JP5481860B2 - Motor control device - Google Patents

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Description

本発明は、停止時における1パルスの振動を、確実に簡単かつ安定に低減することができるモータ制御装置に関する。 The present invention relates to a motor control device capable of reliably and easily reducing vibration of one pulse at a stop.

モータは、位置検出値が位置指令と一致するようにモータ制御装置で動作制御されていて、停止状態において位置検出値の±1パルスで振動するという一般的な技術課題がある。
この一般的な技術課題を解決するために、従来のモータ制御装置は、モータ停止状態で±1パルスに対応するトルク指令の変動を相殺するようにトルク指令に不感帯を設けることで停止時振動を低減していた(例えば、特許文献1参照)。
また、位置検出器の2相アナログ信号から速度を算出して制御装置に伝送し、制御装置内で速度算出値を用いて位置検出値のパルス間を補間することで±1パルス間の位置を求めることで停止時振動を低減しているものもある(例えば、特許文献2参照)。
The motor is controlled by the motor control device so that the position detection value coincides with the position command, and there is a general technical problem that the motor vibrates with ± 1 pulse of the position detection value in the stopped state.
In order to solve this general technical problem, the conventional motor control device generates vibration at the time of stop by providing a dead zone in the torque command so as to cancel the fluctuation of the torque command corresponding to ± 1 pulse in the motor stop state. It was reduced (see, for example, Patent Document 1).
Also, the speed is calculated from the two-phase analog signal of the position detector and transmitted to the control device, and the position between ± 1 pulse is interpolated between the pulses of the position detection value using the speed calculation value in the control device. Some have reduced the vibration at the time of stop by obtaining (see, for example, Patent Document 2).

図8は、従来の第1のモータ制御装置の構成を示す図である。図において、81はモータ、82はエンコーダ、83は速度検出回路、84は位置偏差演算回路、85は速度偏差演算回路、86はトルク指令生成回路、87はモータ停止判定回路、88は不感帯形成回路を表す。
速度検出回路83は、エンコーダ82からの現在位置情報から現在速度を算出する。位置偏差演算回路84は、上位からの位置指令データとエンコーダ82からの現在位置データから位置偏差を算出する。速度偏差演算回路85は、位置偏差と現在速度から速度偏差を算出する。トルク指令生成回路86は、速度偏差をもとにトルク指令を出力する。モータ停止判定回路87は、位置指令と位置偏差からモータ停止判定信号を出力する。不感帯形成回路88は、モータ停止判定信号からトルク指令を調整して出力する。
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a conventional first motor control device. In the figure, 81 is a motor, 82 is an encoder, 83 is a speed detection circuit, 84 is a position deviation calculation circuit, 85 is a speed deviation calculation circuit, 86 is a torque command generation circuit, 87 is a motor stop determination circuit, and 88 is a dead zone forming circuit. Represents.
The speed detection circuit 83 calculates the current speed from the current position information from the encoder 82. The position deviation calculation circuit 84 calculates a position deviation from the position command data from the upper level and the current position data from the encoder 82. The speed deviation calculation circuit 85 calculates a speed deviation from the position deviation and the current speed. The torque command generation circuit 86 outputs a torque command based on the speed deviation. The motor stop determination circuit 87 outputs a motor stop determination signal from the position command and the position deviation. The dead zone forming circuit 88 adjusts and outputs a torque command from the motor stop determination signal.

モータが位置決め点付近に到達すると、位置指令が0となり、位置偏差が徐々に0に収束していく。モータ停止判定回路87は、位置指令が0であり、位置偏差が±1パルス以内の場合にモータ停止と判定し、モータ停止判定信号を不感帯形成回路88に出力する。
不感帯形成回路88は、トルク指令生成回路86のトルク指令の変動を観測し、モータ回転状態ではトルク指令生成回路86からのトルク指令をそのままモータに出力するが、モータ停止状態では、エンコーダの±1パルス変動に対するトルク指令生成回路86のトルク指令変化分を相殺するようにトルク指令を調整してモータに出力する。
When the motor reaches the vicinity of the positioning point, the position command becomes 0 and the position deviation gradually converges to 0. The motor stop determination circuit 87 determines that the motor is stopped when the position command is 0 and the position deviation is within ± 1 pulse, and outputs a motor stop determination signal to the dead zone forming circuit 88.
The dead zone forming circuit 88 observes the fluctuation of the torque command of the torque command generation circuit 86 and outputs the torque command from the torque command generation circuit 86 to the motor as it is in the motor rotation state, but ± 1 of the encoder in the motor stop state. The torque command is adjusted and output to the motor so as to cancel the torque command change of the torque command generation circuit 86 with respect to the pulse fluctuation.

よって、位置指令が0であり、位置偏差が0近傍でモータが位置決め点±1パルス以内ではトルク指令が一定となる不感帯が形成されることになり、エンコーダの±1パルス変動に対するモータの微振動を抑制することができる。
このように、従来の第1のモータ制御装置は、モータ停止状態で、エンコーダの±1パルス変動に対するトルク指令の不感帯を設けることでエンコーダの±1パルス変動に対するモータの微振動を抑制していた。
Therefore, a dead zone is formed in which the torque command is constant when the position command is 0, the position deviation is near 0, and the motor is within the positioning point ± 1 pulse, and the motor slightly vibrates against ± 1 pulse fluctuation of the encoder. Can be suppressed.
As described above, the conventional first motor control device suppresses the slight vibration of the motor with respect to the ± 1 pulse fluctuation of the encoder by providing the dead zone of the torque command with respect to the ± 1 pulse fluctuation of the encoder in the motor stopped state. .

