JP5642276B2 - Motor control device - Google Patents
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Description
本発明は、モータ制御装置に関する。 The present invention relates to a motor control device.
半導体製造装置、電子部品実装機、工作機械などの各種産業機械においては、モータの駆動を利用した位置決め制御が広く行われている。これらの産業機械を使用するにあたり、位置決め制御時の電力をなるべく小さくしたいという要望がある。 In various industrial machines such as a semiconductor manufacturing apparatus, an electronic component mounting machine, and a machine tool, positioning control using a motor drive is widely performed. In using these industrial machines, there is a desire to reduce the power during positioning control as much as possible.
特許文献1には、位置決め制御用の指令値に着目して、指令速度の形状を放物線状にして位置決め制御することにより、駆動電流の2乗積分を位置決め動作中積分した値が最小にする技術が開示されている。
また、特許文献2には、指令値(動作パス)に着目し、駆動装置における電力損失(動作パスの電流の平均二乗)と、エンジンの回転数に基づく電力損失(動作パスの回転数の平均二乗積分)の和が小さくなるように動作パスにおける加速度や速度を調整することが開示されている。
しかしながら、特許文献1の技術では、電流の二乗積分に着目している。電流の二乗積分は銅損とよばれる損失に相当し、損失は主に熱となる。銅損は消費電力量の一部ではあるが、位置決め動作時の消費電力量のすべてを占めるものではない。したがって、特許文献1の技術は、発生する熱を最小にしていることにはなるが、消費電力量を小さくしていることに相当していない。位置決め制御動作は、モータを停止状態から加速させた後、所定の移動距離に近づいたら減速停止させる動作であり、この動作を行うためには、熱となってしまう損失とは別に電力が必要である。
However, the technique of
特許文献2の方法も、回転数の平均二乗積分では、位置決め動作に必要な加速、減速動作に要する消費電力を加味して、消費電力が小さくなる位置決め制御用の指令値を生成することができない。
In the method of
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、位置決め制御に要する消費電力量を可及的に低減するモータ制御装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a motor control device that reduces power consumption required for positioning control as much as possible.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、モータの動作が位置指令値に追従するように前記モータを駆動する電流を生成するモータ駆動アンプに対し、前記位置指令値を生成して供給するモータ制御装置であって、移動距離および位置決め時間の入力を受け付ける入力受け付け部と、生成する位置指令値の推移を定義する生成パターンであって当該推移を調整するためのパラメータを備える生成パターンを記憶する生成パターン記憶部と、前記入力受け付け部が受け付けた移動距離および位置決め時間を満たすように前記生成パターンのパラメータを複数生成するパラメータ生成部と、前記パラメータ生成部が生成した複数のパラメータを前記生成パターンに夫々適用し、前記パラメータを適用した後の夫々の生成パターンに基づいて前記モータの電流および速度を求め、前記求めた電流および速度から、前記モータが位置指令値に追従した際の消費電力量を前記パラメータ毎に算出する消費電力量算出部と、前記パラメータ毎に算出された消費電力量に基づいて、前記パラメータ生成部が生成した複数のパラメータのうちから消費電力量が最も小さいパラメータを選択するパラメータ選択部と、前記パラメータ選択部が選択したパラメータが適用された生成パターンに基づいて前記モータ駆動アンプに供給する位置指令値を生成する指令生成部と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention provides the position command value to a motor drive amplifier that generates a current for driving the motor so that the operation of the motor follows the position command value. A motor control device that generates and supplies an input receiving unit that receives an input of a moving distance and positioning time, and a generation pattern that defines a transition of a position command value to be generated, and parameters for adjusting the transition A generation pattern storage unit that stores a generation pattern, a parameter generation unit that generates a plurality of parameters of the generation pattern so as to satisfy the movement distance and positioning time received by the input reception unit, and a plurality of parameters generated by the parameter generation unit Each parameter is applied to the generation pattern, and each generation pattern after the parameter is applied A power consumption amount calculating unit that calculates a power consumption amount for each parameter when the motor follows a position command value from the obtained current and speed, and for each parameter; The parameter selection unit that selects the parameter with the smallest power consumption out of the plurality of parameters generated by the parameter generation unit based on the power consumption calculated in step (b), and the parameter selected by the parameter selection unit are applied. A command generation unit that generates a position command value to be supplied to the motor drive amplifier based on the generated pattern .
本発明によれば、損失Lだけでなく仕事Wを考慮した消費電力量が最小となるように位置指令値を生成するので、位置決め制御に要する消費電力量を可及的に低減することができるという効果を奏する。 According to the present invention, since the position command value is generated so that the power consumption considering not only the loss L but also the work W is minimized, the power consumption required for positioning control can be reduced as much as possible. There is an effect.
以下に、本発明にかかるモータ制御装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Embodiments of a motor control device according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1のモータ制御装置を使用するシステムの構成例を説明するブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a system that uses the motor control device according to the first embodiment of the present invention.
モータ1は、後述するモータ駆動アンプ部4から電流22を供給されることにより動作する。エンコーダ2は、モータ1の位置や速度などのモータ情報23を検出する。機械負荷3は、モータ1が与えるトルク、推力などの駆動力21により駆動される。機械負荷3は、例えば、ボールネジ機構が該当する。
The
モータ制御装置7は、上位装置から、移動距離D、位置決め時間T、最大加速度Amax、および最大速度Vmaxを含む指令値生成情報100が入力され、当該入力された指令値生成情報100に基づいて、モータ1もしくは機械負荷3を位置決め動作させるための参照信号である位置指令値24を生成する。ここで、移動距離Dは、モータ1もしくは機械負荷3が位置決め動作される移動量を表し、位置決め時間Tは、位置指令値が開始されてから目標位置Dに到達するまでの時間、最大加速度Amaxは位置指令値の2階微分である指令加速度の許容できる最大値、最大速度Vmaxは位置指令値の一階微分である指令速度の許容できる最大値を表す。
The motor control device 7 receives command
ここで、モータ制御装置7は、上位装置から、機械運動情報101、仕事計算情報および損失計算情報(ここでは、仕事計算情報および損失計算情報を仕事/損失計算情報102と総称する)が入力され、位置決め時間Tの間に移動距離Dだけモータ1または機械負荷3を動作させるための消費電力量が可及的に小さくするように位置指令値24を算出する。機械運動情報101、仕事/損失計算情報102の詳細については後述する。なお、上位装置は例えばプログラマブルコントローラ(PLC)が該当する。
Here, the motor control device 7 receives mechanical motion information 101, work calculation information, and loss calculation information (here, the work calculation information and loss calculation information are collectively referred to as work / loss calculation information 102) from the host device. The
モータ駆動アンプ部4は、モータ制御装置7が生成する位置指令値24にモータ1の位置が追従するようにモータ1を駆動する電流を生成し、生成した電流をモータ1に供給する。モータ1としてサーボモータが採用されている場合、サーボアンプがモータ駆動アンプ部4に該当する。モータ駆動アンプ部4には、例えば位置指令値24に追従させるためのフィードバック制御系が実装される。具体的には、位置指令値24はモータ1の位置の参照信号として与えられ、モータ情報23はモータ1の検出位置で与えられ、モータ駆動アンプ部4は、モータ1の検出位置が位置指令値24に追従するように電流指令値を計算する。そして、計算した電流指令値に基づいて、PWMインバータなどの電力変換器により、モータ1を駆動する電流を生成する。
