JP6118988B2 - Motor drive device - Google Patents
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Description
本発明は、複数の制御パラメータによりモータを制御するモータ駆動装置に関する。 The present invention relates to a motor drive device that controls a motor with a plurality of control parameters.
昨今のRISCマイコンやDSPなど組み込みマイコンの高性能化や、FPGAやSoCといった従来のASICにカスタマイズ可能な要素を組み合わせた集積回路の発展により、現在のモータ駆動装置には、サーボモータを外部指令通りに駆動制御する位置・速度・電流制御などの基本機能に加え、さまざまな自動調整機能が搭載されている。 Due to the development of integrated circuits that combine customizable elements with conventional ASICs such as FPGAs and SoCs, the current motor drive devices are now equipped with servo motors according to external commands. In addition to the basic functions such as position, speed, and current control for driving control, various automatic adjustment functions are installed.
図12に従来のモータ駆動装置のブロック図を示す。 FIG. 12 shows a block diagram of a conventional motor driving apparatus.
モータを駆動制御する基本機能は、図12上では実線で接続された一重線のブロックから構成される。 The basic function for driving and controlling the motor is composed of single line blocks connected by solid lines in FIG.
上位装置81が出力する外部位置指令は、モータ駆動装置82の指令選択部821に入力される。指令選択部821は、後述の試運転機能8211が出力する内部位置指令と外部位置指令のどちらかを選択し、指令応答設定部822に出力する。
The external position command output from the
指令応答設定部822では、スムージング(平滑化)処理を行い、位置指令を入力とするフィルタ演算処理を行った後の指令を位置速度制御部823へ出力する。
The command
位置速度制御部823は、この指令入力とエンコーダ84からモータ位置情報を入力し、PID制御に代表されるフィードバック制御演算を行い、位置偏差が0となるようなトルク指令を出力する。
The position /
負荷特性補償部824は、位置速度制御部が出力するトルク指令に対し、モータ63および負荷85の総イナーシャに応じたスケーリング処理を行うことで、負荷イナーシャの差異を吸収する。またエンコーダ84からのモータ位置情報からモータ83および負荷85の摩擦トルクを推定しあらかじめ加算する補償を行うことで、補償後のトルク指令を生成する。
The load
共振抑制部825は、モータ83と負荷85の共振特性が引き起こす振動を励起しないよう、補償後のトルク指令から特定の周波数成分を除去するノッチフィルタあるいはローパスフィルタ処理を通した結果を、最終のトルク指令として出力する。
The
次に図12上では、点線で接続された二重線のブロックから構成される、自動調整機能について概要を説明する。 Next, in FIG. 12, an outline of an automatic adjustment function composed of double line blocks connected by dotted lines will be described.
試運転機能8211は、例えば特許文献1にあるように、モータ駆動装置82の内部である傾きの加減速度を持った三角波で一定量、正負の往復運転パターンを生成する。またより一般には、外部から移動量、最高速度、加速時間、減速時間、停止時間などのパラメータを設定して、モータ駆動装置82内蔵のNC演算処理で指令パターンをリアルタイムに自動計算し、一定周期毎の内部位置指令を生成する機能である。なお指令選択部821に内部位置指令の選択を要求する付加情報を、内部位置指令とともに伝達することで、試運転機能8211から指令選択部821の動作を指定することもできる。
For example, as disclosed in
指令応答設定機能8221は、例えば特許文献2にあるように、モータ駆動装置82の外部から剛性値という1つの指標を与え、モータ駆動装置82に内蔵するテーブルから、位置指令の応答性を決める指令前置フィルタの遮断周波数を決定する。またより一般には、一次遅れや二次遅れのフィルタ時定数や減衰比でより細かい周波数特性を指示する形、あるいは立ち上がり時間や遅延時間、オーバーシュート量など時間応答の過渡特性を指示する形など、1つあるいは複数の指令応答指標を入力し、指令応答設定部822の入出力関係が指令応答指標にできるだけ一致するよう、指令応答設定部822の1つまたは複数のパラメータを自動設定する。
The command
剛性設定機能8231は、例えば特許文献3にあるように、サーボ剛性を代表する1パラメータを指標とし、これに一定の比率を掛けて速度比例ゲインや速度積分ゲイン、位置比例ゲインを連動して設定する。また前述の特許文献2にあるように、剛性値に対応したテーブルから位置速度制御部のゲイン設定を決定してもよい。一般には、1つあるいは複数の剛性指標を入力し、位置速度制御部823の外乱応答が剛性指標にできるだけ一致するよう、位置速度制御部823の1つまたは複数のパラメータを自動設定する。
For example, as described in
負荷特性測定機能8241は、例えば特許文献5にあるように、モータ83へのトルク指令およびエンコーダ84からのモータ位置情報とその高次差分である速度・加速度から、最小二乗推定を用いて、モータ83および負荷85を合わせた総イナーシャ、常に一定で働く偏荷重トルク、動作方向に依存する動摩擦トルク、動作速度に比例する粘性摩擦トルクなどの摩擦特性を自動推定する。また推定結果を負荷特性補償部824にリアルタイムに反映させることで、どのような負荷85が接続されても、指令応答指標や剛性指標で指定した同じ応答性が得られる、適応ロバスト性を持たせることができる。
For example, as disclosed in