図9は、従来の第2のモータ制御装置の構成を示す図である。図において、91は制御装置、92は検出器、93はサーボモータ、94は位置検出器、95は方形波発生器、96はカウンタ、97は速度信号生成部、98は位置信号補正部である。
図9において、速度信号生成部の原理について説明する。 第1アナログ信号をVa、第2アナログ信号をVbとする。ここで、式(1)に示すように、Vaの2乗とVbの2乗の和の平方根を計算する。
√((dVa/dt)^2+(dVb/dt)^2) ・・・ (1)
Va=a・sin(2πx/l)、Vb=a・cos(2πx/l)
ここで、aはアナログ信号の電圧振幅値、xは位置または角度、lはアナログ信号の周期であり、
(dVa/dt)=2π・a・cos(2πx/l)・(dx・dt)
(dVb/dt)=2π・a・sin(2πx/l)・(dx/dt)
cos^2(2πx/l)+sin^2(2πx/l)=1
であるので、式(1)は式(2)で表すことができる。
√((dVa/dt)^2+(dVb/dt)^2)
= √((dx/dt)^2・(2πx/l)^2)
= (2πa/l)・(dx/dt) ・・・ (2)
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a conventional second motor control device. In the figure, 91 is a control device, 92 is a detector, 93 is a servo motor, 94 is a position detector, 95 is a square wave generator, 96 is a counter, 97 is a velocity signal generator, and 98 is a position signal corrector. .
In FIG. 9, the principle of the speed signal generator will be described. The first analog signal is Va, and the second analog signal is Vb. Here, as shown in Expression (1), the square root of the sum of the square of Va and the square of Vb is calculated.
√ ((dVa / dt) ^ 2 + (dVb / dt) ^ 2) (1)
Va = a · sin (2πx / l), Vb = a · cos (2πx / l)
Here, a is the voltage amplitude value of the analog signal, x is the position or angle, l is the period of the analog signal,
(DVa / dt) = 2π · a · cos (2πx / l) · (dx · dt)
(DVb / dt) = 2π · a · sin (2πx / l) · (dx / dt)
cos ^ 2 (2πx / l) + sin ^ 2 (2πx / l) = 1
Therefore, Formula (1) can be expressed by Formula (2).
√ ((dVa / dt) ^ 2 + (dVb / dt) ^ 2)
= √ ((dx / dt) ^ 2 · (2πx / l) ^ 2)
= (2πa / l) · (dx / dt) (2)

よって、aおよびlは既知の定数なので、上述の演算を実行することにより、速度または角速度を計算することができる。
この速度信号はカウンタのパルス間にも出力されるので、この速度信号を用いて位置信号補正部によるパルス間の位置補正(例:速度信号の時間積分など)を実施すれば、精度の高いパルス間位置を算出できるので、停止時の1パルス振動を抑制することができる。
このように、従来の第2のモータ制御装置は、アナログ電圧信号を用いて、速度を推定し、パルス間の位置を補正することで、停止時の1パルス振動を抑制するのである。
Thus, since a and l are known constants, the velocity or angular velocity can be calculated by executing the above-described calculation.
Since this speed signal is also output between pulses of the counter, a pulse with high accuracy can be obtained by performing position correction (eg, time signal time integration) by the position signal correction unit using this speed signal. Since the inter-position can be calculated, one-pulse vibration at the time of stopping can be suppressed.
As described above, the conventional second motor control device uses the analog voltage signal to estimate the speed and correct the position between pulses, thereby suppressing one-pulse vibration at the time of stoppage.

特開2007−252093号公報(第2−3頁、図1)Japanese Patent Laying-Open No. 2007-252093 (page 2-3, FIG. 1) 特開2008−117262号公報(第3−4頁、図1)JP 2008-117262 A (page 3-4, FIG. 1)

従来の第1のモータ制御装置は、モータが±1パルス以内におさまっているが、ある速度で惰走している場合や、停止状態でも外乱が作用することにより、停止状態で実際に1パルス偏差が生じた場合にも不感帯があるために制御演算が作用しないため、結果として、2パルス以上の偏差が出てしまうという問題があった。
また、従来の第2のモータ制御装置は、通常の制御装置に対し、新しく位置検出器の2相アナログ信号から速度を算出し、算出した速度を伝送するためには、A/D、D/A、増幅器、伝送ケーブル等の新しいハードウェアを追加する必要があり、コストアップにつながるという問題があった。
In the first conventional motor control device, the motor is within ± 1 pulse. However, when the motor is coasting at a certain speed or when a disturbance is applied even in the stopped state, it is actually 1 pulse in the stopped state. Since there is a dead zone even when a deviation occurs, the control calculation does not work, and as a result, there is a problem that a deviation of 2 pulses or more occurs.
In addition, the conventional second motor control device newly calculates the speed from the two-phase analog signal of the position detector with respect to the normal control device, and transmits the calculated speed using A / D, D / A, it is necessary to add new hardware such as an amplifier, a transmission cable, etc., and there is a problem that the cost increases.

