JP5412726B2 - Motor control device - Google Patents

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本発明は、トルクフィードフォワードを用いてモータを制御するモータ制御装置に関する。   The present invention relates to a motor control device that controls a motor using torque feedforward.

部品実装機や工作機械など位置制御や速度制御の高速応答性が求められる場合、通常行われているフィードバック制御だけでは応答性に限界がある。そこでフィードフォワード制御とフィードバック制御の併用により上記課題を解決している。   When high-speed responsiveness of position control or speed control is required, such as a component mounting machine or a machine tool, there is a limit to the responsiveness only with the usual feedback control. Therefore, the above problem is solved by using both feedforward control and feedback control.

例えば、位置指令を1回微分したものを速度指令に加える速度フィードフォワード制御や速度指令を1回微分したものをトルク指令に加えるトルクフィードフォワード制御により、応答性を向上させる方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開平9−171410号公報
For example, a method has been proposed for improving the responsiveness by speed feedforward control in which the position command is differentiated once to the speed command or torque feedforward control in which the speed command is differentiated once to the torque command. (For example, refer to Patent Document 1).
JP-A-9-171410

しかしながら、上述した技術では、速度フィードフォワードで1回微分、トルクフィードフォワードでは位置の一回微分に相当する速度をさらに1回微分していることになり、ノイズの影響を受けやすい。そのノイズ成分を除去するために一次遅れフィルタが用いられるが、これにより応答性を犠牲にしなくてはならず、本来の目的である高速応答性の性能を十分に発揮することができないという課題がある。   However, in the above-described technique, the velocity feed-forward is differentiated once, and the torque feed-forward is further differentiated the velocity corresponding to the position differentiation once, which is easily affected by noise. Although a first-order lag filter is used to remove the noise component, the response must be sacrificed by this, and there is a problem that the high-speed response performance that is the original purpose cannot be fully exhibited. is there.

特に、速度制御におけるトルクフィードフォワードは、速度指令が外部からのアナログ入力となることが多く、ノイズ成分が極めて大きくなり、トルクフィードフォワード制御が正常に機能しなくなる場合も考えられる。   In particular, in torque feedforward in speed control, the speed command is often an analog input from the outside, the noise component becomes extremely large, and torque feedforward control may not function normally.

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、トルクフィードフォワード出力に重畳するノイズ成分を除去するための遅れ時間を最小限にし、トルクフィードフォワード機能の性能を最大限引き出すモータ制御装置を提供することを目的とする。   The present invention solves the above-described conventional problems, and provides a motor control device that minimizes the delay time for removing the noise component superimposed on the torque feedforward output and maximizes the performance of the torque feedforward function. The purpose is to do.

請求項1に記載のモータ制御装置は、モータの速度を速度指令値に一致させるよう制御するモータ制御装置において、モータの位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段にて検出した位置からモータ速度を算出する速度算出手段と、速度指令と前記速度算出手段にて検出したモータ速度との差分を0にするよう制御する速度制御手段と、前記速度指令を入力して1回微分し、トルクフィードフォワードゲインをかけて、トルクフィードフォワード出力とするトルクフィードフォワード算出手段と、前記トルクフィードフォワード出力にフィルタ処理をして、フィルタ出力とするフィルタ手段と、前記フィルタ出力を入力し、補正値を出力する補正手段を備え、前記補正手段は、前記フィルタ出力の絶対値があらかじめ設定された閾値よりも小さい場合には0を補正出力とし、大きい場合には前記フィルタ出力をそのまま出力する処理をおこない、前記速度制御手段の出力と前記補正手段の出力を加算したものをトルク指令とする。   The motor control device according to claim 1 is a motor control device that controls the speed of the motor to coincide with the speed command value, and includes a position detection unit that detects a position of the motor and a position detected by the position detection unit. Speed calculation means for calculating the motor speed, speed control means for controlling the difference between the speed command and the motor speed detected by the speed calculation means to be zero, and the speed command is input to be differentiated once, Torque feed forward gain is applied, torque feed forward calculation means for torque feed forward output, filter means for filtering the torque feed forward output to obtain filter output, and input of the filter output, correction value The correction means outputs a threshold value in which the absolute value of the filter output is set in advance. Remote and corrected output 0 if small, in the case large performs processing to output as the filter output, and an output and the output torque command those obtained by adding the correction means of the speed control means.

また、請求項2に記載のモータ制御装置は、前記閾値は、加速度が0における前記フィルタ出力の最大値(ノイズ成分)をパラメータにて設定する。   In the motor control device according to claim 2, the threshold value is set by a parameter with a maximum value (noise component) of the filter output when the acceleration is zero.