The motor drive amplifier unit 4 generates a current for driving the
電源5は、モータ駆動アンプ部4が電流を発生させるための電力25を供給する電源であり、例えば3相交流電源や単相交流電源がこれに該当する。回生抵抗6は、モータ1が回生状態になったときの回生エネルギー26を消費させるための抵抗である。
The
図2は、位置決め制御に要する消費電力量を可及的に低減するように位置指令値24を算出するための本実施の形態1のモータ制御装置7の機能構成を説明する図である。図示するように、モータ制御装置7は、指令値曲線(生成パターン)群103を記憶する指令値曲線記憶部(生成パターン記憶部)71と、入力受け付け部72と、指令値曲線選択部73と、パラメータセット生成部(パラメータ生成部)74と、消費電力量算出部75と、パラメータセット選択部(パラメータ選択部)76と、指令生成部77とを備えている。
FIG. 2 is a diagram illustrating a functional configuration of the motor control device 7 of the first embodiment for calculating the
入力受け付け部72は、指令値生成情報100、機械運動情報101、および仕事/損失計算情報102の入力を受け付ける。
The
機械運動情報101とは、モータ1が位置指令値24に追従して動作したときに、モータ1に発生する電流、モータ速度が、どのような値になるかを表す情報であり、例えば運動方程式がこれに該当する。以下に、機械運動情報101の具体例を説明する。
The machine motion information 101 is information indicating what values the current and motor speed generated in the
モータ駆動アンプ部4は位置指令値24に追従するように制御を行うので、ある位置指令値24を用いて位置決め制御したときの速度は位置指令値24の一階微分である速度指令に等しい。したがって、モータ速度は位置指令値24を一階微分することにより求めることができる。モータ1のイナーシャとモータ1が回転したときに可動する機械負荷3のイナーシャを合計した総イナーシャJと、モータ1に電流が発生したときのトルクが発生する比例乗数であるモータ1のトルク定数Ktと、モータ1の速度に比例して発生する粘性摩擦係数Cdと、モータ1の回転方向と反対方向にかかる一定の摩擦力であるクーロン摩擦Ccの情報を用いて、モータ1に発生する時刻tにおける電流I(t)とモータの速度v(t)、加速度a(t)との関係を表す運動方程式は、
J・a(t)=Kt・I(t)−Cd・v(t)−Cc (1)
となる。この式に速度v(t)に位置指令値24の一階微分である指令速度v*(t)を、加速度a(t)に位置指令値24の二階微分である指令加速度a*(t)を夫々代入すると、式(1)の運動方程式は、
I(t)=(1/Kt)・(J・a*(t)+Cd・v*(t)+Cc) (2)
と変形できる。この場合の機械運動情報101は、モータ速度v(t)が位置指令値24を一階微分した値に等しいこと、および式(2)の関係式が該当する。Since the motor drive amplifier unit 4 performs control so as to follow the
J.a (t) = Kt.I (t) -Cd.v (t) -Cc (1)
It becomes. In this equation, the command speed v * (t) which is the first derivative of the
I (t) = (1 / Kt) · (J · a * (t) + Cd · v * (t) + Cc) (2)
And can be transformed. The machine motion information 101 in this case corresponds to the fact that the motor speed v (t) is equal to the value obtained by first-order differentiation of the
なお、機械運動情報101は、式(2)に示す運動方程式そのものとするのではなく、当該運動方程式に含まれるパラメータ(J,Kt,Cd,Cc)を変数とした式(2)の運動方程式をモータ制御装置7内に予め保持しておき、機械運動情報101としてパラメータ(J,Kt,Cd,Cc)が入力されるようにしてもよい。さらに、機械運動情報101自体をモータ制御装置7内に予め保持しておき、機械運動情報101の入力を不要とするように構成してもよい。 The mechanical motion information 101 is not the motion equation itself shown in Equation (2), but the equation of motion of Equation (2) using the parameters (J, Kt, Cd, Cc) included in the motion equation as variables. May be held in the motor control device 7 in advance, and parameters (J, Kt, Cd, Cc) may be input as the machine motion information 101. Furthermore, the machine motion information 101 itself may be held in the motor control device 7 in advance so that the input of the machine motion information 101 is unnecessary.
さらに、機械負荷3の共振特性およびモータ駆動アンプ部4のフィードバック制御系を考慮したモデルを構築して、当該モデルに基づいて位置指令値24と電流I(t)および速度v(t)との間の関係式を求め、当該関係式を機械運動情報101とするようにしてもよい。
Further, a model that takes into account the resonance characteristics of the
次に、仕事/損失計算情報102のうちの仕事計算情報について説明する。時刻tにおけるモータ1が行う仕事W(t)は、時刻tにおけるモータの速度v(t)とモータのトルクτ(t)を用いて、
W(t)=v(t)×τ(t) (3)
と表される。モータトルクτ(t)は電流I(t)に応じて発生する。モータトルクと電流が比例関係にある場合には、仕事W(t)は、
W(t)=v(t)×Kt・I(t) (4)
と表すことができる。ここで、Ktはモータ1のトルク定数である。この場合の仕事計算情報は、式(4)の計算式およびトルク定数Ktが該当する。Next, the work calculation information in the work /
W (t) = v (t) × τ (t) (3)
It is expressed. The motor torque τ (t) is generated according to the current I (t). When the motor torque and current are in a proportional relationship, the work W (t) is
W (t) = v (t) × Kt · I (t) (4)
It can be expressed as. Here, Kt is a torque constant of the
なお、モータ1として、同期モータを用いる場合には、トルク定数と誘起電圧定数が等しくなるため、トルク定数のかわりに誘起電圧定数を用いてもよい。また、トルクと電流との間に比例関係が成り立たない場合は、モータ1に電流が流れたときに発生するトルクの値をテーブル、もしくは関数で予め記憶しておき、これをもとにトルクに算出してもよい。すなわち、電流I(t)とトルクτ(t)の関係を表すテーブルもしくは関数をFとすると、
W(t)=v(t)×F(I(t)) (5)
である。この場合、仕事計算情報は、式(5)の計算式、および、テーブルもしくは関数Fが該当する。In addition, when using a synchronous motor as the
W (t) = v (t) × F (I (t)) (5)
It is. In this case, the work calculation information corresponds to the calculation formula (5) and the table or function F.
いずれの場合においても、仕事計算情報としての計算式によれば、仕事W(t)は、速度と、電流から計算されるトルクとの積により算出される。 In any case, according to the calculation formula as the work calculation information, the work W (t) is calculated by the product of the speed and the torque calculated from the current.
次に、仕事/損失計算情報102のうちの損失計算情報について説明する。損失の具体例としては、モータコイルの電気抵抗によって失われるエネルギーである銅損や、モータに巻かれた鉄心に交流で磁化したときに失われるエネルギーである鉄損がある。
Next, the loss calculation information in the work /
銅損に基づく損失Lcopperは、モータの巻線抵抗Rを比例定数として用いて、
Lcopper=R・I(t)^2 (6)
と計算することができる。The loss Lcopper based on the copper loss uses the winding resistance R of the motor as a proportional constant,
Lcopper = R · I (t) ^ 2 (6)
And can be calculated.
また、鉄損はヒステリシス損や渦電流から構成される。ヒステリシス損と渦電流損を合計した鉄損に基づく損失Lcoreは、モータの磁束密度B(t)、速度vと、比例乗数α’、β’とを用いて、
Lcore=α’・v(t)・B(t)^γ+β’・v(t)^2・B(t)^2 (7)
と表すことができる。The iron loss is composed of hysteresis loss and eddy current. The loss Lcore based on the iron loss obtained by adding the hysteresis loss and the eddy current loss is obtained by using the magnetic flux density B (t), the speed v and the proportional multipliers α ′ and β ′ of the motor.
Lcore = α ′ · v (t) · B (t) ^ γ + β ′ · v (t) ^ 2 · B (t) ^ 2 (7)
It can be expressed as.
さらに、磁束密度Bはモータ電流Iに概ね比例して発生するので、比例乗数α’、β’に夫々対応する別の比例乗数α、βを用いることにより、
Lcore=α・v(t)・I(t)^γ+β・v(t)^2・I(t)^2 (8)
と表すことができる。なお、定数α、β、γはモータを電磁界解析することにより得ることができる。Further, since the magnetic flux density B is generated approximately in proportion to the motor current I, by using different proportional multipliers α and β respectively corresponding to the proportional multipliers α ′ and β ′,
Lcore = α · v (t) · I (t) ^ γ + β · v (t) ^ 2 · I (t) ^ 2 (8)
It can be expressed as. The constants α, β, and γ can be obtained by electromagnetic field analysis of the motor.