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、±1パルス以内になった場合に、電流検出値から速度の符号を推定し、速度の符号に応じてあるパターンの電流補償信号を電流指令値に補償することで、停止時の振動を、確実に簡単かつ安定に低減することができるモータ制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a problem. When the current is within 1 pulse, the sign of the speed is estimated from the detected current value, and a current compensation signal having a pattern according to the sign of the speed is provided. It is an object of the present invention to provide a motor control device that can reliably and stably reduce vibration at the time of stopping by compensating for the current command value.

上記課題を解決するために、本発明は、次のように構成したのである。
本発明の一の観点によるモータ制御装置は、位置検出器を有するモータに供給する電流を検出する電流検出器と、位置指令と位置検出値とを入力し前記位置指令と前記位置検出値とが一致するように制御演算を行い電流指令を出力する位置速度制御部と、前記電流指令と電流検出値とを入力し前記電流指令と前記電流検出値とが一致するように電圧指令を出力する電流制御部と、を備えたモータ制御装置において、前記電流検出値に基づいて速度の符号を検出して出力する速度方向検出部と、前記モータが±1パルス以内で停止していることを判別し停止状態とする停止判別部と、前記停止判別部が停止状態とする時のみ、前記電流指令を補償する電流補償信号を前記速度の符号に応じて演算して出力する補償信号演算部と、を備えたモータ制御装置が適用される。
In order to solve the above problems, the present invention is configured as follows.
A motor control device according to an aspect of the present invention includes a current detector that detects a current supplied to a motor having a position detector, a position command and a position detection value, and the position command and the position detection value. A position / velocity control unit that outputs a current command by performing a control calculation so as to match, and a current that outputs a voltage command so that the current command and the current detection value are matched by inputting the current command and the current detection value A control unit, and a speed direction detection unit that detects and outputs a sign of speed based on the detected current value, and determines that the motor is stopped within ± 1 pulse. A stop determination unit for setting a stop state, and a compensation signal calculation unit for calculating and outputting a current compensation signal for compensating the current command according to the sign of the speed only when the stop determination unit sets the stop state. Equipped motor Your device is applied.

請求項1乃至9に記載の発明によると、通常なら制御がかからない状態であるモータが±1パルス以内にある時に、速度の符号のみを算出し、モータの動作を押さえ込むように特定の電流指令パターンを速度の符号とは逆向きに補償することで、モータが1パルス以上動いてしまう現象を回避することができ、結果的に停止時の1パルスの振動を抑えることができる。
また、請求項に記載の発明によると、電流検出値のみを用いてモータの数学的モデルから速度を算出し符号を算出できるため、少しの演算量で停止時の1パルスの振動を抑えることができる。
また、請求項に記載の発明によると、電流検出値がトルクや加速度に比例する特性を利用して、電流検出値をフィルタ処理し積分演算するだけで速度の符号を算出できるため、より少ない演算量で停止時の1パルスの振動を抑えることができる。
また、請求項乃至または乃至に記載の発明によると、速度の符号に応じて予め決められた電流パターンを電流指令値に補償することで、簡単かつ安定に停止時の1パルスの振動を抑えることができる。
また、請求項に記載の発明によると、電圧指令と電流検出値からオブザーバにて誘起電圧を推定し、誘起電圧が速度に比例した値である特性を利用して、符号を判別するため、モータの数学的モデルが実機とずれていた場合もオブザーバにより補正がかかるため精度良く速度の符号を算出することができ、より停止時振動の抑制効果を高めることができる。
According to the first to ninth aspects of the present invention, when a motor that is not normally controlled is within ± 1 pulse, a specific current command pattern is calculated so that only the sign of the speed is calculated and the operation of the motor is suppressed. Is compensated in the direction opposite to the sign of the speed, a phenomenon in which the motor moves more than one pulse can be avoided, and as a result, vibration of one pulse at the time of stopping can be suppressed.
According to the first aspect of the present invention, since the speed can be calculated from the mathematical model of the motor using only the current detection value and the sign can be calculated, the vibration of one pulse at the time of stopping can be suppressed with a small amount of calculation. Can do.
According to the second aspect of the present invention, the sign of the speed can be calculated simply by filtering the current detection value and performing integral calculation using the characteristic that the current detection value is proportional to the torque and acceleration. The vibration of one pulse at the time of stop can be suppressed by the amount of calculation.
Further, according to the invention described in claims 3 to 5 or 7 to 9 , one pulse at the time of stoppage can be easily and stably compensated by compensating the current command value determined in advance according to the sign of the speed. Vibration can be suppressed.
According to the invention described in claim 6 , in order to determine the sign by using the characteristic that the induced voltage is estimated by the observer from the voltage command and the current detection value, and the induced voltage is a value proportional to the speed, Even when the mathematical model of the motor deviates from the actual machine, the correction is applied by the observer, so the sign of the speed can be calculated with high accuracy, and the effect of suppressing the vibration at the time of stopping can be further enhanced.