適応フィルタ機能8251は、例えば特許文献4にあるように、再帰型のノッチフィルタを用いた適応アルゴリズムにより、モータ速度から抽出した高周波成分をできるだけ0に近づけるよう、共振抑制部825のパラメータを自動調整する。またトルク指令から振動成分を抽出したり、モデル応答との差から振動成分を抽出する、あるいは適応フィルタを複数持つ、ノッチ周波数だけでなく幅や深さ、Q値を自動調整する、などのバリエーションが存在する。一般には、何らかの方法でモータ83と負荷85の共振特性に起因する振動成分を抽出し、規範入力との差を最小にする適応アルゴリズムにより、共振抑制部825のフィルタパラメータを自動調整する機能といえる。
The
発振検知機能826は、例えば特許文献6にあるように、エンコーダ84からのモータ位置情報から変動分を抽出し、しきい値との比較、継続時間の判定などにより、モータ8
3および負荷85の発振状態を検出する。発振を検知した場合は、前述の剛性設定機能8231に発振検知情報を伝達して、フィードバックループの周波数帯域幅が狭くなるような剛性値を選択して発振を自動的に抑制する。
The
3 and the oscillation state of the
最後に評価指標測定機能827は、例えば特許文献7にあるように、指令選択部821の位置指令出力、エンコーダ84のモータ位置出力、負荷特性補償部824のトルク指令出力などの入出力データを周期的に測定・記憶し、整定時間やオーバーシュート、トルク変動などの評価指標に対応した入出力データから評価値を算出、表示、蓄積する機能である。いずれもリアルタイムに取得できる膨大なモータ制御情報から、より意味のある少数の評価指標にデータ圧縮することが本機能の重要な側面である。
Finally, the evaluation
しかし従来の技術では、特許文献6の発振検知機能および特許文献8の振動検知器では振動を検知するために、振動成分の振幅レベルを閾値と比較しているが、振幅レベルが閾値に達しない微振動は検知できず、自動調整の最終結果として得られた制御ゲインの設定では、検知できなかった微振動が原因で音が発生する課題があった。
However, in the conventional technique, the oscillation detection function of
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、微振動検出機能を追加し、微振動が発生する自動調整結果を最終結果として適用しないことで、微振動が発生しないモータ駆動装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and provides a motor drive device that does not generate micro-vibration by adding a micro-vibration detection function and not applying an automatic adjustment result that generates micro-vibration as a final result. The purpose is to do.
上記課題を解決するために、請求項1記載のモータ駆動装置では、位置検出器の情報を用いモータを制御するモータ制御装置において、位置指令とモータ位置と制御ゲイン設定値から速度指令を出力する位置制御器と、前記速度指令とモータ速度と前記制御ゲイン設定値からトルク指令を出力する速度制御器と、前記トルク指令からモータ駆動信号を出力する電流制御器と、前記モータ位置から前記モータ速度を出力する速度算出器と、前記モータ速度と微振動検知指標から微振動検知信号を出力する微振動検知器と、前記微振動検知信号から前記制御ゲイン設定値を出力する制御ゲイン自動設定器とを備え、前記微振動検知器では、前記モータ速度のゼロクロス回数から微振動の有無を検出し、前記制御ゲイン自動設定器では、前記微振動検知信号が微振動検知なしの状態では制御ゲインを大きくするとともに、制御ゲイン設定値を記憶しておき、微振動検知ありの状態では、記憶しておいた制御ゲインの設定値を出力し、さらに、前記微振動検知器は、検出したい最低周波数と回数カウント時間に基づき、振動ありと判定する前記ゼロクロス回数の閾値を設定することを特徴とする。
In order to solve the above problem, in the motor drive device according to
請求項2記載のモータ駆動装置では、位置検出器の情報を用いモータを制御するモータ制御装置において、位置指令とモータ位置と制御ゲイン設定値から速度指令を出力する位
置制御器と、前記速度指令とモータ速度と前記制御ゲイン設定値からトルク指令を出力する速度制御器と、前記トルク指令からモータ駆動信号を出力する電流制御器と、前記モータ位置から前記モータ速度を出力する速度算出器と、前記モータ速度と微振動検知指標から微振動検知信号を出力する微振動検知器と、前記モータ速度から発振検知信号を出力する発振検出器と、前記微振動検知信号と前記発振検知信号と微振動許容設定から前記制御ゲイン設定値を出力する制御ゲイン自動設定器とを備え、前記微振動検知器では、前記モータ速度のゼロクロス回数から微振動の有無を検出し、前記発振検出器では、前記モータ速度の振動情報から発振の有無を検出し、前記制御ゲイン自動設定器では、前記発振検知信号が発振なしの状態では制御ゲインを大きくするとともに、制御ゲイン設定値と微振動検知信号とを記憶しておき、発振ありの状態では、制御ゲインを小さくするとともに、前記微振動許容設定が許容しない設定では、小さくした制御ゲインとの組合せで記憶しておいた前記微振動検知信号のない制御ゲイン設定値を出力し、許容する設定の場合には、小さくした制御ゲインとの組合せで記憶しておいた前記微振動検知信号に関係なく制御ゲイン設定値を出力し、さらに、前記微振動検知器は、検出したい最低周波数と回数カウント時間に基づき、振動ありと判定する前記ゼロクロス回数の閾値を設定することを特徴とする。
3. The motor drive device according to
請求項3記載のモータ駆動装置では、請求項1または請求項2のいずれか1項において、前記微振動検知器は、前記モータ速度がゼロ以外の値である直前の取得値と今回の取得値の積が負となる回数をゼロクロス回数することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the motor drive device according to the first or second aspect, the micro-vibration detector is configured such that the acquired value immediately before the motor speed is a value other than zero and the current acquired value. The number of times that the product of is negative is the number of zero crossings.