損失として、銅損と鉄損を含む場合、損失L(t)は
L(t)=R・I(t)^2+α・v(t)・I(t)^γ+β・v(t)^2・I(t)^2 (9)
で計算される。損失計算情報は、例えば(9)式の計算式と各係数R、α、β、γが該当する。なお、モータ1の鉄損が非常に小さい場合、銅損のみを損失、すなわち、α=0、β=0としてもよい。When the loss includes copper loss and iron loss, the loss L (t) is L (t) = R · I (t) ^ 2 + α · v (t) · I (t) ^ γ + β · v (t) ^ 2・ I (t) ^ 2 (9)
Calculated by For example, the loss calculation information corresponds to the calculation formula (9) and the coefficients R, α, β, and γ. When the iron loss of the
なお、上記説明では、電流の二乗に比例して発生する銅損に基づく損失と、モータの速度と電流の両方に依存して発生する鉄損とに基づく損失を(9)式のような計算式でモデル化することを説明したが、損失をモデル化するための計算式、および、定数を表すものであれば何でもよく、これに限られるものではない。例えば、モータ駆動アンプ部4の損失が、モータ1の速度や電流、トルクにかかわらず、一定値の損失が発生するのであれば、(9)式に一定値の項を加えても良い。また、電流の絶対値に比例して、損失が発生するのであれば、電流の絶対値に比例する項を(9)式に加えてもよい。また、仕事計算情報または損失計算情報を予めモータ制御装置7内に保持させるようにしておき、仕事計算情報または損失計算情報の入力を不要とするように構成してもよい。
In the above description, the loss based on the copper loss generated in proportion to the square of the current and the iron loss generated depending on both the motor speed and the current are calculated as in equation (9). Although it has been described that modeling is performed by an expression, any expression can be used as long as it represents a calculation expression for modeling loss and a constant, and the present invention is not limited to this. For example, if the loss of the motor drive amplifier unit 4 occurs at a constant value regardless of the speed, current and torque of the
指令値曲線記憶部71は、複数の指令値曲線(指令値曲線群103)を記憶するメモリである。指令値曲線は、生成する位置指令値24の時間推移を定義する生成パターンであって、自指令値曲線の形状を調整するためのパラメータを備えている。すなわち、当該パラメータの値が設定されることにより、移動距離D、位置決め時間Tを満たす位置指令値24の時間推移を一意に規定することができるようになっている。以下に、指令値曲線およびパラメータの例を説明する。図3および図4は、指令値曲線の例を説明するための図である。
The command value curve storage unit 71 is a memory that stores a plurality of command value curves (command value curve group 103). The command value curve is a generation pattern that defines a time transition of the
指令値曲線の1つの例としてユニバーサルカム曲線があげられる。図3は、移動距離がDであり、位置決め時間がTであるユニバーサルカム曲線で表される位置指令値24、位置指令値24の一階微分である速度(指令速度)、位置指令の二階微分である加速度(指令加速度)を表すグラフを示している。図示するように、ユニバーサルカム曲線は、7つの区間に分割され、全体として正負の等加速度区間(t2,t6)、等速度区間(t4)、および、それらを三角関数で接続する接続する区間(t1,t3,t5,t7)から成る曲線である。このユニバーサルカム曲線によれば、位置決め時間Tにおける位置指令値24が移動距離Dに等しく、かつt1〜t7の合計値が位置決め時間Tに等しいという条件を満たすようにそれぞれの区間の長さを表すパラメータの組(t1,t2,t3,t4,t5,t6,t7)を指定することによって、移動距離がDであり、かつ、位置決め時間がTである位置指令値24の時間推移を一意に決めることができる。
One example of the command value curve is a universal cam curve. FIG. 3 shows a
また、指令値曲線の別の例として図4に示す曲線が挙げられる。図4に示す曲線は、0<Tj<T、0<Xj<Dを満たす複数個(この例では4個)の座標(Tj,Xj)(j=1,2,3,4)をパラメータとし、(0、0)、これらの座標、および(T、D)の間を例えばスプライン補間などで補間して生成される。すなわち、この曲線によれば、8個のパラメータの組(T1、X1、T2、X2、T3、X3、T4、X4)を、0<Tj<T、0<Xj<Dを満たす条件で指定することによって、位置指令値24の時間推移を一意に決めることができる。
Moreover, the curve shown in FIG. 4 is mentioned as another example of a command value curve. The curve shown in FIG. 4 uses a plurality of coordinates (Tj, Xj) (j = 1, 2, 3, 4) satisfying 0 <Tj <T and 0 <Xj <D as parameters. , (0, 0), these coordinates, and (T, D) are interpolated by, for example, spline interpolation. That is, according to this curve, a set of eight parameters (T1, X1, T2, X2, T3, X3, T4, and X4) is specified under conditions that satisfy 0 <Tj <T and 0 <Xj <D. Thus, the time transition of the
なお、指令値曲線はこれらのみに限定されない。移動距離がDで、位置決め時間がTであり、1以上のパラメータにより形状を決定される曲線であるなら、どのようなものであってもよい。以降、位置指令値24の時間推移を一意に決めるためのパラメータの組をパラメータセットということとする。
The command value curve is not limited to these. As long as the moving distance is D, the positioning time is T, and the shape is determined by one or more parameters, any curve may be used. Hereinafter, a set of parameters for uniquely determining the time transition of the
指令値曲線選択部73は、指令値曲線記憶部71が記憶する指令値曲線群103のうち、位置指令値24を生成するために使用する指令値曲線を選択する。なお、指令値曲線選択部73は、上位装置から所望の指令値を指定する指令を受け付けて、当該指令に基づいて指令値曲線を選択するようにしてよい。
The command value
パラメータセット生成部74は、移動距離がD、位置決め時間がTとなるように、前記選択された指令値曲線に対応するパラメータセットを複数生成する。生成された複数のパラメータセットは、内部のメモリにパラメータセット群104として蓄積記憶される。例えば、ユニバーサルカム曲線を指令値曲線として使用する場合であれば、パラメータセット生成部74は、位置決め時間Tにおける位置指令値24が移動距離Dであり、かつt1〜t7の合計値が位置決め時間Tに等しいという条件を満たすパラメータセット(t1,t2,t3,t4,t5,t6,t7)をN組用意する。
The parameter set
消費電力量算出部75は、指令値生成情報100、機械運動情報101、および仕事/損失計算情報102を用いて、位置決め制御にかかる消費電力量をパラメータセット毎に算出する。具体的には、以下のようにして算出する。時刻tにおける消費電力をQ(t)とすると、
Q(t)=L(t)+W(t) (10)
となる。なお、煩雑を避けるために式変形を省略するが、式(10)には、機械運動情報101、仕事/損失計算情報102が適用されることはいうまでもない。実施の形態1においては、回生電力は回生抵抗6で消費されるので、消費電力量E(i)は、
Q (t) = L (t) + W (t) (10)
It becomes. In order to avoid complications, formula deformation is omitted, but it goes without saying that the mechanical motion information 101 and the work /
となる。パラメータセット毎に算出された消費電力量E(i)は、使用したパラメータセットと対応付けて内部のメモリに蓄積記憶される。 It becomes. The power consumption E (i) calculated for each parameter set is accumulated and stored in an internal memory in association with the used parameter set.
パラメータセット選択部76は、パラメータセット群104のうちから、消費電力量E(i)が最小となるパラメータセットを選択する。
The parameter
指令生成部77は、位置指令値24の時間推移が指令値曲線選択部73により選択された指令値曲線にパラメータセット選択部76により選択されたパラメータセットを適用して得られる曲線になるように、位置指令値24を生成する。生成した位置指令値24はモータ駆動アンプ部4に供給される。
The
なお、これらの機能構成要素は、夫々ハードウェア回路により実現するようにしてもよい。また、演算装置、記憶装置、および上位装置やモータ駆動アンプ部4と接続するためのインタフェースを備えるコンピュータにおいて、予めインストールされているプログラムを実行させることによって実現するようにしてもよい。例えば、演算装置は、前記プログラムに基づいて、入力受け付け部72、指令値曲線選択部73、パラメータセット生成部74、消費電力量算出部75、パラメータセット選択部76、指令生成部77として機能する。また、記憶装置は、前記プログラムを予め記憶しておくほか、指令値曲線記憶部71として機能する。
Each of these functional components may be realized by a hardware circuit. Further, it may be realized by executing a program installed in advance in a computer including an arithmetic device, a storage device, and an interface for connecting to the host device and the motor drive amplifier unit 4. For example, the arithmetic device functions as an
図5は、上記の機能構成要素を備えるモータ制御装置7が位置指令値24を算出する動作を説明するフローチャートである。
FIG. 5 is a flowchart for explaining the operation of calculating the
まず、入力受け付け部72は、指令値生成情報100(移動距離D、位置決め時間T、最大加速度Amax、および最大速度Vmax)の入力を受け付ける(ステップST1)。そして、入力受け付け部72は、機械運動情報101の入力を受け付ける(ステップST2)。
First, the
ステップST2に続いて、入力受け付け部72は、仕事/損失計算情報102の入力を受け付ける(ステップST3)。
Subsequent to step ST2, the
ステップST3に続いて、指令値曲線選択部73は、生成する位置指令値24の時間推移のタイプを規定する指令値曲線を、指令値曲線記憶部71に格納されている指令値曲線群103から選択する(ステップST4)。
Subsequent to step ST3, the command value
パラメータセット生成部74は、移動距離がD、位置決め時間がTとなるように、前記選択された指令値曲線に対応するパラメータセットを複数(ここではN個とする)生成し、パラメータセット群104として出力する(ステップST5)。
The parameter set
消費電力量算出部75は、まず、ステップST7〜ステップST12のループ処理のカウントに用いるインデックスiを1で初期化し(ステップST6)、パラメータセット群104のうちからパラメータセットをひとつ選択する(ステップST7)。そして、選択したパラメータセットを使用した場合の位置指令値24のピーク速度Vpおよびピーク加速度Apを算出する(ステップST8)。具体的には、消費電力量算出部75は、ステップST4において選択された指令値曲線にステップST7で選択したパラメータセットを適用して得られる位置指令値24の時間推移の曲線から、位置指令値24の一階微分である指令速度を計算し、指令速度の絶対値の最大値をピーク速度Vpとする。また、位置指令の二階微分である指令加速度を計算し、指令加速度の絶対値の最大値をピーク加速度Apとする。