請求項1,2に記載のモータ制御装置によれば、補正処理によって一次遅れフィルタの時定数を最小限にすることができ、トルクフィードフォワード機能の性能を最大限引き出すことができる。   According to the motor control device of the first and second aspects, the time constant of the first-order lag filter can be minimized by the correction process, and the performance of the torque feedforward function can be maximized.

また、請求項2に記載のモータ制御装置によれば、閾値の設定は、パラメータによって容易に調整することができる。   According to the motor control device of the second aspect, the threshold value can be easily adjusted by the parameter.

モータの位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段にて検出した位置からモータ速度を算出する速度算出手段と、速度指令と前記速度算出手段にて検出したモータ速度との差分を0にするよう制御する速度制御手段と、前記速度指令を入力して1回微分し、トルクフィードフォワードゲインをかけて、トルクフィードフォワード出力とするトルクフィードフォワード算出手段と、前記トルクフィードフォワード出力にフィルタ処理をして、フィルタ出力とするフィルタ手段と、前記フィルタ出力を入力し、補正値を出力する補正手段を備え、前記補正手段は、前記フィルタ出力の絶対値があらかじめ設定された閾値よりも小さい場合には0を補正出力とし、大きい場合には前記フィルタ出力をそのまま出力する処理をおこない、前記速度制御手段の出力と前記補正手段の出力を加算したものをトルク指令とする。
(実施の形態1)
以下、実施の形態について図を参照して説明する。図1は、本発明のモータ駆動装置における制御要部のブロック構成図である。
The position detection means for detecting the position of the motor, the speed calculation means for calculating the motor speed from the position detected by the position detection means, and the difference between the speed command and the motor speed detected by the speed calculation means is set to zero. Speed control means for controlling to perform, torque feed forward calculating means for differentiating once by inputting the speed command, multiplying the torque feed forward gain to obtain torque feed forward output, and filtering the torque feed forward output Filter means for providing a filter output, and a correction means for inputting the filter output and outputting a correction value, wherein the correction means has an absolute value of the filter output smaller than a preset threshold value. 0 is used as the correction output, and when it is large, the filter output is output as it is. What the output of the degree control means by adding the outputs of said correction means and a torque command.
(Embodiment 1)
Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of a main control part in the motor drive apparatus of the present invention.

図1において、トルクフィードフォワード算出手段1には、速度指令11が入力され、1回微分して加速度指令を算出し、その加速度指令に(モータイナーシャ+負荷イナーシャ)を乗ずることでトルク単位に換算し、それをトルクフィードフォワード出力12として出力する。フィルタ手段2には、トルクフィードフォワード出力12が入力され、1次遅れフィルタなどのフィルタ処理を行い、フィルタ出力13を補正手段3に出力する。補正手段3では、入力されたフィルタ出力13に対して、後述する閾値によって補正出力14を出力する。   In FIG. 1, a speed command 11 is input to the torque feedforward calculation means 1, and an acceleration command is calculated by differentiating once, and converted to a torque unit by multiplying the acceleration command by (motor inertia + load inertia). Then, it is output as a torque feed forward output 12. The torque feedforward output 12 is input to the filter unit 2, performs filter processing such as a first-order lag filter, and outputs the filter output 13 to the correction unit 3. The correction means 3 outputs a correction output 14 with respect to the input filter output 13 according to a threshold value described later.

速度制御手段4は、速度指令11とモータ速度18との差分である速度偏差15を0に制御するための速度制御出力16を出力する。位置検出手段5は、エンコーダやレゾルバなどの位置検出器よりモータ位置17を検出する。速度算出手段6では、モータ位置17の差分によりモータ速度18を検出する。   The speed control means 4 outputs a speed control output 16 for controlling a speed deviation 15 that is a difference between the speed command 11 and the motor speed 18 to zero. The position detection means 5 detects the motor position 17 from a position detector such as an encoder or resolver. The speed calculation means 6 detects the motor speed 18 from the difference of the motor position 17.

本発明のモータ制御装置における特徴は、フィルタ手段2の出力を補正手段3の閾値によって処理した補正出力14と、速度制御手段4の速度制御出力16とを加算して、トルク指令19とした点である。補正手段3を除けば、一般的なトルクフィードフォワード機能を備えた速度制御の構成となっている。   The motor control device according to the present invention is characterized in that the torque command 19 is obtained by adding the correction output 14 obtained by processing the output of the filter means 2 with the threshold value of the correction means 3 and the speed control output 16 of the speed control means 4. It is. Except for the correction means 3, the speed control configuration is provided with a general torque feed forward function.