本発明の第1実施例を示すモータ制御装置の構成図The block diagram of the motor control apparatus which shows 1st Example of this invention. 本発明の第2実施例を示すモータ制御装置の構成図The block diagram of the motor control apparatus which shows 2nd Example of this invention. 本発明の実施例の位置・速度制御部の一例を示すブロック図The block diagram which shows an example of the position / speed control part of the Example of this invention 本発明の実施例の電流制御部の一例を示すブロック図The block diagram which shows an example of the current control part of the Example of this invention 本発明のモータの数学的モデル示すブロック図The block diagram which shows the mathematical model of the motor of this invention (a)本発明の電流補償信号compの第1のパターンを示す図(b)本発明の電流補償信号compの第2のパターンを示す図(c)本発明の電流補償信号compの第3のパターンを示す図(A) The figure which shows the 1st pattern of the current compensation signal comp of this invention (b) The figure which shows the 2nd pattern of the current compensation signal comp of this invention (c) The 3rd of the current compensation signal comp of this invention Diagram showing pattern (a)本発明を適用しない場合の波形図(b)本発明を適用した場合の波形図(A) Waveform diagram when the present invention is not applied (b) Waveform diagram when the present invention is applied 従来の第1のモータ制御装置の構成図Configuration diagram of conventional first motor control device 従来の第2のモータ制御装置の構成図Configuration diagram of conventional second motor control device

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の第1実施例を示すモータ制御装置の構成図である。図において、1はモータ、2は電流検出器、3は位置検出器、4は電流制御部、5は位置速度制御部、6は速度方向検出部、7は補償信号演算部、8は停止判別部を表す。
電流制御部4は、電流指令Irと電流検出値Iが一致するように制御演算を行い電圧指令Vを出力する。位置速度制御部5は、位置指令refおよび位置検出値xが一致するように制御演算を行い電流指令値Irefを出力する。速度方向検出部6は、モータが±1パルス間にある時の速度の符合を算出する。停止判別部8は、モータが±1パルス間にある停止状態かどうかを判断する。補償信号演算部7は、停止状態と判断されているときのみ、速度の符号に応じて予め決められたパターンの電流補償信号compを出力する。電流補償信号compは電流指令Irから減算され、補償後の電流指令Irが電流制御部4へ入力される。
本発明が従来技術と異なる部分は、速度方向検出部6と補償信号演算部7と停止判別部8とを備えた部分である。
FIG. 1 is a block diagram of a motor control apparatus showing a first embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a motor, 2 is a current detector, 3 is a position detector, 4 is a current control unit, 5 is a position speed control unit, 6 is a speed direction detection unit, 7 is a compensation signal calculation unit, and 8 is a stop determination. Represents a part.
The current control unit 4 performs a control calculation so that the current command Ir and the current detection value I coincide with each other, and outputs a voltage command V. The position speed control unit 5 performs a control calculation so that the position command ref and the position detection value x match, and outputs a current command value Iref. The speed direction detector 6 calculates the sign of the speed when the motor is within ± 1 pulse. The stop determination unit 8 determines whether or not the motor is in a stop state between ± 1 pulse. The compensation signal calculation unit 7 outputs a current compensation signal comp having a pattern determined in advance according to the sign of the speed only when it is determined to be in a stopped state. The current compensation signal comp is subtracted from the current command Ir, and the compensated current command Ir is input to the current control unit 4.
The present invention is different from the prior art in that it includes a speed direction detection unit 6, a compensation signal calculation unit 7, and a stop determination unit 8.

以下、図1に示す各構成要素毎の詳細を図を用いて説明する。
図3は、位置速度制御部5の詳細を示すブロック図である。Kpは位置制御比例ゲイン、Kvは速度制御比例ゲイン、Kiは速度制御積分ゲイン、Jnは慣性モーメントノミナル値Ktはトルク定数、sはラプラス演算子で微分を表す。
位置速度制御部5では指令refと位置検出値xを入力し、式(3)から式(8)を演算し、最終的に電流指令値Irefを計算する。
vref = Kp・(ref − x) ・・・ (3)
vfb = x・s ・・・ (4)
aref = Kv・(vref − vfb) ・・・ (5)
sref = Ki・aref/s ・・・ (6)
tref = Jn・(aref+sref) ・・・ (7)
Iref = tref/Kt ・・・ (8)
次に、式(9)にて、位置速度制御部5で算出されたIrefから、後述する電流補償信号compを減じて、電流制御部4へ入力される電流指令値Irを求める。
Ir = Iref −comp ・・・ (9)
Details of each component shown in FIG. 1 will be described below with reference to the drawings.
FIG. 3 is a block diagram showing details of the position / speed controller 5. Kp is a position control proportional gain, Kv is a speed control proportional gain, Ki is a speed control integral gain, Jn is a moment of inertia nominal value Kt is a torque constant, and s is a Laplace operator.
The position speed control unit 5 inputs the command ref and the position detection value x, calculates the equation (8) from the equations (3), and finally calculates the current command value Iref.
vref = Kp · (ref−x) (3)
vfb = x · s (4)
aref = Kv · (vref−vfb) (5)
sref = Ki · aref / s (6)
tref = Jn · (aref + sref) (7)
Iref = tref / Kt (8)
Next, a current command value Ir to be input to the current control unit 4 is obtained by subtracting a later-described current compensation signal comp from Iref calculated by the position / speed control unit 5 using Equation (9).
Ir = Iref−comp (9)

図4は、電流制御部4の詳細を示すブロック図である。KpIは電流制御比例ゲイン、KiI電流制御積分ゲインを表す。
電流制御部4では電流指令Irと電流検出値Iを入力し、式(10)から式(12)を演算し、最終的に電圧指令Vを出力する。
Iaref = KpI・(Ir − I) ・・・ (10)
Isref = KiI・Iaref/s ・・・ (11)
V = Iaref + Isref ・・・ (12)
FIG. 4 is a block diagram showing details of the current control unit 4. KpI represents a current control proportional gain and a KiI current control integral gain.
The current control unit 4 inputs the current command Ir and the current detection value I, calculates the formula (12) from the formula (10), and finally outputs the voltage command V.
Iaref = KpI · (Ir−I) (10)
Isref = KiI · Iaref / s (11)
V = Iaref + Isref (12)