請求項4記載のモータ駆動装置では、請求項1または請求項2のいずれか1項において、前記微振動検知器は、前記モータ速度の符号成分を抽出し、ゼロの場合はゼロとなる直前の取得値の符号と保持し、直前の取得値の符号と今回の取得値の符号の積が負となる回数をゼロクロス回数することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the motor drive device according to the first or second aspect, the micro vibration detector extracts a sign component of the motor speed, and if zero, immediately before the zero becomes zero. The number of times that the product of the sign of the acquired value is held and the product of the sign of the immediately preceding acquired value and the sign of the current acquired value is negative is zero-crossed.
請求項5記載のモータ駆動装置では、請求項1または請求項2のいずれか1項において、前記微振動検知器は、前記モータ速度にオフセット処理を行ったオフセット付信号のゼロクロス回数から微振動の有無を検出することを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the motor drive device according to the first or second aspect, the fine vibration detector may detect a slight vibration from the number of zero crosses of the offset-added signal obtained by performing an offset process on the motor speed. The presence or absence is detected.
請求項6記載のモータ駆動装置では、請求項5において、前記微振動検知器は、前記モータ速度がオフセット以下の値となる直前の取得値と今回の取得値の積が負となる回数をゼロクロス回数とすることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the motor drive device according to the fifth aspect, the micro-vibration detector determines the number of times that the product of the acquired value immediately before the motor speed becomes a value equal to or smaller than the offset and the current acquired value is zero crossed. It is characterized by the number of times.
請求項7記載のモータ駆動装置では、請求項5において、前記微振動検知器は、前記オフセット付モータ速度の符号成分を抽出し、前記モータ速度がオフセット値以下の値となる場合はオフセット値以下の値となる直前の取得値の符号と保持し、直前の取得値の符号と今回の取得値の符号の積が負となる回数をゼロクロス回数することを特徴とする。
The motor drive device according to
請求項8記載のモータ駆動装置では、請求項1〜7のいずれか1項において、前記微振動検知器は、位置検出器の分解能に合わせて、前記オフセット値を変更することを特徴とする。
The motor drive device according to claim 8 is characterized in that, in any one of
請求項9記載のモータ駆動装置では、請求項1〜7のいずれか1項において、前記微振動検知器は、位置決め整定完了幅に合わせて、前記オフセット値を変更することを特徴とする。 According to a ninth aspect of the present invention, in the motor drive device according to any one of the first to seventh aspects, the fine vibration detector changes the offset value in accordance with a positioning settling completion width.
さらに、他請求項の特徴を説明する。Further, features of other claims will be described.
請求項10記載のモータ駆動装置では、請求項1〜9のいずれか1項において、前記微
振動検知器は、前記位置指令と前記モータ速度と前記微振動検知指標から前記微振動検知信号を出力し、指令がないときにゼロクロス回数をカウントすることを特徴とする。
The motor drive device according to
請求項11記載のモータ駆動装置では、請求項1〜9のいずれか1項において、前記微振動検知器は、前記位置指令と前記モータ位置と前記微振動検知指標から前記微振動検知信号を出力し、指令がないときにゼロクロス回数をカウントすることを特徴とする。
In the motor driving device according to claim 11, in any one of
請求項12記載のモータ駆動装置では、請求項10または請求項11のいずれか1項において、前記微振動検知器は、指令がなくなってから最初のゼロクロスを起点とし、ゼロクロス回数をカウントすることを特徴とする。
In the motor drive device according to claim 12 , in any one of
請求項13記載のモータ駆動装置では、請求項10〜12のいずれか1項において、前記微振動検知器は、所定の時間以上ゼロクロス回数が増加する場合に持続振動として判断することを特徴とする。
In the motor drive device according to claim 13 , in any one of
請求項14記載のモータ駆動装置では、請求項1〜13のいずれか1項において、前記微振動検知器は、高周波除去を目的としたフィルタ処理を行ったモータ速度を入力とすることを特徴とする。
The motor drive device according to claim 14 , wherein the micro-vibration detector according to any one of
請求項15記載のモータ駆動装置では、請求項14において、前記フィルタ処理は、少なくともローパスフィルタ、バンドパスフィルタ、または移動平均型フィルタのいずれかであることを特徴とする。 According to a fifteenth aspect of the present invention, in the fourteenth aspect , the filter processing is at least one of a low-pass filter, a band-pass filter, and a moving average filter.