First, the power consumption calculating unit 75 initializes an index i used for counting the loop processing in steps ST7 to ST12 with 1 (step ST6), and selects one parameter set from the parameter set group 104 (step ST7). ). Then, the peak velocity Vp and peak acceleration Ap of the
そして、消費電力量算出部75は、Ap≦Amax、かつVp≦Vmaxを満たすか否かを判定する(ステップST9)。上記条件が満たされている場合(ステップST9、Yes)、当該パラメータセットを使用した場合の位置指令値24の消費電力量を算出する(ステップST10)。ステップST9において、Ap≦Amax、かつVp≦Vmaxが満たされない場合(ステップST9、No)、ステップST10の処理がスキップされる。
Then, the power consumption calculation unit 75 determines whether Ap ≦ Amax and Vp ≦ Vmax are satisfied (step ST9). When the above condition is satisfied (step ST9, Yes), the power consumption amount of the
ステップST10の後、消費電力量算出部75は、i=Nであるか否かを判定する(ステップST11)。i=Nではなかった場合(ステップST11、No)、消費電力量算出部75は、i=i+1とし(ステップST12)、ステップST7に移行して、パラメータセット群104から未選択のパラメータセットをひとつ選択する。i=Nであった場合(ステップST11、Yes)、パラメータセット選択部76は、消費電力量が最小の値となるパラメータセットを選択する(ステップST13)。
After step ST10, the power consumption calculation unit 75 determines whether i = N (step ST11). When i = N is not satisfied (step ST11, No), the power consumption amount calculation unit 75 sets i = i + 1 (step ST12), proceeds to step ST7, and selects one unselected parameter set from the parameter set group 104. select. When i = N (step ST11, Yes), the parameter
指令生成部77は、ステップST4において選択された指令値曲線にステップST13において選択されたパラメータセットを適用して決まる位置指令値24の時間推移に基づいて位置指令値24を生成し、生成した位置指令値24を順次モータ駆動アンプ部4に供給し(ステップST14)、動作を終了する。
The
なお、本実施の形態において、最大速度と最大加速度を両方とも入力し、これらの情報を用いて、ピーク速度とピーク加速度がそれぞれ最大速度と最大加速度以下になるように位置指令値を生成したが、最大速度のみ、あるいは、最大加速度のみを入力とし、それぞれ対応するピーク速度のみ、あるいは、ピーク加速度のみを、入力した最大値以下になるように位置指令値を生成してもよい。 In this embodiment, both the maximum speed and the maximum acceleration are input, and using these pieces of information, the position command value is generated so that the peak speed and the peak acceleration are less than or equal to the maximum speed and the maximum acceleration, respectively. Alternatively, only the maximum speed or only the maximum acceleration may be input, and the position command value may be generated so that only the corresponding peak speed or only the peak acceleration is less than or equal to the input maximum value.
例えば、移動距離が十分短い場合のみの位置決め制御である場合であるなら、モータの最大速度に到達する前に減速を行う動作となるため、最大速度の入力を省き、最大加速度のみ入力し、ピーク加速度が入力した最大値以下になるように位置指令値を生成する。 For example, in the case of positioning control only when the moving distance is sufficiently short, since the operation is to decelerate before reaching the maximum speed of the motor, the maximum speed is not input, only the maximum acceleration is input, and the peak A position command value is generated so that the acceleration is less than or equal to the input maximum value.
また、位置決め時間が十分長い場合のみの位置決め制御である場合であるなら、位置決め時の加速度が小さくなるため、最大加速度の入力を省き、最大速度のみを入力し、ピーク速度が入力した最大値以下になるように位置指令値を生成する。 Also, if the positioning control is only when the positioning time is sufficiently long, the acceleration during positioning will be small, so the input of the maximum acceleration is omitted, only the maximum speed is input, and the peak speed is less than the input maximum value. The position command value is generated so that
モータ1が駆動されるときの消費電力は、モータ1に流れる電流I(t)やモータ速度v(t)に応じて発生するモータ1およびモータ駆動アンプ部4に発生する損失L(t)とモータ1が行う仕事W(t)によって決まる。位置決め動作は、モータ1・機械負荷3が停止状態から加速され、所定の移動距離に近づいたら減速し、停止するという動作から構成される。加速動作、減速動作は、消費電力量のうち損失分が引き起こすものではなく、モータ1が行う仕事によって引き起こされている。よって、位置決め動作に必要な消費電力量の推定値を計算する際に、モータ1が行う仕事を考慮しないと消費電力量が小さくする位置決め制御用の位置指令値を得ることができない。
The power consumption when the
また、損失L(t)は熱エネルギーになるため、モータ1の加速、減速状態に関わらず、正の値をとる。仕事W(t)は、モータ1が加速度動作、一定速度を維持する動作をするときには正の値となり、モータ1が減速動作をして、トルクと速度の符合が異なるときには負の値となる。仕事W(t)が負になることは減速動作に伴う運動エネルギーの減少により回生エネルギーが発生することを意味する。仕事と損失とがともに正の場合、もしくは、仕事W(t)が負で、かつ、その絶対値が損失L(t)よりも小さい場合は、L(t)+W(t)の値も正となり、これがその時点における消費電力P(t)となる。一方、仕事W(t)の値が負で、かつ、その絶対値が損失L(t)よりも大きい場合は、仕事と損失の合計値L(t)+W(t)が負の値となる。これは、損失L(t)を補償する電力が、モータの回生エネルギー(=仕事W(t))により供給されるため、モータ駆動アンプ部4は電力を必要としないことを意味する。さらに、損失L(t)の電力を補償し、さらに余剰の回生エネルギーは回生抵抗6で消費されるため、その時点での消費電力P(t)は0となる。この消費電力P(t)を積分することにより、位置決め動作時の消費電力量が算出される。以上をモデル化したものが式(11)である。
Further, since the loss L (t) becomes thermal energy, it takes a positive value regardless of the acceleration / deceleration state of the
本発明の実施の形態1によれば、モータ制御装置1は、式(11)に基づいて求まる消費電力量E(i)が最小となるように位置指令値を算出するようにしたので、損失Lだけでなく仕事Wを考慮した消費電力量が最小となるように位置指令値を生成するので、位置決め制御に要する消費電力量を可及的に低減することができるという効果を奏する。また、回生エネルギーの消費を考慮に入れて消費電力量を見積もることができるようになるので、回生エネルギーを回生抵抗6において消費する構成をシステムが備えている場合に、位置決め制御に要する消費電力量を可及的に低減することができるという効果を奏する。
According to the first embodiment of the present invention, the
また、パラメータセット生成部74(パラメータ生成部)は、入力受け付け部72が受け付けた移動距離Dおよび位置決め時間Tを満たすように指令値曲線のパラメータセットを複数生成し、消費電力量算出部75は、パラメータセット生成部74が生成した複数のパラメータセットの夫々について、パラメータセットを指令値曲線に夫々適用した場合のモータ1の仕事および損失に基づいて消費電力量E(i)を算出し、パラメータセット選択部(パラメータ選択部)76は、パラメータセット毎に算出された消費電力量に基づいて、消費電力量が最も小さいパラメータセットを選択し、指令生成部77は、選択されたパラメータセットが適用された指令値曲線に基づいてモータ駆動アンプ部4に供給する位置指令値24を生成する、ように構成したので、位置決め制御に要する消費電力量を可及的に低減することができる。
The parameter set generation unit 74 (parameter generation unit) generates a plurality of command value curve parameter sets to satisfy the movement distance D and the positioning time T received by the
また、モータ1、機械負荷3には出力させてよい最大速度や最大加速度が存在する。この制限値を越えて、モータ1や機械負荷3を動作させることは好ましくない。最大速度を決める要因となる例として、最大速度はモータ1の最大回転速度が挙げられる。また、最大加速度はモータ最大トルクにより決まる最大加速度が挙げられる。モータ1の最大トルクにより、運動方程式(イナーシャ×加速度=トルク)の関係から、最大トルクを使用して加速した場合の加速度は、最大トルク/イナーシャまでしか発生させることができない。このため、これが最大加速度を定める要因となる。また、機械負荷がある速度許容値やある加速度許容値を超えて動作させると、非常に大きな振動が引き起こされたりすることがあり、これが、機械負荷の動作に最大速度や最大加速度を定める要因となる。
Further, the
これに対し、本発明の実施の形態1によれば、入力受け付け部72は、モータ駆動アンプ部4に供給できる位置指令値を規定する最大速度Vmaxおよび最大加速度Amaxの入力を受け付け、消費電力量算出部75は、パラメータセットを適用した後の生成パターンに基づいてピーク速度Vpおよびピーク加速度Apを算出し、前記算出したピーク速度Vpが前記入力された最大速度Vmaxよりも小さく、かつ前記算出したピーク加速度Apが前記入力された最大加速度Amaxよりも小さい場合に当該パラメータセットにかかる消費電力量を算出する、ように構成したので、位置決め制御に使用する位置指令値のピーク加速度が最大加速度を越えず、かつ、ピーク速度が最大速度を越えることがなく、かつ、消費電力量を可及的に小さくするように位置指令値を算出することができる。
On the other hand, according to the first embodiment of the present invention, the
また、損失は、電流の二乗に比例して発生する銅損が代表的であるが、モータ1を駆動させたときに発生する損失は銅損だけではなく、モータ1の種類によっては、電流と速度に応じて発生する鉄損が無視できない場合がある。
The loss is typically a copper loss that is generated in proportion to the square of the current. However, the loss that occurs when the
本発明の実施の形態1によれば、消費電力量算出部75は、モータ1に流れる電流を2乗することによって銅損に基づく損失を算出するようにし、また、モータ1に流れる電流とモータ1の速度とに基づいて鉄損に基づく損失を算出する、ようにしたので、鉄損を考慮しない場合に比べて正確に損失を計算することができるので、位置決め動作時の消費電力量を可及的に小さくする位置指令値を正確に算出することができるという効果がある。
According to the first embodiment of the present invention, the power consumption calculation unit 75 calculates the loss based on the copper loss by squaring the current flowing through the
実施の形態2.
