JP5845433B2 - モータ駆動装置 - Google Patents
モータ駆動装置Info
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Description
本発明は、モータ速度を指令速度に追従させる速度制御を備えたモータ駆動装置におけ
る、バックラッシュ補正方法に関する。
る、バックラッシュ補正方法に関する。
従来、モータ位置と負荷位置の間にバックラッシュが存在する場合は、実際に制御するモータ位置ではなく負荷位置を指令位置に追従させるために、コントローラまたはモータ制御装置に位置制御および速度制御の両方を備え、指令位置の方向反転あるいは位置偏差の符号反転をもとに、バックラッシュ補正やバックラッシュ加速処理を行っていた。（例えば、特許文献１参照）。
しかし主にコントローラ側のコストや運用面での課題により、コントローラ側で位置制御を行い、その出力であるアナログ速度指令にモータ速度が追従するように、モータ駆動装置で速度制御を行う構成をとる場合がある。コスト重視の本構成において、コントローラ側にバックラッシュ補正機能がない、あるいは運用上、バックラッシュ補正機能を使用することができない場合に、モータ駆動装置側でバックラッシュ補正を求められる場合がある。
その場合、モータ駆動装置への入力はアナログの速度指令のみに限られるため、バックラッシュ補正のタイミングをとるのに必要な、指令位置の方向反転あるいは位置偏差の符号反転をモータ駆動装置側で直接検知することができない。
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、速度制御で動作するモータ駆動装置において、バックラッシュ補正を行う手段を提供することを目的とする。
本発明のモータ駆動装置は、コントローラ側は、モータの位置指令とモータ位置検出器が出力するモータ位置の差である位置偏差を計算し、この位置偏差に位置比例ゲインを乗じて速度指令を生成するモータの位置比例制御を行い、モータ駆動装置は速度指令にモータ速度が追従するようモータの速度制御を行い、速度指令の反転を検出する符号判定器を備え、符号判定器の出力に応じて速度指令にバックラッシュ補正したい変位に位置比例ゲインを乗じたオフセット補正値を加算するオフセット加算器を備えることを特徴とする。
このような構成により、コントローラ側を位置比例制御に限定することで、位置偏差に比例したアナログ速度指令の符号反転から、位置指令あるいはモータ位置の反転を推測できる。これによりバックラッシュ補正の開始タイミングがつかめるため、バックラッシュ分に相当する位置偏差に位置比例ゲインを乗じたアナログ電圧を、オフセットとして速度指令に加算することで、バックラッシュ補正が可能となる。
また本発明のモータ駆動装置は、コントローラ側は、モータの位置指令とモータ位置検出器が出力するモータ位置の差である位置偏差を計算し、この位置偏差に位置比例ゲインを乗じて速度指令を生成するモータの位置比例制御を行い、モータ駆動装置は速度指令にモータ速度が追従するようモータの速度制御を行い、速度指令が負から正に変化すると符号判定器が判定した場合にバックラッシュ補正したい変位量をモータ速度に加算し、速度指令が正から負に変化すると符号判定器が判定した場合にバックラッシュ補正したい変位量をモータ速度から減算するフィードバック補正器を備えることを特徴とする。
このような構成により、アナログ速度指令の符号反転タイミングでフィードバック位置をバックラッシュ分だけ補正する。これにより、コントローラ側の位置制御でモータ位置を補正分だけずれた位置に位置決め制御させることができる。この結果、バックラッシュ補正を実現できる。
第１の発明のモータ駆動装置によれば、コントローラ側を位置比例制御に限定することで、位置偏差に比例したアナログ速度指令の符号反転から、位置指令あるいはモータ位置の反転を推測できる。これによりバックラッシュ補正の開始タイミングがつかめるため、バックラッシュ分に相当する位置偏差に位置比例ゲインを乗じたアナログ電圧を、オフセットとして速度指令に加算することで、バックラッシュ補正が可能となる。