図5は、モータのモデルを示すブロック図である。51は電気回路部、Lはインダクタンス、Rは抵抗を表す。52のKtはトルク定数を表し、電流とトルクを変換する。53はモータ機械モデルを表し、Jはモータ慣性モーメントを表す。54は積分器を表し、モータ速度ωを時間積分しモータ位置xとなる。55のKeは誘起電圧定数を表し、速度に比例した誘起電圧Eを発生する。
図1における速度方向検出部6では、図5のモデルを利用して速度の符号を判別する。図5から分かるように、電流値IにKtを乗じて1/(J・s)したものが速度ωである。ここで、KtやJの値を用いてωを算出してもよいが、実際にはKtやJは定数であるため符号には関係ない。従って、式(13)のように、速度の符号は電流値Iを時間積分した信号の符号を調べれば分かることになる。
sgn = sgn{∫Idt} ・・・ (13)
FIG. 5 is a block diagram showing a motor model. 51 represents an electric circuit part, L represents an inductance, and R represents a resistance. Kt of 52 represents a torque constant, and converts current and torque. 53 represents a motor machine model, and J represents a motor moment of inertia. Reference numeral 54 denotes an integrator, which integrates the motor speed ω with time to obtain the motor position x. Ke of 55 represents an induced voltage constant and generates an induced voltage E proportional to the speed.
The speed direction detection unit 6 in FIG. 1 determines the sign of speed using the model in FIG. As can be seen from FIG. 5, the speed ω is obtained by multiplying the current value I by Kt and 1 / (J · s). Here, ω may be calculated using the values of Kt and J, but in reality, Kt and J are constants and are not related to the sign. Therefore, as in equation (13), the sign of the speed can be understood by examining the sign of the signal obtained by integrating the current value I over time.
sgn = sgn {∫Idt} (13)

また、一定外乱などがある場合、電流指令Irに一定外乱分のオフセットが重畳するため、積分すると積分値が増大する。これを回避するために、一定外乱を除去するため電流値Iをハイパスフィルタに通した後に、積分した信号の符号を検出することにより速度の符号を導出してもよい。
更に、符号を判別する際に、判別する信号にノイズがあり、信号が小さい値のときに誤検出する場合は、判別する信号に不感帯を設けても良い。
このように、図1における速度方向検出部6の処理は、速度の符号が判別できる方法であればどのように構成しても問題ない。
Further, when there is a constant disturbance or the like, an offset corresponding to the constant disturbance is superimposed on the current command Ir, so that the integral value increases when integrated. In order to avoid this, the sign of velocity may be derived by detecting the sign of the integrated signal after passing the current value I through a high-pass filter in order to remove a constant disturbance.
Furthermore, when determining the code, if the signal to be determined has noise and is erroneously detected when the signal has a small value, a dead zone may be provided in the signal to be determined.
In this way, the processing of the speed direction detection unit 6 in FIG. 1 can be configured in any way as long as it is a method that can determine the sign of speed.

図6は、補償信号演算部7で発生する電流補償信号compのパターンを示す図である。補償信号演算部7では、停止判別部8でモータが±1パルス以内に停止している状態と判別されている間のみ、速度方向検出部6で検出された速度の符号sgnに応じて、図6の(a),(b),(c)のようなパターンの電流補償信号compを発生する。
電流補償信号compの最良のパターンは、モータ1や電流制御部4の特性などによって異なるが、予め試行錯誤的にパターンを設定すればよいが、たいていの場合、図6の(a),(b),(c)のいずれかで効果がある。(a)は速度の符号に応じた大きさGの矩形パルスである。Gの値は調整で求める。(b)と(c)は同じ方向に符号が連続して続いている間は、ある比率で徐々に電流補償信号compを大きくあるいは小さくしていくパターンである。比率は0.9や1.2など効果に応じて決定すればよい。また,慣性モーメントやエンコーダビット数に応じて、Gや比率の値を変えるようにしてもよい。
また、前述した(a)(b)(c)のパターンにある大きさのオフセットを加えてもよい。オフセットの値は調整してもよいし、例えば、停止状態に入った瞬間の電流指令Irefの値の大きさ分のオフセットを加えてもよい。
FIG. 6 is a diagram illustrating a pattern of the current compensation signal comp generated by the compensation signal calculation unit 7. In the compensation signal calculation unit 7, only when the stop determination unit 8 determines that the motor is stopped within ± 1 pulse, according to the speed code sgn detected by the speed direction detection unit 6. 6 generates a current compensation signal comp having a pattern as shown in (a), (b), and (c) of FIG.
Although the best pattern of the current compensation signal comp varies depending on the characteristics of the motor 1 and the current control unit 4 and the like, the pattern may be set in advance by trial and error, but in most cases, (a) and (b) in FIG. ) Or (c) is effective. (A) is a rectangular pulse having a size G corresponding to the sign of the speed. The value of G is obtained by adjustment. (B) and (c) are patterns in which the current compensation signal comp is gradually increased or decreased at a certain ratio while the codes continue in the same direction. The ratio may be determined according to the effect such as 0.9 or 1.2. Further, the value of G or the ratio may be changed according to the moment of inertia and the number of encoder bits.
Moreover, you may add the offset of the magnitude | size which exists in the pattern of (a) (b) (c) mentioned above. The offset value may be adjusted, for example, an offset corresponding to the magnitude of the value of the current command Iref at the moment of entering the stop state may be added.