請求項16記載のモータ駆動装置では、請求項14または請求項15のいずれか1項において、前記フィルタ処理の設定に合わせて前記オフセット値を変更することを特徴とする。 According to a sixteenth aspect of the present invention, in any one of the fourteenth and fifteenth aspects, the offset value is changed in accordance with the setting of the filter processing.
請求項17記載のモータ駆動装置では、請求項1〜16のいずれか1項において、前記微振動検知器は、微振動のゼロクロス回数を微振動回数として出力とすることを特徴とする。
The motor drive device according to
請求項1に記載のモータ駆動装置によれば、モータ速度のゼロクロス発生回数から振幅レベルの小さな振動(微振動)を検出し、自動調整結果から微振動を発生しない制御ゲインを設定することができる。 According to the motor drive device of the first aspect, vibration with a small amplitude level (fine vibration) can be detected from the number of occurrences of zero crossing of the motor speed, and a control gain that does not generate fine vibration can be set from the automatic adjustment result. .
請求項2に記載のモータ駆動装置によれば、モータ速度のゼロクロス発生回数から振幅レベルの小さな振動(微振動)を検出し、自動調整結果から微振動許容設定に応じた制御ゲインを設定することができる。 According to the motor drive device of the second aspect of the present invention, vibration with a small amplitude level (fine vibration) is detected from the number of occurrences of zero crossing of the motor speed, and a control gain according to the fine vibration allowable setting is set from the automatic adjustment result. Can do.
請求項3に記載のモータ駆動装置によれば、モータ速度がゼロ以外の値である直前の取得値と今回の取得値の積が負の値となる回数をカウントすることで、モータ速度のゼロクロス回数を簡単にカウントすることができる。
According to the motor drive device of
請求項4に記載のモータ駆動装置によれば、モータ速度がゼロ以外の値である直前の取得値の符号成分と今回の取得値がゼロ以外である場合の符号成分の積が負の値となる回数をカウントすることで、演算桁数を減らしてモータ速度のゼロクロス回数を簡単にカウントすることができる。
According to the motor drive device of
請求項5に記載のモータ駆動装置によれば、モータ速度とオフセットレベルの比較を行
い、モータ速度がオフセットレベル以下になった場合には直前の値を保持する処理を行ったオフセット付モータ速度のゼロクロス回数をカウントすることで、1パルス振動のような音の発生につながらない微振動を除くことができる。
According to the motor drive device of the fifth aspect, the motor speed is compared with the offset level, and when the motor speed is equal to or lower than the offset level, the process of holding the immediately preceding value is performed. By counting the number of zero crossings, it is possible to eliminate fine vibrations that do not lead to the generation of sound such as one-pulse vibration.
請求項6に記載のモータ駆動装置によれば、モータ速度とオフセットレベルの比較を行い、モータ速度がオフセットレベル以下になった場合には直前の値を保持する処理を行ったオフセット付モータ速度の前回の取得値と今回の取得値の積の結果が負の値となる回数をカウントすることで、オフセット付モータ速度のゼロクロス回数を簡単にカウントすることができる。 According to the motor drive device of the sixth aspect, the motor speed is compared with the offset level, and when the motor speed becomes equal to or lower than the offset level, the process of holding the immediately preceding value is performed. By counting the number of times that the product of the previous acquired value and the current acquired value is a negative value, the number of zero crossings of the motor speed with offset can be easily counted.
請求項7に記載のモータ駆動装置によれば、モータ速度とオフセットレベルの比較を行い、モータ速度がオフセットレベル以下になった場合には直前の値を保持する処理を行ったオフセット付モータ速度の符号成分の前回の取得値と今回の取得値の積を求めることで、演算桁数を減らしてオフセット付モータ速度のゼロクロス回数を簡単にカウントすることができる。 According to the motor drive device of the seventh aspect, the motor speed is compared with the offset level, and when the motor speed is equal to or lower than the offset level, the process of holding the immediately preceding value is performed. By obtaining the product of the previous acquired value and the current acquired value of the code component, the number of calculation digits can be reduced and the number of zero crossings of the motor speed with offset can be easily counted.
請求項8に記載のモータ駆動装置によれば、位置検出値の分解能によって最低検出速度が異なる場合でも、位置検出器の分解能に合わせてオフセット値を変更することで、位置検出器の分解能に応じた微振動検知を実現することができる。 According to the motor drive device of the eighth aspect, even when the minimum detection speed varies depending on the resolution of the position detection value, the offset value is changed in accordance with the resolution of the position detector, so that the position detection value can be changed according to the resolution of the position detector. It is possible to realize fine vibration detection.