また、第２の発明のモータ駆動装置によれば、アナログ速度指令の符号反転タイミングでフィードバック位置をバックラッシュ分だけ補正することで、コントローラ側の位置制御でモータ位置を補正分だけずれた位置に位置決め制御させることで、結果としてバックラッシュ補正を実現できる。
以下本発明を実施するための形態を、各実施例にて図面を参照しながら説明する。
本発明に実施例１について図１を用いて説明する。図１は、本実施例におけるモータ駆動装置のブロック図である。
図１において、コントローラ２は、モータ駆動装置１からのモータ位置フィードバックパルス１１３をパルスカウンタ２０２で受信し、モータ位置２０３を得る。モータ位置２０３を位置指令２０１と減算器２０４で比較し、位置偏差２０５を得る。位置偏差２０５は位置比例制御器２０６で位置比例ゲイン倍されて速度指令２０７となる。これをＤ／Ａ変換器２０８でアナログ速度指令２０９に変換し、モータ駆動装置１に出力する。
モータ駆動装置１は、コントローラ２からのアナログ速度指令２０９を、Ａ／Ｄ変換器１０１で速度指令１０２に変換し、通常はハードウェア回路のオフセット電圧をオフセット加算器１０５で補正し、補正後速度指令１０６を生成する。補正後速度指令１０６と、エンコーダ４からのエンコーダ位置１０９を速度演算器１１０で変換したモータ速度１１１が一致するよう、速度制御器１０７は動作し、モータ３に流すモータ電流１０８を制御する。モータ速度はそのままパルス発生器１１２にも接続されており、モータ移動量をパルスとして出力し、このパルスをカウントすることでモータ位置を得ることができる。
ここで、コントローラ２が位置比例制御で構成されていることより、位置偏差２０５と
アナログ速度指令２０９の符合は一致する。したがってモータ駆動装置側で、アナログ速度指令２０９をＡ／Ｄ変換した速度指令１０２の、符号を判定する符号判定器１０３を設けることで、モータ位置２０３の移動方向を検知できる。
アナログ速度指令２０９の符合は一致する。したがってモータ駆動装置側で、アナログ速度指令２０９をＡ／Ｄ変換した速度指令１０２の、符号を判定する符号判定器１０３を設けることで、モータ位置２０３の移動方向を検知できる。
またオフセット加算器１０５で一定のオフセット値を加えた場合、補正後速度指令１０６が０となる停止状態では、速度指令１０２は上記のオフセット値を反転した値となり、アナログ速度指令２０９は速度指令１０２のアナログ電圧相当値となる。さらにコントローラ２の速度指令２０７は速度指令１０２のＤ／Ａ変換前の値となり、結局のところ位置偏差２０５がＤ／Ａ変換前の値を位置比例制御器２０６の位置比例ゲインで割った値となったところで安定する。すなわち位置指令２０１が一定の場合に、オフセット加算器１０５でオフセット値を操作すると、位置偏差２０５、すなわちモータ位置２０３をずらすことができる。
一般にバックラッシュ補正は、モータ位置が基準位置から一方向に動いたときのみモータ位置を補正することで、負荷先端位置を指令位置に一致させる。上記の符号判定器１０３の出力である符号信号１０４を、速度指令が正で１、負で０とする。そして、バックラッシュ補正したい変位に位置比例ゲインを乗じた値をオフセット補正値として符号信号１０４に乗じたものを、オフセット加算器１０５で加算する。その結果、位置偏差２０５が正の場合のみモータ位置２０３をバックラッシュ補正量だけずらすことができる。
これをシミュレーションした結果を図２Ａ、２Ｂに示す。図２Ａは、本実施例におけるモータ駆動装置の各部信号波形を表したグラフである。図２Ｂは、本実施例におけるモータ駆動装置の時間０．５ｓ近辺の位置指令とモータ位置を拡大したグラフである。