停止判別部8の処理は、モータ1が±1パルス以内に停止している状態を判別できればどのような処理を行っても良いが、例えば、位置指令と位置検出値を監視しておき、位置指令が発生していない状態で位置検出値が±1パルス以内にあるかどうかを判別すればよい。 The process of the stop determination unit 8 may be any process as long as it can be determined that the motor 1 is stopped within ± 1 pulse. For example, the position command and the position detection value are monitored, What is necessary is just to discriminate | determine whether a position detection value exists in less than +/- 1 pulse in the state in which instruction | command has not generate | occur | produced.

図7(a)は本発明を適用しない場合、図7(b)は本発明を適用した場合の位置応答と位置偏差の波形図である。本発明を使用しない場合は停止時に±1パルスの振動が持続的に発生するが、本発明を使用することにより停止時の±1パルスの振動抑制されているのが分かる。
このように、通常なら制御がかからない状態であるモータが±1パルス以内にある時に、速度の符号のみを算出し、モータの動作を押さえ込むように特定の電流指令パターンを速度の符号とは逆向きに補償することで、モータが1パルス以上動いてしまう現象を回避することができ、結果的に停止時の1パルスの振動を抑えることができる。
7A is a waveform diagram of position response and position deviation when the present invention is not applied, and FIG. 7B is a waveform diagram of position response and position deviation when the present invention is applied. When the present invention is not used, ± 1 pulse vibration is continuously generated at the time of stopping, but it can be seen that ± 1 pulse vibration at the time of stopping is suppressed by using the present invention.
In this way, when the motor that is normally not controlled is within ± 1 pulse, only the sign of the speed is calculated, and the specific current command pattern is opposite to the sign of the speed so as to suppress the operation of the motor By compensating for the above, it is possible to avoid the phenomenon that the motor moves more than one pulse, and as a result, it is possible to suppress the vibration of one pulse when stopped.

図2は本発明の第2実施例を示すモータ制御装置の構成図である。実施例1と異なる点は、速度方向検出部6への入力が電流検出値Iのみでなく、電圧指令Vが追加されている点である。本実施例では、速度方向検出部6にて速度の符号sgnを検出する際に、電圧指令Vと電流検出値Iからオブザーバを構成し誘起電圧推定値を推定する。誘起電圧は速度に比例する定数であるため、誘起電圧推定値の符号を判別することで速度の符号を調べるのである。
図1における速度方向検出部6で使用する誘起電圧を推定するオブザーバでは、図5のモデルを用いて以下の式(14)のように誘起電圧Eの推定値Ehatを算出する。
Ehat = g/(s+g)・{I・(Ls+R)−V} ・・・ (14)
また、式(15)にように簡略化した形で構成しても良い。
Ehat = I−V/(Ls+R) ・・・ (15)
ここで、gはオブザーバ推定ゲインを表し、誘起電圧推定値の波形がノイズの影響で汚くならない程度の大きな値を設定すればよい。
このように、電圧指令Irと電流検出値Iからオブザーバにて誘起電圧を推定し、誘起電圧が速度に比例した値である特性を利用して、速度の符号sgnを判別するため、モータの数学的モデルが実機とずれていた場合もオブザーバにより補正がかかるため、精度良く速度の符号sgnを算出することができ、より停止時振動の抑制効果を高めることができる。
FIG. 2 is a block diagram of a motor control apparatus showing a second embodiment of the present invention. The difference from the first embodiment is that not only the current detection value I but also a voltage command V is added to the speed direction detection unit 6. In this embodiment, when the speed direction detection unit 6 detects the speed code sgn, an observer is formed from the voltage command V and the current detection value I to estimate the induced voltage estimated value. Since the induced voltage is a constant proportional to the speed, the sign of the speed is checked by determining the sign of the induced voltage estimated value.
The observer for estimating the induced voltage used in the speed direction detection unit 6 in FIG. 1 calculates the estimated value Ehat of the induced voltage E as shown in the following equation (14) using the model in FIG.
Ehat = g / (s + g) · {I · (Ls + R) −V} (14)
Moreover, you may comprise in the simplified form like Formula (15).
Ehat = IV / (Ls + R) (15)
Here, g represents an observer estimated gain, and it may be set to a large value such that the waveform of the induced voltage estimated value does not become dirty due to the influence of noise.
In this way, the induced voltage is estimated by the observer from the voltage command Ir and the detected current value I, and the sign of the speed sgn is determined using the characteristic that the induced voltage is a value proportional to the speed. Even when the target model deviates from the actual machine, correction is applied by the observer, so that the speed code sgn can be calculated with high accuracy, and the effect of suppressing vibration at the time of stopping can be further enhanced.

デジタル制御時に、±1パルス以内にモータがある状態で速度の符号を電流検出値から算出し、±1パルス以上動作しないように速度の符号と逆方向に電流補償値を加えることで停止時振動を抑制できるため、回転機のみならず直動のリニアモータという用途にも適用できる。 During digital control, the speed sign is calculated from the current detection value when the motor is within ± 1 pulse, and the vibration at stop is applied by adding a current compensation value in the direction opposite to the speed sign so as not to operate more than ± 1 pulse. Therefore, it can be applied not only to a rotating machine but also to a linear motion linear motor.