実施の形態1においては、モータ駆動アンプ部の回生エネルギーが回生抵抗で消費される方式(抵抗回生方式)が採用されたシステムに適用される場合について説明を行ったが、実施の形態2のモータ制御装置は、回生エネルギーを電源に戻す方式(電源回生方式)を備えるシステムに適用される。
In the first embodiment, a case has been described in which the present invention is applied to a system that employs a method in which the regenerative energy of the motor drive amplifier unit is consumed by a regenerative resistor (resistance regenerative method), but the motor of the second embodiment The control device is applied to a system having a method for returning regenerative energy to a power source (power regeneration method).
図6は、本発明の実施の形態2のモータ制御装置を使用するシステムの構成例を説明するブロック図である。なお、ここでは、実施の形態1と同様の構成要素には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration example of a system that uses the motor control device according to the second embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to
図示するように、実施の形態2のモータ制御装置11を使用するシステムの構成例によれば、モータ駆動アンプ部4には、回生抵抗6の替わりに電源回生回路10が接続されている点が実施の形態1と異なる。電源回生回路10は、具体的には、電源回生コンバータなどを用いて実現され、モータ駆動アンプ部4が回生状態になったときに回生エネルギー26を電源5に戻す働きをする。
As shown in the figure, according to the configuration example of the system using the motor control device 11 of the second embodiment, the motor drive amplifier unit 4 is connected to the power regeneration circuit 10 instead of the
図7は、実施の形態2のモータ制御装置11の機能構成を説明する図である。図示するように、モータ制御装置11は、指令値曲線群103を記憶する指令値曲線記憶部71と、入力受け付け部72と、指令値曲線選択部73と、パラメータセット生成部74と、消費電力量算出部111と、パラメータセット選択部76と、指令生成部77とを備えている。
FIG. 7 is a diagram illustrating a functional configuration of the motor control device 11 according to the second embodiment. As illustrated, the motor control device 11 includes a command value curve storage unit 71 that stores a command
図6のシステムにおいては、回生エネルギーが電源回生回路10によって電源5に戻されるので、消費電力量算出部111は、式(11)の替わりに、次の式を用いて消費電力量E(i)を算出する。
実施の形態2のモータ制御装置11が位置指令値24を算出する動作は、ステップST10において消費電力量算出部111が式(12)に基づいてパラメータセット毎の消費電力量E(i)を算出する以外は図5に示した実施の形態1の動作と同様であるので、実施の形態2のモータ制御装置11が位置指令値24を算出する動作の説明を省略する。
In the operation of calculating the
次に、実施の形態2の発明で得られる効果について説明を行う。電源回生方式を実装されたモータ駆動アンプ部4においても、抵抗回生方式が採用されている場合と同様に、位置決め制御動作時の消費電力は、モータが行う仕事W(t)と、発生した電流や速度に応じた損失L(t)によって決定される。位置決め制御動作時の加速動作や減速動作は、仕事W(t)分のエネルギーによって引き起こされる。仕事W(t)と損失L(t)の合計値が正である場合は、消費電力P(t)は仕事W(t)と損失L(t)の合計値で与えられることは、抵抗回生方式の場合と同じであるが、抵抗回生方式の場合と異なるのは、P(t)=W(t)+L(t)の値が負の場合でも、そのまま消費電力とする点である。負の値となった消費電力P(t)は、抵抗回生で消費されるのではなく電源回生回路10によって電源5に戻される。さらに消費電力P(t)を積分することにより位置決め動作時の消費電力量を推定することができる。式(12)は、上述のような電源回生方式のモータ駆動アンプの消費電力を表している。
Next, effects obtained by the invention of
本発明の実施の形態2によれば、モータ制御装置11は、式(12)に基づいてパラメータセット毎の消費電力量E(i)を算出するようにしているので、回生エネルギーを電源5に戻す構成をシステムが備えている場合であっても、回生エネルギーの再生を考慮に入れて消費電力量を算出することができるようになるので、消費電力量を正確に見積もることができ、結果として位置決め制御に要する消費電力量を可及的に低減することができる。 According to the second embodiment of the present invention, the motor control device 11 calculates the power consumption E (i) for each parameter set based on the equation (12). Even if the system is equipped with a return configuration, the power consumption can be calculated taking into account the regeneration of regenerative energy, so the power consumption can be estimated accurately, and as a result The power consumption required for positioning control can be reduced as much as possible.
また、本実施の形態は、実施の形態1と消費電力を計算する式のみが異なり、ステップST8、ST9において、ピーク加速度が最大加速度Amaxを超えないように、また、ピーク速度の最大値が最大速度Vmaxを超えないようにチェックする点は同一なので、実施の形態1と同様に指令加速度や指令速度を、最大加速度や最大速度以下にする制約を満たし、かつ、消費電力を最小にする位置指令値を生成することが可能とする効果がある。 Also, the present embodiment differs from the first embodiment only in the formula for calculating power consumption. In steps ST8 and ST9, the peak acceleration does not exceed the maximum acceleration Amax, and the maximum value of the peak speed is the maximum. Since the points to be checked so as not to exceed the speed Vmax are the same, as in the first embodiment, the position command that satisfies the constraint that the command acceleration and the command speed are equal to or less than the maximum acceleration and the maximum speed and that minimizes the power consumption. There is an effect that a value can be generated.
実施の形態3.
実施の形態1、2では、パラメータセット毎に消費電力量を計算により推定し、この推定値が最小となるパラメータセットを選択するようにした。実施の形態3では、実際に位置決め制御を実行して消費電力量を求めるための電流およびモータの速度をパラメータセット毎に測定し、測定値に基づいてパラメータセット毎の消費電力量を算出する。
In the first and second embodiments, the power consumption is estimated for each parameter set by calculation, and the parameter set that minimizes the estimated value is selected. In the third embodiment, the current for determining the power consumption by actually executing the positioning control and the motor speed are measured for each parameter set, and the power consumption for each parameter set is calculated based on the measured value.