図２Ａは、実線の位置指令２０１をｃｏｓ波形で変化させたときのモータ位置２０３と位置偏差２０５を示している。図２Ａにおいて点線が補正なしの場合、太線が補正ありの場合を示している。図２Ａより、補正を行ったときは位置偏差が正のときのみ絶対値が減少していることが分かる。また図２Ｂは、図２Ａの時間０．５ｓ近辺の位置指令２０１とモータ位置２０３を拡大したものである。図２Ｂより、補正なしの場合と比べて補正ありの場合は、移動方向反転時のモータ位置２０３の戻りが早くなっており、その結果として位置偏差２０５が小さくなっていることが分かる。
なお、上記オフセット値を符号信号１０４に応じて切り替えているが、この変化が振動を引き起こす場合には、ローパスフィルタなどにより平滑化してもよい。また位置偏差２０５の変化が所望のカーブとなるようオフセット値の変化を調整するのもよい。
本発明の実施例２について図３を用いて説明する。図３は、本実施例におけるモータ駆動装置のブロック図である。
図３が図１と異なるのは、フィードバック補正器１１４が追加されており、符号判定器１０３の出力である符号信号１０４が、オフセット加算器１０５の代わりに、フィードバック補正器１１４に入力されている点である。
本実施例におけるモータ駆動装置の動作では、オフセット加算器１０５は通常のアナログ速度指令の図示しない理由によるオフセットを補正する目的でのみ使用している。
フィードバック補正器１１４では、実施例１と同様の符号信号１０４に対して、バックラッシュ補正したい変位量を、符号信号１０４が負から正に変化するときに、モータ速度１１１に１回だけ加算し、符号信号１０４が正から負に変化するときに、モータ速度１１
１から１回だけ減算する。これにより、補正後モータ速度１１５を生成する。
１から１回だけ減算する。これにより、補正後モータ速度１１５を生成する。
実施例１と同様に補正が有効な場合の停止状態を考えると、実施例１とは少し異なり、見た目の位置偏差２０５、速度指令２０７、アナログ速度指令２０９、速度指令１０２、補正後速度指令１０６、モータ速度１１１は、すべて０となる。しかし符号信号１０４が負から正に変化するときに変位量が加算されているため、パルス発生器１１２からのモータ位置フィードバックパルス１１３はその分多く出力される。その結果、コントローラ２が認識するモータ位置２０３は、エンコーダ４が出力するエンコーダ位置１０９と比べて変位量だけずれた状態で安定する。すなわち、真のモータ位置であるエンコーダ位置１０９が位置指令２０１から変位量だけずれた位置で安定することになる。
これをシミュレーションした結果を図４Ａ、４Ｂに示す。コントローラ２には、実施例１と同じ位置指令２０１を入力しているが、位置偏差２０５が負から正に変化するときに少し変化があるのを除いて、補正ありと補正無しの位置偏差２０５は一致している。しかし、図４Ｂでモータ位置２０３とエンコーダ位置１０９を拡大した結果を示すように、補正なしの場合のモータ位置２０３（＝補正なしの場合のエンコーダ位置１０９）と比べて、補正ありの場合は位置偏差２０５が反転するタイミングでモータ位置２０３が逆方向に変位量だけ急変している。この変移量をコントローラ２の位置制御が補正しようとすることで、真のモータ位置であるエンコーダ位置１０９の戻りが早くなることが分かる。
なお、上記オフセット値を符号信号１０４に応じて切り替えているが、この変化が振動を引き起こす場合には、ローパスフィルタなどにより平滑化してもよい。またエンコーダ位置１０９の変化が所望のカーブとなるようオフセット値の変化を調整するのもよい。
また、実施例１および実施例２に共通して、コントローラ側の位置制御を比例のみとしたが、位置偏差の符号情報が保持されるのであれば、他の制御方式を採用してもかまわない。例えば位置指令の差分にゲインを乗じて速度指令に加算する速度フィードフォワードは、ゲインを０以上〜１未満の範囲で使用する限り、位置偏差の絶対値は減少するが、符号情報は保持されるため適用可能である。
本発明のモータ駆動装置は、廉価なコントローラで位置比例制御を構成し、モータ駆動装置を速度制御で使用する場合において、負荷のバックラッシュ補正を行う必要がある用途で有用である。
１ モータ駆動装置
１０１ Ａ／Ｄ変換器
１０２ 速度指令
１０３ 符号判定器
１０４ 符号信号