1 モータ
2 電流検出器
3 位置検出器
4 電流制御部
5 位置・速度制御部
6 速度方向検出部
7 補償信号演算部
8 停止判別部
31 位置制御比例ゲイン
32 速度制御比例ゲイン
33 積分制御器
34 慣性モーメントノミナル値
35 トルク定数Ktの逆数
41 電流制御比例ゲイン
42 電流制御積分ゲイン
51 モータ電気回路
52 トルク定数
53 モータ機械
54 積分
55 誘起電圧定数
81 モータ
82 エンコーダ
83 速度検出回路
84 位置偏差演算回路
85 速度偏差演算回路
86 トルク指令生成回路
87 モータ停止判定回路
88 不感帯形成回路
91 制御装置
92 検出器
93 サーボモータ
94 位置検出器
95 方形波発生器
96 位置カウンタ
98 位置信号補正部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Motor 2 Current detector 3 Position detector 4 Current control part 5 Position / speed control part 6 Speed direction detection part 7 Compensation signal calculation part 8 Stop determination part 31 Position control proportional gain 32 Speed control proportional gain 33 Integration controller 34 Inertia Moment nominal value 35 Reciprocal of torque constant Kt 41 Current control proportional gain 42 Current control integral gain 51 Motor electrical circuit 52 Torque constant 53 Motor machine 54 Integration 55 Induced voltage constant 81 Motor 82 Encoder 83 Speed detection circuit 84 Position deviation calculation circuit 85 Speed Deviation calculation circuit 86 Torque command generation circuit 87 Motor stop determination circuit 88 Dead band formation circuit 91 Control device 92 Detector 93 Servo motor 94 Position detector 95 Square wave generator 96 Position counter 98 Position signal correction unit

Claims (9)