図8は、本発明の実施の形態3のモータ制御装置を使用するシステムの構成例を説明するブロック図である。なお、ここでは、実施の形態1と同様の構成要素には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
FIG. 8 is a block diagram illustrating a configuration example of a system that uses the motor control device according to the third embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to
図示するように、実施の形態3のモータ制御装置12を使用するシステムの構成例によれば、モータ駆動アンプ部4からモータ1へ供給される電流22を検出する電流検出部13が実施の形態1が使用されるシステムに追加された構成を備えている。電流検出部13は、電流の検出値に相当する電流情報27をモータ制御装置12に入力する。
As shown in the figure, according to the configuration example of the system using the motor control device 12 of the third embodiment, the
また、モータ制御装置12は、上位装置から、指令値生成情報100、仕事/損失計算情報102が入力される。さらに、エンコーダ2が検出するモータ情報23のうち、モータ速度の検出値がモータ駆動アンプ部4を介して検出速度信号28として入力される。
The motor control device 12 receives the command
図9は、実施の形態3のモータ制御装置12の機能構成を説明する図である。図示するように、モータ制御装置12は、指令値曲線群103を記憶する指令値曲線記憶部71と、入力受け付け部72と、指令値曲線選択部73と、パラメータセット生成部74と、消費電力量測定部121と、パラメータセット選択部76と、指令生成部77とを備えている。
FIG. 9 is a diagram illustrating a functional configuration of the motor control device 12 according to the third embodiment. As illustrated, the motor control device 12 includes a command value curve storage unit 71 that stores the command
消費電力量測定部121は、位置決め制御を試験的に実行して電流情報27および検出速度信号28の値を収集することで、位置決め制御動作が開始されてから、完了するまでの実電流Ir(t)と実速度Vr(t)とを測定する。そして、測定した実電流Ir(t)と実速度Vr(t)とに基づいて消費電力量E(i)を算出する。具体的には、消費電力量測定部121は、式(4)または式(5)を用いて仕事W(t)を算出する際、および式(9)を用いて損失L(t)を算出する際、電流I(t)のかわりに実電流Ir(t)を、速度v(t)のかわりに実速度Vr(t)を夫々用いる。そして、算出した仕事W(t)と損失L(t)とを式(10)および式(11)に適用して消費電力量E(i)を求める。なお、消費電力量測定部121は、実電流Ir(t)および実速度Vr(t)の測定と、消費電力量E(i)の算出を、パラメータセット生成部74が生成したパラメータセット毎に実行する。パラメータセット毎に算出された消費電力量E(i)は、内部のメモリに蓄積記憶される。
The power consumption measuring unit 121 collects the values of the
図10は、上記の機能構成要素を備えるモータ制御装置12が位置指令値24を算出する動作を説明するフローチャートである。
FIG. 10 is a flowchart for explaining the operation of calculating the
まず、入力受け付け部72は、指令値生成情報100(移動距離D、位置決め時間T、最大加速度Amax、および最大速度Vmax)の入力を受け付ける(ステップST21)。そして、入力受け付け部72は、仕事/損失計算情報102の入力を受け付ける(ステップST22)。
First, the
続いて、指令値曲線選択部73は、指令値曲線記憶部71に格納されている指令値曲線群103から指令値曲線を一つ選択する(ステップST23)。
Subsequently, the command value
パラメータセット生成部74は、移動距離がD、位置決め時間がTとなるように、前記選択された指令値曲線に対応するパラメータセットを複数(ここではN個とする)生成し、パラメータセット群104として出力する(ステップST24)。
The parameter set
続いて、消費電力量測定部121は、ステップST26〜ステップST31のループ処理を実行して、位置決め制御にかかる消費電力量をパラメータセット毎に算出する。具体的には、まず、消費電力量測定部121は、当該ループ処理のカウントに用いるインデックスiを1で初期化し(ステップST25)、パラメータセット群104のうちからパラメータセットをひとつ選択する(ステップST26)。 Subsequently, the power consumption measuring unit 121 executes a loop process of step ST26 to step ST31 to calculate the power consumption for positioning control for each parameter set. Specifically, first, the power consumption measuring unit 121 initializes an index i used for counting the loop processing with 1 (step ST25), and selects one parameter set from the parameter set group 104 (step ST26). ).
そして、消費電力量測定部121は、選択したパラメータセットを使用した場合の位置指令値24のピーク速度Vpおよびピーク加速度Apを算出する(ステップST27)。そして、消費電力量測定部121は、ステップST21において受け付けた最大加速度Amaxおよび最大速度Vmaxと、算出したピーク速度Vpおよびピーク加速度Apとを比較して、Ap≦Amax、かつVp≦Vmaxを満たすか否かを判定する(ステップST28)。
Then, the power consumption measuring unit 121 calculates the peak velocity Vp and the peak acceleration Ap of the
上記条件が満たされている場合(ステップST28、Yes)、消費電力量測定部121は、ステップST23で選択された指令値曲線にステップST26で選択されたパラメータセットを適用して決定される位置指令値24の時間推移に従って位置指令値24を生成して位置決め制御を実行するとともに、電流情報27および検出速度信号28の入力を受け付けて、位置決め制御動作が開始されてから、完了するまでの実電流Ir(t)と実速度Vr(t)とを測定する(ステップST29)。
When the above condition is satisfied (Yes in step ST28), the power consumption measuring unit 121 determines the position command determined by applying the parameter set selected in step ST26 to the command value curve selected in step ST23. The
そして、消費電力量測定部121は、測定した実電流Ir(t)と実速度Vr(t)とに基づいて、パラメータセット毎の消費電力量E(i)を算出する(ステップST30)。 Then, the power consumption measuring unit 121 calculates the power consumption E (i) for each parameter set based on the measured actual current Ir (t) and the actual speed Vr (t) (step ST30).
ステップST30の後、消費電力量測定部121は、i=Nであるか否かを判定する(ステップST31)。i=Nではなかった場合(ステップST31、No)、消費電力量測定部121は、i=i+1とし(ステップST32)、ステップST26に移行して、パラメータセット群104から未選択のパラメータセットをひとつ選択する。i=Nであった場合(ステップST31、Yes)、パラメータセット選択部76は、消費電力量が最小の値となるパラメータセットを選択する(ステップST33)。
After step ST30, the power consumption measuring unit 121 determines whether i = N (step ST31). When i = N is not satisfied (No in step ST31), the power consumption measuring unit 121 sets i = i + 1 (step ST32), moves to step ST26, and selects one unselected parameter set from the parameter set group 104. select. When i = N (step ST31, Yes), the parameter
なお、ステップST28において、Ap≦Amax、かつVp≦Vmaxが満たされない場合(ステップST28、No)、ステップST29およびステップST30の処理がスキップされる。 In Step ST28, if Ap ≦ Amax and Vp ≦ Vmax are not satisfied (No in Step ST28), the processes in Step ST29 and Step ST30 are skipped.
ステップST33の後、指令生成部77は、ステップST23において選択された指令値曲線にステップST33において選択されたパラメータセットを適用して決まる位置指令値24の時間推移に基づいて位置指令値24を生成し、生成した位置指令値24を順次モータ駆動アンプ部4に供給し(ステップST34)、動作を終了する。
After step ST33, the
なお、本発明の実施の形態3は、モータ駆動アンプ部4が回生状態になったときに回生エネルギーが回生抵抗6で消費されるシステムに適用される場合について説明したが、回生エネルギーが電源5に戻されるシステムに適用される場合には、実施の形態2にて説明したように、式(12)に基づいて消費電力量E(i)を算出するようにするとよい。
In the third embodiment of the present invention, the case where the motor drive amplifier unit 4 is applied to a system in which regenerative energy is consumed by the
このように、本発明の実施の形態3によれば、消費電力量測定部121は、パラメータセット生成部74が生成したパラメータセットを適用した後の指令値曲線に基づいて実際にモータ駆動アンプ部4に位置指令値を供給してモータ1を試験的に駆動させ、モータ1の駆動時にモータ1に流れる電流およびモータ1の速度を測定し、測定した電流および速度に基づいてモータの仕事W(t)および損失L(t)を求める、ように構成したので、計算により仕事W(t)および損失L(t)を推定する実施の形態1、2において必要とされた機械運動情報101を用いることなく仕事W(t)および損失L(t)を得ることができる。すなわち、仕事W(t)および損失L(t)を正確に推定するための機械運動情報101がなくても消費電力量を可及的に低減することができるようになる。
Thus, according to the third embodiment of the present invention, the power consumption measuring unit 121 is actually a motor drive amplifier unit based on the command value curve after applying the parameter set generated by the parameter set generating
また、ステップST27、ST28において、ピーク加速度が最大加速度Amaxを超えないように、また、ピーク速度の最大値が最大速度Vmaxを超えないようにチェックする点は実施の形態1と同じなので、実施の形態1と同様に指令加速度や指令速度を、最大加速度や最大速度以下にする制約を満たし、かつ、消費電力を最小にする位置指令値を生成することが可能とする効果がある。 Further, in steps ST27 and ST28, since the peak acceleration is checked so as not to exceed the maximum acceleration Amax and the maximum value of the peak speed does not exceed the maximum speed Vmax, it is the same as in the first embodiment. As in the first embodiment, there is an effect that it is possible to generate a position command value that satisfies the constraint that the command acceleration and the command speed are equal to or less than the maximum acceleration and the maximum speed and that minimizes the power consumption.
実施の形態4.
実施の形態1、2では、指令加速度が最大加速度Amaxを超えない範囲で位置指令値を算出するようにしたが、実施の形態4によれば、位置決め制御時に発生する電流が最大値を越えない範囲で位置指令値を算出する。Embodiment 4 FIG.
In the first and second embodiments, the position command value is calculated within a range where the command acceleration does not exceed the maximum acceleration Amax. However, according to the fourth embodiment, the current generated during the positioning control does not exceed the maximum value. Calculate the position command value in the range.