一般的なトルクフィードフォワードの構成では、速度指令の1回微分により算出されるトルクフィードフォワード出力12に含まれるノイズ成分の除去は、1次遅れフィルタなどのフィルタ手段2でのみ行われる。ノイズ成分の大きさによりこの1次遅れフィルタの時定数の調整を行うことになるが、特に速度指令が外部からのアナログ入力などノイズ成分が重畳しやすい構成の場合、この1次遅れフィルタの時定数はかなり大きくする必要がある。フィルタ時定数を大きくするということは、トルクフィードフォワードの本来の目的である速度応答性向上の効果を大きく損なうことを意味する。   In a general torque feedforward configuration, noise components included in the torque feedforward output 12 calculated by one-time differentiation of the speed command are removed only by the filter means 2 such as a first-order lag filter. The time constant of this first-order lag filter is adjusted according to the magnitude of the noise component. Especially when the speed command is configured to easily superimpose noise components, such as analog input from the outside, The constant needs to be quite large. Increasing the filter time constant means that the effect of improving the speed response, which is the original purpose of torque feedforward, is greatly impaired.

本発明のモータ制御装置は、補正手段3を従来の構成に対し付加することで、ノイズ除去によるフィルタの遅れを最小限に抑えることができ、その結果、トルクフィードフォワ
ードによる速度応答性向上の効果を最大限発揮させることができる。
The motor control device of the present invention can suppress the delay of the filter due to noise removal to a minimum by adding the correction means 3 to the conventional configuration, and as a result, the effect of improving the speed responsiveness by torque feedforward. Can be maximized.

以下、補正手段3について詳細に説明する。補正手段3は、フィルタ出力13が閾値以下の場合には、補正出力14を0とし、閾値より大きい場合には、フィルタ出力13の値をそのまま補正出力14として出力する(図2参照)。つまり、フィルタ出力13が閾値より小さいときのみ、トルクフィードフォワード機能を無効にする点が特徴である。この補正処理によって、なぜトルクフィードフォワード機能による速度応答性向上の効果が損なわれないかを次に説明する。   Hereinafter, the correction means 3 will be described in detail. The correction means 3 sets the correction output 14 to 0 when the filter output 13 is less than or equal to the threshold value, and outputs the value of the filter output 13 as it is as the correction output 14 when it is larger than the threshold value (see FIG. 2). That is, the torque feed forward function is disabled only when the filter output 13 is smaller than the threshold value. The reason why the effect of improving the speed response by the torque feed forward function is not impaired by this correction processing will be described next.

トルクフィードフォワード機能は、加速度に応じたトルク値を速度フィードバック制御処理の出力に加算しているが、そもそも速度フィードバック制御自体でも速度応答性はある程度向上させることができる。   In the torque feedforward function, a torque value corresponding to the acceleration is added to the output of the speed feedback control process, but the speed responsiveness can be improved to some extent by the speed feedback control itself.

図3は、速度フィードバック制御のみの場合と、トルクフィードフォワード機能を付加した場合の応答性(縦軸)と加速度(横軸)の関係を説明するグラフである。   FIG. 3 is a graph for explaining the relationship between responsiveness (vertical axis) and acceleration (horizontal axis) when only speed feedback control is performed and when a torque feedforward function is added.

図3において、応答性が1とは遅れなしで応答していることを意味している。トルクフィードフォワード機能を付加することで、加速度が大きい領域まで応答性を向上させることができる。つまり、加速度が小さいときはトルクフィードフォワード機能がなくても速度フィードバック制御により速度応答は可能となる。   In FIG. 3, the response of 1 means that the response is made without delay. By adding the torque feed forward function, the responsiveness can be improved up to a region where acceleration is large. That is, when the acceleration is small, speed response can be achieved by speed feedback control without a torque feed forward function.

トルクフィードフォワードの必要性の有無は、加速度の大きさ、すなわちフィルタ出力13の大きさにより切替えることが可能だと考えることができる。また、加速度が小さいときはノイズ成分による影響が大きいが、加速度が大きくなるほど、基本成分に対するノイズ成分の比率が下がるため、ノイズの影響を受け難くなる。   It can be considered that the necessity of torque feedforward can be switched according to the magnitude of acceleration, that is, the magnitude of the filter output 13. Further, when the acceleration is small, the influence of the noise component is large. However, as the acceleration increases, the ratio of the noise component to the basic component decreases, so that the influence of the noise becomes difficult.

以上のことより、補正手段3は、フィルタ出力13の大きさによって補正出力を0とするか、フィルタ出力値をそのまま出力するかを切替え、ノイズによる影響を受け難くすることができる。   As described above, the correcting unit 3 can switch between setting the correction output to 0 or outputting the filter output value as it is depending on the size of the filter output 13, and can hardly be affected by noise.