１０５ オフセット加算器
１０６ 補正後速度指令
１０７ 速度制御器
１０８ モータ電流
１０９ エンコーダ位置
１１０ 速度演算器
１１１ モータ速度
１１２ パルス発生器
１１３ モータ位置フィードバックパルス
１１４ フィードバック補正器
１１５ 補正後モータ速度
２ コントローラ
２０１ 位置指令
２０２ パルスカウンタ
２０３ モータ位置
２０４ 減算器
２０５ 位置偏差
２０６ 位置比例制御器
２０７ 速度指令
２０８ Ｄ／Ａ変換器
２０９ アナログ速度指令
３ モータ
４ エンコーダ（モータ位置検出器）
１０１ Ａ／Ｄ変換器
１０２ 速度指令
１０３ 符号判定器
１０４ 符号信号
１０５ オフセット加算器
１０６ 補正後速度指令
１０７ 速度制御器
１０８ モータ電流
１０９ エンコーダ位置
１１０ 速度演算器
１１１ モータ速度
１１２ パルス発生器
１１３ モータ位置フィードバックパルス
１１４ フィードバック補正器
１１５ 補正後モータ速度
２ コントローラ
２０１ 位置指令
２０２ パルスカウンタ
２０３ モータ位置
２０４ 減算器
２０５ 位置偏差
２０６ 位置比例制御器
２０７ 速度指令
２０８ Ｄ／Ａ変換器
２０９ アナログ速度指令
３ モータ
４ エンコーダ（モータ位置検出器）
Claims (2)
- コントローラ側は、モータの位置指令とモータ位置検出器が出力するモータ位置の差である位置偏差を計算し、この位置偏差に位置比例ゲインを乗じて速度指令を生成する前記モータの位置比例制御を行い、モータ駆動装置は前記速度指令にモータ速度が追従するよう前記モータの速度制御を行う前記モータ駆動装置において、
前記速度指令の反転を検出する符号判定器を備え、
前記符号判定器の出力に応じて前記速度指令にバックラッシュ補正したい変位に前記位置比例ゲインを乗じたオフセット補正値を加算するオフセット加算器を備えることを特徴とするモータ駆動装置。 - コントローラ側は、モータの位置指令とモータ位置検出器が出力するモータ位置の差である位置偏差を計算し、この位置偏差に位置比例ゲインを乗じて速度指令を生成する前記モータの位置比例制御を行い、モータ駆動装置は前記速度指令にモータ速度が追従するよう前記モータの速度制御を行う前記モータ駆動装置において、
前記速度指令の反転を検出する符号判定器を備え、
前記速度指令が負から正に変化すると前記符号判定器が判定した場合にバックラッシュ補正したい変位量を前記モータ速度に加算し、前記速度指令が正から負に変化すると前記符号判定器が判定した場合に前記バックラッシュ補正したい変位量を前記モータ速度から減算するフィードバック補正器を備えることを特徴とするモータ駆動装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011044651A JP5845433B2 (ja) | 2010-03-08 | 2011-03-02 | モータ駆動装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2010050260 | 2010-03-08 | ||
| JP2010050260 | 2010-03-08 | ||
| JP2011044651A JP5845433B2 (ja) | 2010-03-08 | 2011-03-02 | モータ駆動装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| JP5845433B2 true JP5845433B2 (ja) | 2016-01-20 |
Family
ID=44662220
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2011044651A Active JP5845433B2 (ja) | 2010-03-08 | 2011-03-02 | モータ駆動装置 |
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