図11は、本発明の実施の形態4のモータ制御装置を使用するシステムの構成例を説明するブロック図である。なお、ここでは、実施の形態1と同様の構成要素には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
FIG. 11 is a block diagram illustrating a configuration example of a system that uses the motor control device according to the fourth embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to
図示するように、実施の形態4のモータ制御装置14は、最大加速度Amaxの替わりに最大電流Imaxが上位装置から入力される点が実施の形態1と異なっている。具体的には、モータ制御装置14は、移動距離D、位置決め時間T、最大電流Imax、最大速度Vmaxを含む指令値生成情報105が入力される。そして、モータ制御装置14は、位置決め制御時にモータ1に流れる電流が上位装置から入力された最大電流Imaxを越えず、かつ位置指令値の一階微分である指令速度が最大速度Vmaxを越えないように、位置指令値24を生成する。
As shown in the figure, the motor control device 14 of the fourth embodiment is different from the first embodiment in that the maximum current Imax is input from the host device instead of the maximum acceleration Amax. Specifically, the motor control device 14 receives the command value generation information 105 including the movement distance D, the positioning time T, the maximum current Imax, and the maximum speed Vmax. Then, the motor control device 14 ensures that the current flowing through the
図12は、実施の形態4のモータ制御装置14の機能構成を説明する図である。図示するように、モータ制御装置14は、指令値曲線群103を記憶する指令値曲線記憶部71と、入力受け付け部72と、指令値曲線選択部73と、パラメータセット生成部74と、消費電力量算出部141と、パラメータセット選択部76と、指令生成部77とを備えている。
FIG. 12 is a diagram illustrating the functional configuration of the motor control device 14 according to the fourth embodiment. As illustrated, the motor control device 14 includes a command value curve storage unit 71 that stores the command
図13は、上記の機能構成要素を備えるモータ制御装置14が位置指令値24を算出する動作を説明するフローチャートである。
FIG. 13 is a flowchart for explaining the operation of calculating the
まず、入力受け付け部72は、移動距離D、位置決め時間T、最大電流Imax、および最大速度Vmaxを含む指令値生成情報105の入力を受け付ける(ステップST41)。以降、モータ制御装置7は、ステップST42〜ステップST45において、ステップST2〜ステップST5と同様の処理を実行する。
First, the
ステップST45の後、消費電力量算出部141は、インデックスiを1で初期化し(ステップST46)、パラメータセット群104のうちからパラメータセットをひとつ選択する(ステップST47)。 After step ST45, the power consumption calculating unit 141 initializes the index i with 1 (step ST46), and selects one parameter set from the parameter set group 104 (step ST47).
そして、消費電力量算出部141は、選択したパラメータセットを使用した場合のモータ1に流れる電流の最大値であるピーク電流値Ipと、位置指令値24の一階微分である指令速度の最大値であるピーク速度Vpを算出する(ステップST48)。具体的には、消費電力量算出部141は、位置指令値24の一階微分である指令速度v*(t)の時間0≦t≦Tにおける最大値をピーク速度Vpとする。ピーク電流値Ipに関しては、式(2)を用いて電流I(t)を算出し、算出した電流I(t)の時間0≦t≦Tにおける最大値をピーク電流Ipとする。
Then, the power consumption calculation unit 141 uses the peak current value Ip that is the maximum value of the current that flows through the
続いて、消費電力量算出部141は、ステップST41において受け付けた最大電流Imaxおよび最大速度Vmaxと、算出したピーク電流値Ipおよびピーク速度Vpとを比較して、Ip≦Imax、かつVp≦Vmaxを満たすか否かを判定する(ステップST49)。上記条件が満たされている場合(ステップST49、Yes)、当該パラメータセットを使用した場合の位置指令値24の消費電力量E(i)を算出する(ステップST50)。ステップST50の処理における消費電力量の算出方法は、実施の形態1と同様である。パラメータセット毎に算出された消費電力量E(i)は、内部の記憶装置に蓄積記憶される。
Subsequently, the power consumption calculating unit 141 compares the maximum current Imax and the maximum speed Vmax received in step ST41 with the calculated peak current value Ip and the peak speed Vp, and sets Ip ≦ Imax and Vp ≦ Vmax. It is determined whether or not it is satisfied (step ST49). If the above condition is satisfied (step ST49, Yes), the power consumption amount E (i) of the
ステップST49において、Ip≦Imax、かつVp≦Vmaxが満たされない場合(ステップST49、No)、ステップST50の処理がスキップされる。 In step ST49, when Ip ≦ Imax and Vp ≦ Vmax are not satisfied (step ST49, No), the process of step ST50 is skipped.
ステップST50の後、消費電力量算出部141は、i=Nであるか否かを判定する(ステップST51)。i=Nではなかった場合(ステップST51、No)、消費電力量算出部141は、i=i+1とし(ステップST52)、ステップST47に移行して、パラメータセット群104から未選択のパラメータセットを選択する。i=Nであった場合(ステップST51、Yes)、パラメータセット選択部76は、消費電力量が最小の値となるパラメータセットを選択する(ステップST53)。
After step ST50, the power consumption amount calculation unit 141 determines whether i = N (step ST51). If i = N is not satisfied (No in step ST51), the power consumption calculating unit 141 sets i = i + 1 (step ST52), proceeds to step ST47, and selects an unselected parameter set from the parameter set group 104. To do. When i = N (step ST51, Yes), the parameter
以降、指令生成部77がステップST14と同様の処理を実行して(ステップST54)、モータ制御装置14の動作が終了となる。
Thereafter, the
なお、本発明の実施の形態4は、モータ駆動アンプ部4が回生状態になったときに回生エネルギーが回生抵抗6で消費されるシステムに適用される場合について説明したが、回生エネルギーが電源5に戻されるシステムに適用される場合には、実施の形態2にて説明したように、式(12)に基づいて消費電力量E(i)を算出するようにするとよい。
Although Embodiment 4 of the present invention has been described for a case where the present invention is applied to a system in which regenerative energy is consumed by the
次に、本実施の形態4の効果について説明を行う。通常、モータ1には、流してもよい電流の最大値が存在する。この最大値を越えて電流を流そうとすると、モータ1が破損する可能性がある。本発明の実施の形態4によれば、入力受け付け部72は、モータ駆動アンプ部4に供給できる位置指令値を規定する最大速度Vmaxおよび最大電流Imaxの入力を受け付け、消費電力量算出部141は、パラメータセット生成部74が生成したパラメータセットを適用した後の指令値曲線に基づいてピーク速度Vpおよびピーク電流Ipを算出し、前記算出したピーク速度Vpが前記入力された最大速度Vmaxよりも小さく、かつ前記算出したピーク電流Ipが前記入力された最大電流Imaxよりも小さい場合に当該パラメータにかかる消費電力量E(i)を算出する、ように構成したので、ユーザは、入力する最大電流Imaxを適切に設定することにより、位置決め制御時に発生する電流を、モータ1の破損を招く電流値以下にすることができる。すなわち、モータ1の破損を防ぐことができる。また、式(2)に示されるように、電流と加速度の間には線形な関係が成立する。位置決め制御時の電流が制限されることにより、ピーク加速度も制限することができるという効果も得られる。
Next, the effect of the fourth embodiment will be described. Usually, the
なお、本実施の形態において、最大速度と最大電流を両方とも入力し、これらの情報を用いて、ピーク速度とピーク電流がそれぞれ最大速度と最大電流以下になるように位置指令値を生成したが、最大速度のみ、あるいは、最大電流のみを入力とし、それぞれ対応するピーク速度のみ、あるいは、ピーク電流のみを、入力した最大値以下になるように位置指令値を生成してもよい。 In this embodiment, both the maximum speed and the maximum current are input, and using these pieces of information, the position command value is generated so that the peak speed and the peak current are less than or equal to the maximum speed and the maximum current, respectively. Alternatively, only the maximum speed or only the maximum current may be input, and the position command value may be generated so that only the corresponding peak speed or only the peak current is less than or equal to the input maximum value.
位置決め時間が十分長い場合のみの位置決め制御である場合であるなら、位置決め時の加速度が小さくなり、これに伴い電流が小さくなるため、最大電流の入力を省き、最大速度のみを入力し、ピーク速度が入力した最大値以下になるように位置指令値を生成する。 If the positioning control is performed only when the positioning time is sufficiently long, the acceleration during positioning decreases, and the current decreases accordingly.Therefore, the maximum current is omitted, only the maximum speed is input, and the peak speed is The position command value is generated so that is less than the input maximum value.
