインを乗じて速度指令を生成する位置制御器と、
前記速度指令とモータ現在速度の差である速度偏差に対し、パラメータで設定される速度比例ゲインと、モータと負荷を合わせた総イナーシャの推定値を乗じた比例項トルク指令を計算し、前記比例項トルク指令を積分器に通したあとパラメータで設定される速度積分時定数で除した積分項トルク指令を計算し、前記比例項トルク指令と前記積分項トルク指令を加算することでトルク指令を生成する速度制御器と、
前記トルク指令に対しパラメータで設定される時定数で高域周波数成分を遮断するトルクフィルタと、
前記トルクフィルタの出力を電流指令に変換してモータを制御する電流制御器と、
総イナーシャの最大値と最小値を記憶し、前記速度比例ゲインと位置比例ゲインおよび速度積分時定数のパラメータを設定するゲイン設定器を備え、
前記ゲイン設定器により、前記トルクフィルタの応答周波数が、前記速度比例ゲインに総イナーシャ推定値を乗じた結果を総イナーシャ最小値で除した速度制御の最大応答周波数に対し、一定の比以上となるよう速度比例ゲインのパラメータを設定し、変更後の速度比例ゲインに総イナーシャの推定値を乗じた結果を総イナーシャの最大値で除した速度制御の最小応答周波数に対し、位置比例ゲインから計算される位置制御の応答周波数、および速度積分時定数の逆数の周波数が、一定の比以下となるよう位置比例ゲインと速度積分時定数のパラメータを設定することを特徴としたモータ駆動装置。
A position controller that generates a speed command by multiplying a position deviation, which is a difference between the position command and the current motor position, by a position proportional gain set by a parameter;
Calculate the proportional term torque command by multiplying the speed deviation which is the difference between the speed command and the current motor speed by the speed proportional gain set by the parameter and the estimated value of the total inertia of the motor and load. After passing the term torque command through an integrator, the integral term torque command divided by the speed integral time constant set by the parameter is calculated, and the torque command is generated by adding the proportional term torque command and the integral term torque command. A speed controller to
A torque filter that cuts off a high frequency component with a time constant set by a parameter for the torque command;
A current controller for controlling the motor by converting the output of the torque filter into a current command;
A maximum value and a minimum value of total inertia are memorized, and a gain setting device for setting parameters of the speed proportional gain, position proportional gain and speed integral time constant is provided.
Due to the gain setting device, the response frequency of the torque filter becomes equal to or greater than a certain ratio with respect to the maximum response frequency of speed control obtained by dividing the result obtained by multiplying the speed proportional gain by the total inertia estimated value by the total inertia minimum value. This parameter is calculated from the position proportional gain with respect to the minimum response frequency of speed control, which is obtained by dividing the speed proportional gain parameter by the estimated value of total inertia and dividing the result by the maximum value of total inertia. A motor drive device, wherein the position proportional gain and the speed integration time constant parameters are set so that the response frequency of the position control and the reciprocal frequency of the speed integration time constant are less than a certain ratio.
総イナーシャの推定値をリアルタイムに出力するイナーシャ推定器をさらに備え、その出力値が総イナーシャの最大値(または最小値)を超えたとき、自動的に最大値(または最小値)を更新する請求項1に記載のモータ駆動装置。   The system further includes an inertia estimator that outputs the estimated value of the total inertia in real time, and automatically updates the maximum value (or minimum value) when the output value exceeds the maximum value (or minimum value) of the total inertia. Item 2. The motor drive device according to Item 1. 前記ゲイン設定器に速度制御の応答周波数の上限を規定する速度応答最大値を設定し、トルクフィルタの代わりに速度比例ゲインを決定し、前記トルクフィルタの応答周波数を、総イナーシャ最小時の速度制御の最大応答周波数から決定する請求項1に記載のモータ駆動装置。
Set the speed response maximum value that defines the upper limit of the response frequency of speed control in the gain setting unit, determine the speed proportional gain instead of the torque filter, and set the response frequency of the torque filter to the speed control when the total inertia is minimum The motor drive device according to claim 1, wherein the motor drive device is determined from a maximum response frequency of the motor.
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