請求項9に記載のモータ駆動装置によれば、位置決め整定完了幅に合わせてオフセット値を変更することで、位置決め精度に応じて検出したい微振動レベルを変更することができる。 According to the motor drive device of the ninth aspect, the fine vibration level to be detected can be changed according to the positioning accuracy by changing the offset value in accordance with the positioning settling completion width.
さらに、他請求項の効果を説明する。Further, effects of other claims will be described.
請求項10に記載のモータ駆動装置によれば、指令がないときのゼロクロス回数をカウントすることで、停止時微振動を検出することができる。 According to the motor drive device of the tenth aspect , the fine vibration at the time of stop can be detected by counting the number of times of zero crossing when there is no command.
請求項11に記載のモータ駆動装置によれば、微振動検知器の入力を位置偏差とした場合でも、指令がないときのゼロクロス回数をカウントすることで、停止時微振動を検出することができる。 According to the motor drive device of the eleventh aspect , even when the input of the fine vibration detector is a position deviation, the fine vibration at the time of stop can be detected by counting the number of zero crosses when there is no command. .
請求項12に記載のモータ駆動装置によれば、モータ速度信号のゼロクロス検出時間を起点としてゼロクロス回数をカウントすることで、応答の追従遅れ尾を考慮した振動検出を実現することができる。 According to the motor drive device of the twelfth aspect , by detecting the number of zero crosses starting from the zero cross detection time of the motor speed signal, it is possible to realize vibration detection in consideration of the response follow-up delay tail.
請求項13に記載のモータ駆動装置によれば、所定の時間以上ゼロクロス回数の増加することを確認することで、持続振動の発生を確認することができる。 According to the motor drive device of the thirteenth aspect , it is possible to confirm the occurrence of continuous vibration by confirming that the number of zero crossings increases for a predetermined time or more.
請求項14に記載のモータ駆動装置によれば、検出不要な周波数帯を除去することができる。 According to the motor drive device of the fourteenth aspect , it is possible to remove a frequency band that does not require detection.
請求項15に記載のモータ駆動装置によれば、特定の振動周波数の微振動に限定して検知することができる。 According to the motor drive device of the fifteenth aspect , it is possible to detect only the minute vibration of the specific vibration frequency.
請求項16に記載のモータ駆動装置によれば、フィルタ設定に応じたレベルの振動の検出を実現することができる。 According to the motor drive device of the sixteenth aspect , it is possible to realize the detection of the vibration at the level according to the filter setting.
請求項17に記載のモータ駆動装置によれば、微振動発生状況をモニタすることができ
る。
According to the motor drive device of the seventeenth aspect , it is possible to monitor the minute vibration occurrence state.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1は、本発明の請求項1記載のモータ駆動装置におけるブロック図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram of a motor driving apparatus according to
図1において、位置制御器1は、位置指令101とモータ位置105と制御ゲイン設定値109から速度指令102を出力し、速度制御器2は、速度指令102とモータ速度106と制御ゲイン設定値109からトルク指令103を出力し、電流制御器3は、トルク指令103からモータ駆動信号104を出力し、速度算出器4は、モータ位置105からモータ速度106を出力し、微振動検知器5は、モータ速度106と微振動検知指標107から微振動検知信号108を出力し、制御ゲイン自動設定器6は、微振動検知信号108から制御ゲイン設定値109を出力するものである。
In FIG. 1, the
位置制御器1は、位置指令101とモータ位置105との偏差を0にするように制御され、内部には、位置比例ゲインや位置積分ゲインなどの制御ゲインを有している。制御ゲイン自動設定器6から出力される制御ゲイン設定値109を用いて制御される。
The
速度制御器2は、速度指令102とモータ速度106との偏差を0にするように制御され、内部には、速度比例ゲインや速度積分ゲイン、速度微分ゲインなどの制御ゲインを有している。制御ゲイン自動設定器6から出力される制御ゲイン設定値109を用いて制御される。
The
電流制御器3は、トルク指令103で指定されたトルクが出力されるようにモータ駆動信号104を出力し、モータ電流を制御する。
The
速度算出器4は、モータ位置105の1サンプリング前の値との差分からモータ速度106を算出している。
The
微振動検知器5は、例えば、図5に示したような構成を持ち、モータ速度106に対し、ゼロクロス回数をカウントし、微振動検知指標107で設定される閾値回数と比較して微振動検知を行い、その結果を微振動検知信号108として出力する。
The
制御ゲイン自動設定器6は、まず最初にモータに微振動が発生しない程度にゲインを小さくしておき、モータ動作毎に制御ゲイン設定値109を大きくすると同時に、制御ゲイン設定値109を内部メモリ等に記憶しておく。微振動検知信号108により微振動を検知すると、制御ゲイン設定値109を前回値、または数回前の適切な値に設定する。そうすることで、微振動を発生させない制御ゲインを設定することができる。
The control gain
次に、サーボ調整方法を図2に示すフローチャートで説明する。 Next, the servo adjustment method will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
図2は、本発明の請求項1記載のモータ駆動装置におけるサーボ調整方法のフローチャートである。
FIG. 2 is a flowchart of a servo adjustment method in the motor drive apparatus according to
モータが発振しないよう制御ゲインを低く設定するステップ201と、モータ動作を開始するステップ202と、微振動の有無を検知するステップ203と、微振動無しの場合に、制御ゲインを内部メモリ等に記憶しておくステップ204と、制御ゲインを大きくするステップ205と、微振動ありの場合に、制御ゲインを前回値、または数回前の最適な値に設定するステップ206の手順からなり、ステップ205からステップ203に戻り、ステップ203で微振動検知するまで繰り返すものである。 A step 201 for setting the control gain low so that the motor does not oscillate, a step 202 for starting the motor operation, a step 203 for detecting the presence / absence of micro-vibration, and storing the control gain in the internal memory or the like when there is no micro-vibration. Step 204, step 205 for increasing the control gain, and step 206 for setting the control gain to the previous value or the optimum value several times before when there is slight vibration. The process returns to step 203 and is repeated until the slight vibration is detected in step 203.