これにより、フィルタ手段2による一次遅れフィルタの時定数を最小限にすることができ、その結果、真にトルクフィードフォワード機能の効果が必要な領域での速度応答性の劣化を最小限に抑えることができる。   As a result, the time constant of the first-order lag filter by the filter means 2 can be minimized, and as a result, the deterioration of the speed response in the region where the effect of the torque feedforward function is truly required is minimized. Can do.

また、補正手段3で用いる閾値に関しては、加速度が0のときのフィルタ出力13がノイズによる成分であるため、そのときの最大値を閾値として設定することでノイズ成分による影響をなくすことができる。また、閾値の設定方法は、パラメータとして持たせることで調整ができるようにするのが望ましい。   Further, regarding the threshold value used in the correction means 3, the filter output 13 when the acceleration is 0 is a component due to noise. Therefore, the influence of the noise component can be eliminated by setting the maximum value at that time as the threshold value. Further, it is desirable that the threshold setting method can be adjusted by providing it as a parameter.

本発明のモータ駆動装置は、速度指令が外部からのアナログ入力でノイズ成分が重畳しやすい装置などに有用である。   The motor driving device of the present invention is useful for a device in which a speed command is an analog input from the outside and a noise component is easily superimposed.

本発明の実施の形態1における制御要部のブロック構成図The block block diagram of the control principal part in Embodiment 1 of this invention 本発明の補正手段におけるフィルタ出力(閾値)と補正出力の説明図Explanatory drawing of filter output (threshold value) and correction output in correction means of the present invention 速度フィードバックとトルクフィードフォワード機能付加の比較説明図Comparison of speed feedback and torque feed forward functions

符号の説明Explanation of symbols

1 トルクフィードフォワード算出手段
2 フィルタ手段
3 補正手段
4 速度制御手段
5 位置検出手段
6 速度算出手段
11 速度指令
12 トルクフィードフォワード出力
13 フィルタ出力
14 補正出力
15 速度偏差
16 速度制御出力
17 モータ位置
18 モータ速度
19 トルク指令
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Torque feedforward calculation means 2 Filter means 3 Correction means 4 Speed control means 5 Position detection means 6 Speed calculation means 11 Speed command 12 Torque feedforward output 13 Filter output 14 Correction output 15 Speed deviation 16 Speed control output 17 Motor position 18 Motor Speed 19 Torque command

Claims (2)

モータの速度を速度指令値に一致させるよう制御するモータ制御装置において、
モータの位置を検出する位置検出手段と、
前記位置検出手段にて検出した位置からモータ速度を算出する速度算出手段と、
速度指令と前記速度算出手段にて検出したモータ速度との差分を0にするよう制御する速度制御手段と、
前記速度指令を入力して1回微分し、トルクフィードフォワードゲインをかけて、トルクフィードフォワード出力とするトルクフィードフォワード算出手段と、
前記トルクフィードフォワード出力にフィルタ処理をして、フィルタ出力とするフィルタ手段と、
前記フィルタ出力を入力し、補正値を出力する補正手段を備え、
前記補正手段は、前記フィルタ出力の絶対値があらかじめ設定された閾値よりも小さい場合には0を補正出力とし、大きい場合には前記フィルタ出力をそのまま出力する処理をおこない、
前記速度制御手段の出力と前記補正手段の出力を加算したものをトルク指令とすることを特徴としたモータ制御装置。
In the motor control device that controls the motor speed to match the speed command value,
Position detecting means for detecting the position of the motor;
Speed calculating means for calculating a motor speed from the position detected by the position detecting means;
Speed control means for controlling the difference between the speed command and the motor speed detected by the speed calculation means to be zero;
A torque feedforward calculating means for inputting the speed command, differentiating the torque command once, multiplying the torque feedforward gain, and obtaining a torque feedforward output;
Filter means for filtering the torque feedforward output to produce a filter output;
A correction means for inputting the filter output and outputting a correction value;
The correction means performs a process of outputting 0 as a correction output when the absolute value of the filter output is smaller than a preset threshold value, and outputting the filter output as it is when larger.
A motor control apparatus characterized in that a torque command is obtained by adding the output of the speed control means and the output of the correction means.
前記閾値は、加速度が0における前記フィルタ出力の最大値(ノイズ成分)をパラメータにて設定する請求項1に記載のモータ制御装置。   The motor control device according to claim 1, wherein the threshold value is a parameter that sets a maximum value (noise component) of the filter output when the acceleration is zero.
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