なお、実施の形態1〜4のモータ制御装置は、モータ駆動アンプ部4など、システムの構成例において示した他の構成要素を含んで構成されるようにしても構わない。 In addition, you may make it the motor control apparatus of Embodiment 1-4 include the other component shown in the structural example of the system, such as the motor drive amplifier part 4, etc.
また、実施の形態1〜4では、複数のパラメータを予め用意し、これらを前記生成パターンに夫々適用し、前記パラメータを適用した後の夫々の生成パターンに基づいて前記モータの電流および速度を求め、前記求めたモータの電流および速度に基づいて前記モータの消費電力量をパラメータ毎に算出するという例について説明を行ったが、複数のパラメータを生成せずに、最小二乗法、最急降下法などの各種最適化手法を用いて、(11)式あるいは(12)式で表される消費電力を最小化するパラメータを算出してもよい。 In the first to fourth embodiments, a plurality of parameters are prepared in advance, each of which is applied to the generation pattern, and the current and speed of the motor are obtained based on each generation pattern after the parameters are applied. The example of calculating the power consumption of the motor for each parameter based on the obtained current and speed of the motor has been described, but without generating a plurality of parameters, the least square method, the steepest descent method, etc. The parameters for minimizing the power consumption represented by the equation (11) or the equation (12) may be calculated using the various optimization methods.
1 モータ
2 エンコーダ
3 機械負荷
4 モータ駆動アンプ部
5 電源
6 回生抵抗
7、11、12、14 モータ制御装置
10 電源回生回路
13 電流検出部
21 駆動力
22 電流
23 モータ情報
24 位置指令値
25 電力
26 回生エネルギー
27 電流情報
28 検出速度信号
71 指令値曲線記憶部
72 入力受け付け部
73 指令値曲線選択部
74 パラメータセット生成部
75、111、141 消費電力量算出部
76 パラメータセット選択部
77 指令生成部
100、105 指令値生成情報
101 機械運動情報
102 仕事/損失計算情報
103 指令値曲線群
104 パラメータセット群
111 消費電力量算出部
121 消費電力量測定部DESCRIPTION OF
Claims (13)
移動距離および位置決め時間の入力を受け付ける入力受け付け部と、
生成する位置指令値の推移を定義する生成パターンであって当該推移を調整するためのパラメータを備える生成パターンを記憶する生成パターン記憶部と、
前記入力受け付け部が受け付けた移動距離および位置決め時間を満たすように前記生成パターンのパラメータを複数生成するパラメータ生成部と、
前記パラメータ生成部が生成した複数のパラメータを前記生成パターンに夫々適用し、前記パラメータを適用した後の夫々の生成パターンに基づいて前記モータの電流および速度を求め、前記求めた電流および速度から、前記モータが位置指令値に追従した際の消費電力量を前記パラメータ毎に算出する消費電力量算出部と、
前記パラメータ毎に算出された消費電力量に基づいて、前記パラメータ生成部が生成した複数のパラメータのうちから消費電力量が最も小さいパラメータを選択するパラメータ選択部と、
前記パラメータ選択部が選択したパラメータが適用された生成パターンに基づいて前記モータ駆動アンプに供給する位置指令値を生成する指令生成部と、
を備えることを特徴とするモータ制御装置。 A motor control device that generates and supplies the position command value to a motor drive amplifier that generates a current for driving the motor so that the operation of the motor follows the position command value,
An input receiving unit for receiving an input of a moving distance and positioning time;
A generation pattern that defines a transition of the position command value to be generated and stores a generation pattern that includes a parameter for adjusting the transition;
A parameter generation unit that generates a plurality of parameters of the generation pattern so as to satisfy the movement distance and positioning time received by the input reception unit;
Applying each of the plurality of parameters generated by the parameter generation unit to the generation pattern, obtaining the current and speed of the motor based on each generation pattern after applying the parameter, from the obtained current and speed, A power consumption calculation unit that calculates the power consumption when the motor follows the position command value for each parameter;
Based on the power consumption calculated for each parameter, a parameter selection unit that selects the parameter with the smallest power consumption among the plurality of parameters generated by the parameter generation unit;
A command generation unit that generates a position command value to be supplied to the motor drive amplifier based on a generation pattern to which the parameter selected by the parameter selection unit is applied;
Motor control apparatus comprising: a.
ことを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。 The motor control device according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。 The power consumption calculating unit includes: a motor configured by a product of a loss L generated according to a current or speed of the motor; a torque of the motor determined from the current of the motor; and a speed of the motor. Calculating the power consumption of the motor by integrating the sum P of the work W to be performed ;
The motor control device according to claim 1 .
ことを特徴とする請求項2乃至請求項5の何れか一項に記載のモータ制御装置。 The power consumption calculation unit calculates a current flowing through the motor and a speed of the motor based on a generation pattern after applying the parameter generated by the parameter generation unit.
The motor control device according to claim 2 , wherein the motor control device is a motor control device.
ことを特徴とする請求項2乃至請求項5の何れか一項に記載のモータ制御装置。 The power consumption calculation unit supplies a position command value to the motor drive amplifier based on a generation pattern after applying the parameter generated by the parameter generation unit, and drives the motor on a trial basis. Measuring the current flowing through the motor during driving and the speed of the motor;
The motor control device according to claim 2 , wherein the motor control device is a motor control device.
前記消費電力量算出部は、前記パラメータ生成部が生成したパラメータを適用した後の生成パターンに基づいてピーク速度Vpを算出し、前記算出したピーク速度Vpが前記入力された最大速度Vmaxよりも小さい場合に当該パラメータにかかる消費電力量を算出する、
ことを特徴とする請求項2乃至請求項5の何れか一項に記載のモータ制御装置。 The input receiving unit receives an input of a maximum speed Vmax that defines a position command value that can be supplied to the motor drive amplifier,
The power consumption calculation unit calculates a peak speed Vp based on a generation pattern after applying the parameters generated by the parameter generation unit, and the calculated peak speed Vp is smaller than the input maximum speed Vmax In this case, calculate the power consumption for the parameter,
The motor control device according to claim 2 , wherein the motor control device is a motor control device.
前記消費電力量算出部は、前記パラメータ生成部が生成したパラメータを適用した後の生成パターンに基づいてピーク加速度Apを算出し、前記算出したピーク加速度Apが前記入力された最大加速度Amaxよりも小さい場合に当該パラメータにかかる消費電力量を算出する、
ことを特徴とする請求項2乃至請求項5の何れか一項に記載のモータ制御装置。 The input receiving unit receives an input of a maximum acceleration Amax that defines a position command value that can be supplied to the motor drive amplifier,
The power consumption calculation unit calculates a peak acceleration Ap based on a generation pattern after applying the parameter generated by the parameter generation unit, and the calculated peak acceleration Ap is smaller than the input maximum acceleration Amax. In this case, calculate the power consumption for the parameter,
The motor control device according to claim 2 , wherein the motor control device is a motor control device.
前記消費電力量算出部は、前記パラメータ生成部が生成したパラメータを適用した後の生成パターンに基づいてピーク電流Ipを算出し、前記算出したピーク電流Ipが前記入力された最大電流Imaxよりも小さい場合に当該パラメータにかかる消費電力量を算出する、
ことを特徴とする請求項2乃至請求項5の何れか一項に記載のモータ制御装置。 The input receiving unit receives an input of a maximum current Imax that defines a position command value that can be supplied to the motor drive amplifier,
The power consumption calculation unit calculates a peak current Ip based on a generation pattern after applying the parameter generated by the parameter generation unit, and the calculated peak current Ip is smaller than the input maximum current Imax. In this case, calculate the power consumption for the parameter,
The motor control device according to claim 2 , wherein the motor control device is a motor control device.
前記測定したモータに流れる電流を2乗することによって算出される銅損、または、
前記測定したモータに流れる電流と前記モータの速度とに基づいて算出される鉄損
の少なくともどちらかを含む損失Lを算出する
ことを特徴とする請求項2乃至請求項5の何れか一項に記載のモータ制御装置。 The power consumption calculation unit
Copper loss calculated by squaring the current flowing through the measured motor, or
To any one of claims 2 to 5, and calculates the loss L including at least one of the iron loss is calculated based on the current flowing through the motor with the measured and the speed of the motor The motor control apparatus described.
前記測定したモータに流れる電流を2乗することによって算出される銅損、または、
前記測定したモータに流れる電流と前記モータの速度とに基づいて算出される鉄損
の少なくともどちらかを含む損失Lを算出する
ことを特徴とする請求項2乃至請求項5の何れか一項に記載のモータ制御装置。 The power consumption calculation unit
Copper loss calculated by squaring the current flowing through the measured motor, or
To any one of claims 2 to 5, and calculates the loss L including at least one of the iron loss is calculated based on the current flowing through the motor with the measured and the speed of the motor The motor control apparatus described.
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