ステップ205で制御ゲインを記憶しておくことと、それをステップ206で再設定することで、最適な制御ゲインを自動設定することができる。 By storing the control gain in step 205 and resetting it in step 206, the optimum control gain can be automatically set.
本発明により、制御ゲインを自動調整する場合でも、微振動を発生させない制御ゲインを設定することができる。その結果、微振動による音の発生を抑制することが可能となる。 According to the present invention, even when the control gain is automatically adjusted, it is possible to set a control gain that does not generate micro vibrations. As a result, it is possible to suppress the generation of sound due to minute vibrations.
(実施の形態2)
基本構成は実施の形態1と同じであるため、ここでは相違点について説明する。
(Embodiment 2)
Since the basic configuration is the same as that of the first embodiment, differences will be described here.
図3は、本発明の請求項2記載のモータ駆動装置におけるブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram of the motor drive apparatus according to
図3において、発振検知器7は、モータ速度106から発振検知信号110を出力し、制御ゲイン自動設定器6は、発振検知信号110と微振動検知信号108と微振動許容設定111から制御ゲイン設定値109を出力するものである。
In FIG. 3, the
発振検知器7は、例えば、従来例の図13に示したような構成を持ち、モータ速度106に対し、図14に示すバンドパスフィルタを適用し、振動成分を抽出し、発振を検知するものであり、その結果を発振検知信号110として出力する。
The
制御ゲイン自動設定器6は、まず最初にモータに微振動が発生しない程度にゲインを小さくしておき、モータ動作毎に制御ゲイン設定値109を大きくすると同時に、制御ゲイン設定値109と微振動検知信号108との組合せを内部メモリ等に記憶しておく。発振検知信号110により発振を検知すると、微振動許容設定111が許容しない場合は、微振動検知信号がオフの制御ゲイン設定値109を設定し、許容する場合は制御ゲイン設定値109を前回値、または数回前の適切な値に設定する。そうすることで、微振動許容設定111に応じた最適な制御ゲインを設定することができる。
The control gain
次に、サーボ調整方法を図4に示すフローチャートで説明する。 Next, the servo adjustment method will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
図4は、本発明の請求項2記載のモータ駆動装置におけるサーボ調整方法のフローチャ
ートである。
FIG. 4 is a flowchart of a servo adjustment method in the motor drive apparatus according to
モータが発振しないよう制御ゲインを低く設定するステップ401と、モータ動作を開始するステップ402と、微振動の有無を検知するステップ403と、ステップ403の結果で信号を操作するステップ404と、発振の有無を検知するステップ405と、発振なしの場合に、制御ゲインと微振動検知信号との組合せを内部メモリ等に記憶しておくステップ406と、制御ゲインを大きくするステップ407と、発振ありの場合に、微振動許容設定111を確認するステップ408と、微振動を許容しない場合は制御ゲインを微振動信号オフの前回値、または数回前の最適な値に設定し、共用する場合は制御ゲインを前回値、または数回前の最適な値に設定するステップ409の手順からなり、ステップ407からステップ403に戻り、ステップ405で発振検知するまで繰り返すものである。
Step 401 for setting the control gain low so that the motor does not oscillate, Step 402 for starting the motor operation, Step 403 for detecting the presence or absence of slight vibration, Step 404 for manipulating the signal based on the result of Step 403, Step 405 for detecting presence / absence, step 406 for storing a combination of a control gain and a slight vibration detection signal in an internal memory or the like when there is no oscillation, step 407 for increasing the control gain, and a case with oscillation Further, step 408 for checking the fine vibration
ステップ407で制御ゲインと微振動有無の組合せを記憶しておくことと、制御ゲインをステップ409で微振動許容設定111に応じて再設定することで、微振動許容設定111に応じた最適な制御ゲインを自動設定することができる。
In step 407, the combination of the control gain and the presence / absence of slight vibration is stored, and the control gain is reset in step 409 according to the fine vibration
本発明により、制御ゲインを自動調整する場合でも、微振動許容設定に応じた制御ゲインを設定することができる。その結果、微振動を許容する装置では制御ゲインを大きくすることが可能となる。 According to the present invention, even when the control gain is automatically adjusted, it is possible to set the control gain according to the fine vibration allowable setting. As a result, it is possible to increase the control gain in an apparatus that allows fine vibrations.