位置検出器を有するモータに供給する電流を検出する電流検出器と、位置指令と位置検出値とを入力し前記位置指令と前記位置検出値とが一致するように制御演算を行い電流指令を出力する位置速度制御部と、前記電流指令と電流検出値とを入力し前記電流指令と前記電流検出値とが一致するように電圧指令を出力する電流制御部と、を備えたモータ制御装置において、
前記電流検出値を時間積分した信号の符号に基づいて速度の符号を検出して出力する速度方向検出部と、
前記モータが±1パルス以内で停止していることを判別し停止状態とする停止判別部と、
前記停止判別部が停止状態とする時のみ、前記電流指令を補償する電流補償信号を前記速度の符号に応じて演算して出力する補償信号演算部と、を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
A current detector that detects the current supplied to a motor having a position detector, and a position command and a position detection value are input, a control calculation is performed so that the position command and the position detection value match, and a current command is output. In a motor control device comprising: a position / speed control unit, and a current control unit that inputs the current command and the current detection value and outputs a voltage command so that the current command and the current detection value match.
A speed direction detector that detects and outputs a sign of speed based on a sign of a signal obtained by time-integrating the current detection value;
A stop determining unit that determines that the motor is stopped within ± 1 pulse and sets the motor to a stopped state;
A motor control comprising: a compensation signal calculation unit that calculates and outputs a current compensation signal for compensating the current command according to the sign of the speed only when the stop determination unit is in a stop state. apparatus.
位置検出器を有するモータに供給する電流を検出する電流検出器と、位置指令と位置検出値とを入力し前記位置指令と前記位置検出値とが一致するように制御演算を行い電流指令を出力する位置速度制御部と、前記電流指令と電流検出値とを入力し前記電流指令と前記電流検出値とが一致するように電圧指令を出力する電流制御部と、を備えたモータ制御装置において、
前記電流検出値に基づいて速度の符号を検出して出力する速度方向検出部と、
前記モータが±1パルス以内で停止していることを判別し停止状態とする停止判別部と、
前記停止判別部が停止状態とする時のみ、前記電流指令を補償する電流補償信号を前記速度の符号に応じて演算して出力する補償信号演算部と、
ハイパスフィルタと、を備え、
前記速度方向検出部が、前記電流検出値を前記ハイパスフィルタに通した後に積分した信号の符号に基づいて前記速度の符号を検出することを特徴とするモータ制御装置。
A current detector that detects the current supplied to a motor having a position detector, and a position command and a position detection value are input, a control calculation is performed so that the position command and the position detection value match, and a current command is output. In a motor control device comprising: a position / speed control unit, and a current control unit that inputs the current command and the current detection value and outputs a voltage command so that the current command and the current detection value match.
A speed direction detector that detects and outputs a sign of speed based on the detected current value;
A stop determining unit that determines that the motor is stopped within ± 1 pulse and sets the motor to a stopped state;
A compensation signal calculation unit that calculates and outputs a current compensation signal for compensating the current command according to the sign of the speed only when the stop determination unit is in a stop state;
A high-pass filter,
The motor control device, wherein the speed direction detection unit detects a sign of the speed based on a sign of a signal integrated after passing the current detection value through the high-pass filter.
位置検出器を有するモータに供給する電流を検出する電流検出器と、位置指令と位置検出値とを入力し前記位置指令と前記位置検出値とが一致するように制御演算を行い電流指令を出力する位置速度制御部と、前記電流指令と電流検出値とを入力し前記電流指令と前記電流検出値とが一致するように電圧指令を出力する電流制御部と、を備えたモータ制御装置において、
前記電流検出値に基づいて速度の符号を検出して出力する速度方向検出部と、
前記モータが±1パルス以内で停止していることを判別し停止状態とする停止判別部と、
前記停止判別部が停止状態とする時のみ、前記電流指令を補償する電流補償信号を前記速度の符号に応じて演算して出力する補償信号演算部と、を備え、
前記電流補償信号が、前記速度の符号に応じた、予め決められた電流パターンであることを特徴とするモータ制御装置。
A current detector that detects the current supplied to a motor having a position detector, and a position command and a position detection value are input, a control calculation is performed so that the position command and the position detection value match, and a current command is output. In a motor control device comprising: a position / speed control unit, and a current control unit that inputs the current command and the current detection value and outputs a voltage command so that the current command and the current detection value match.
A speed direction detector that detects and outputs a sign of speed based on the detected current value;
A stop determining unit that determines that the motor is stopped within ± 1 pulse and sets the motor to a stopped state;
A compensation signal calculation unit that calculates and outputs a current compensation signal for compensating the current command according to the sign of the speed only when the stop determination unit is in a stop state,
The motor controller according to claim 1, wherein the current compensation signal is a predetermined current pattern corresponding to the sign of the speed.
前記電流パターンは、ある一定の大きさの矩形信号であることを特徴とする請求項記載のモータ制御装置。 4. The motor control device according to claim 3 , wherein the current pattern is a rectangular signal having a certain size. 前記電流パターンは、ある傾きをもって前記電流補償信号を増大あるいは減少させるパターン信号であることを特徴とする請求項記載のモータ制御装置。 4. The motor control apparatus according to claim 3 , wherein the current pattern is a pattern signal that increases or decreases the current compensation signal with a certain inclination. 位置検出器を有するモータに供給する電流を検出する電流検出器と、位置指令と位置検出値とを入力し前記位置指令と前記位置検出値とが一致するように制御演算を行い電流指令を出力する位置速度制御部と、前記電流指令と電流検出値とを入力し前記電流指令と前記電流検出値とが一致するように電圧指令を出力する電流制御部と、を備えたモータ制御装置において、
前記電圧指令と前記電流検出値とに基づいて誘起電圧推定値を演算し、前記誘起電圧推定値の符号に基づいて速度の符号を検出して出力する速度方向検出部と、
前記モータが±1パルス以内で停止していることを判別し停止状態とする停止判別部と、
前記停止判別部が停止状態とする時のみ、前記電流指令を補償する電流補償信号を前記速度の符号に応じて演算して出力する補償信号演算部と、を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
A current detector that detects the current supplied to a motor having a position detector, and a position command and a position detection value are input, a control calculation is performed so that the position command and the position detection value match, and a current command is output. In a motor control device comprising: a position / speed control unit, and a current control unit that inputs the current command and the current detection value and outputs a voltage command so that the current command and the current detection value match.
A speed direction detection unit that calculates an induced voltage estimated value based on the voltage command and the current detection value, detects a sign of speed based on the sign of the induced voltage estimated value, and outputs the detected speed sign;
A stop determining unit that determines that the motor is stopped within ± 1 pulse and sets the motor to a stopped state;
A motor control comprising: a compensation signal calculation unit that calculates and outputs a current compensation signal for compensating the current command according to the sign of the speed only when the stop determination unit is in a stop state. apparatus.
位置検出器を有するモータに供給する電流を検出する電流検出器と、位置指令と位置検出値とを入力し前記位置指令と前記位置検出値とが一致するように制御演算を行い電流指令を出力する位置速度制御部と、前記電流指令と電流検出値とを入力し前記電流指令と前記電流検出値とが一致するように電圧指令を出力する電流制御部と、を備えたモータ制御装置において、
前記電圧指令と前記電流検出値とに基づいて速度の符号を検出して出力する速度方向検出部と、
前記モータが±1パルス以内で停止していることを判別し停止状態とする停止判別部と、
前記停止判別部が停止状態とする時のみ、前記電流指令を補償する電流補償信号を前記速度の符号に応じて演算して出力する補償信号演算部と、を備え、
前記電流補償信号が、前記速度の符号に応じた、予め決められた電流パターンであることを特徴とするモータ制御装置。
A current detector that detects the current supplied to a motor having a position detector, and a position command and a position detection value are input, a control calculation is performed so that the position command and the position detection value match, and a current command is output. In a motor control device comprising: a position / speed control unit, and a current control unit that inputs the current command and the current detection value and outputs a voltage command so that the current command and the current detection value match.
A speed direction detector that detects and outputs a sign of speed based on the voltage command and the current detection value;
A stop determining unit that determines that the motor is stopped within ± 1 pulse and sets the motor to a stopped state;
A compensation signal calculation unit that calculates and outputs a current compensation signal for compensating the current command according to the sign of the speed only when the stop determination unit is in a stop state,
The motor controller according to claim 1, wherein the current compensation signal is a predetermined current pattern corresponding to the sign of the speed.
前記電流パターンは、ある一定の大きさの矩形信号であることを特徴とする請求項記載のモータ制御装置。 8. The motor control device according to claim 7 , wherein the current pattern is a rectangular signal having a certain size. 前記電流パターンは、ある傾きをもって前記電流補償信号を増大あるいは減少させるパターン信号であることを特徴とする請求項記載のモータ制御装置。 8. The motor control device according to claim 7 , wherein the current pattern is a pattern signal that increases or decreases the current compensation signal with a certain inclination.
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