次に、図5に示す微振動検知器について説明する。 Next, the micro vibration detector shown in FIG. 5 will be described.
図5は、本発明の請求項1または2のいずれか1項に記載のモータ駆動装置における微振動検知器のブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram of the fine vibration detector in the motor drive device according to
図5において、微振動検知器5は、オフセット付信号生成処理部5aと、ゼロクロス回数カウント処理部5bと、微振動検知処理部5cから構成され、オフセット付信号生成処理部5aはモータ速度106と微振動検知指標107として与えられるオフセットレベル107aからオフセット付信号501を出力し、ゼロクロス回数カウント処理部5bは、微振動検知指標107として与えられる微振動検知開始信号107bとオフセット付信号501からゼロクロス検出回数502を出力し、微振動検知処理部5cはゼロクロス検出回数502と微振動検知指標107として与えられる微振動検知閾値107cから微振動検知信号108を出力する。
In FIG. 5, the
次に、図6に示す微振動検知方法の処理の流れを説明する。 Next, the flow of processing of the fine vibration detection method shown in FIG. 6 will be described.
図6は、本発明の請求項1または2のいずれか1項に記載のモータ駆動装置における微振動検知方法のステップを示すフローチャートである。
図6において、ステップ301のオフセット付信号生成処理部5aでは、モータ速度106とオフセットレベル107aを比較し、モータ速度106がオフセットレベル107aより大きい場合はモータ速度の符号情報を出力し、小さい場合は前回のモータ速度の符号を保持したオフセット付信号501を生成する。次に、ステップ302のゼロクロス回数カウント処理部5bでは、微振動検知開始信号107bがオンのときのオフセット付信号501の前回値と今回値の積を求め、演算結果が負となった場合にゼロクロス検出回数502を1インクリメントする。さらに、ステップ303の微振動検知処理部5cでは、ゼロクロス検出回数502と微振動検知閾値107cとを比較し、ゼロクロス検出回数502が微振動検知閾値107cを超えた場合、微振動検知信号108をオンする。
FIG. 6 is a flowchart showing the steps of the fine vibration detection method in the motor drive device according to
In FIG. 6, the signal generation processing unit with offset 5a in step 301 compares the
次に、図7に示す微振動検知器の信号について説明する。 Next, signals of the micro vibration detector shown in FIG. 7 will be described.
図7は、本発明の請求項1または2のいずれか1項に記載のモータ駆動装置における微振動検知器における信号波形である。
FIG. 7 is a signal waveform in the micro-vibration detector in the motor drive device according to
図7において、速度指令102が与えられた時にモータ速度106の信号波形とし、オフセットレベル107aが与えられたとき、オフセット付信号生成処理部5aにおいて、モータ速度106とオフセットレベル107aの比較を行い、モータ速度106がオフセットレベル107aより小さい場合は前回のモータ速度信号を保持したオフセット付モータ速度信号501aを生成し、その符号成分のみを抽出したオフセット付モータ速度信号の符号成分501bを出力する。次に、ゼロクロス回数カウント処理部5bにおいて、微振動検知開始信号107bが常にオンとし、オフセット付モータ速度信号の符号成分の前回値と今回値の積601を求め、その結果が負の場合にゼロクロス回数を1インクリメントする。さらに、微振動検知処理部5cにおいて、ゼロクロス回数と微振動検知閾値107cとを比較し、ゼロクロス回数が微振動検知閾値107cを超えた場合に、微振動検知信号108をオンする。
In FIG. 7, when the
本発明により、信号のゼロクロス回数から振幅が小さな振動を検知することができる。 According to the present invention, vibration with a small amplitude can be detected from the number of zero crossings of a signal.
なお、微振動検知指標107のオフセットレベルはゼロとしてもよい。
The offset level of the fine
また、ゼロクロス回数をカウントするため、オフセット付モータ速度信号の符号成分の前回値と今回値の積601の結果が負の場合にカウントをアップしたが、単純にオフセット付モータ速度信号501aの値の正負の符号を確認し、前回の符号と異なる符号となった場合にゼロクロス回数をインクリメントしてもよい。
Also, in order to count the number of zero crossings, the count is increased when the result of the
また、オフセット付モータ速度信号は、モータ速度106と微振動検知指標107のオフセットレベルの比較を行い、その符号成分のみを抽出して オフセット付モータ速度信号の符号成分501bとしたが、オフセット付モータ速度信号501aの積を求めてゼロクロス回数をカウントしてもよい。
In addition, the motor speed signal with offset is compared with the offset level of the
また、オフセット付モータ速度信号をモータ速度106がオフセットレベル107aより小さい場合は前回のモータ速度信号を保持としてオフセット付モータ速度信号としたが、前回のモータ速度信号の代わりにオフセットレベルをセットしてもよいし、ゼロとしてゼロクロス回数カウント処理部で前回値を使用するようにしてもよい。
When the motor speed signal with offset is smaller than the offset
また、オフセットレベルは位置検出器の分解能に合わせて変更してもよいし、位置決め整定完了幅に合わせて変更してもよい。 Further, the offset level may be changed in accordance with the resolution of the position detector, or may be changed in accordance with the positioning settling completion width.
また、ゼロクロス回数を微振動回数として表示してもよい。 Further, the number of zero crossings may be displayed as the number of micro vibrations.
また、信号の1周期で2回ゼロクロスが発生することから、例えば、振動周波数50Hz時のカウント時間500ms間でのゼロクロス回数は50回となるため、この回数を微振動検知回数することで、最小50Hzまでの微振動を検知することができ、このように検知したい最小微振動周波数とカウント時間から微振動検知回数を設定することができる。 In addition, since zero crossing occurs twice in one cycle of the signal, for example, the number of zero crosses during a count time of 500 ms at a vibration frequency of 50 Hz is 50 times. Micro vibrations up to 50 Hz can be detected, and the number of micro vibration detections can be set from the minimum micro vibration frequency and count time desired to be detected in this way.
また、微振動検知器に入力するモータ速度にフィルタ処理を適用することで、可聴領域など所定の周波数帯の微振動の有無を確認できる。 In addition, by applying a filter process to the motor speed input to the micro vibration detector, it is possible to confirm the presence or absence of micro vibrations in a predetermined frequency band such as an audible region.
また、微振動検知器に入力するモータ速度にフィルタ処理の設定に合わせてオフセット
レベルを変更してもよい。
Further, the offset level may be changed in accordance with the setting of the filter processing to the motor speed input to the fine vibration detector.
(実施の形態3)
基本構成は実施の形態2と同じであるため、ここでは相違点について説明する。
(Embodiment 3)
Since the basic configuration is the same as that of the second embodiment, differences will be described here.
図8は、本発明の請求項10記載のモータ駆動装置におけるブロック図である。 FIG. 8 is a block diagram of the motor drive apparatus according to claim 10 of the present invention.
図8において、微振動検知器5は、位置指令101とモータ速度106と微振動検知指標107から微振動検知信号108を出力するものである。
In FIG. 8, the
次に、図9に示す微振動検知器のブロック図について説明する。 Next, a block diagram of the micro vibration detector shown in FIG. 9 will be described.
微振動検知器5は、位置指令101が与えられている場合に微振動検知開始信号107bをオフし、位置指令101が与えられていない場合に微振動検知開始信号107bをオンして微振動検知を行い、その結果を微振動検知信号108として出力する。
The
本発明により、停止時振動を検知することができる。 According to the present invention, vibration at the time of stop can be detected.
なお、本実施形態に置いて、指令を位置指令としたが、速度指令でもよい。 In this embodiment, the command is a position command, but a speed command may be used.
(実施の形態4)
基本構成は実施の形態3と同じであるため、ここでは相違点について説明する。
(Embodiment 4)
Since the basic configuration is the same as that of the third embodiment, differences will be described here.
図10は、本発明の請求項11記載のモータ駆動装置におけるブロック図である。 FIG. 10 is a block diagram of the motor drive apparatus according to claim 11 of the present invention.
図10において、微振動検知器5は、位置指令101とモータ位置105と微振動検知指標107から微振動検知信号108を出力するものである。
In FIG. 10, the
次に、図11に示す微振動検知器のブロック図について説明する。 Next, a block diagram of the micro vibration detector shown in FIG. 11 will be described.
微振動検知器5は、位置指令101とモータ位置105の差である位置偏差112を求め、位置偏差112をオフセット付信号生成処理部5aに入力する。そして、位置指令がある場合に微振動検知開始信号107bをオフし、位置指令がない場合に微振動検知開始信号107bをオンして微振動検知を行い、その結果を微振動検知信号108として出力する。
The
本発明により、位置偏差から停止時微振動を検知することができる。 According to the present invention, it is possible to detect a slight vibration at the time of stopping from the position deviation.
なお、本実施形態に置いて、指令を位置指令としたが、速度指令とし、モータ位置をモータ速度とし、速度偏差から微振動検知を行ってもよい。 In this embodiment, the command is a position command, but a speed command may be used, the motor position may be a motor speed, and fine vibration detection may be performed from the speed deviation.
また、指令がなくなってから所定の時間経過した以降にゼロクロス回数が増加する場合、持続振動であると判断できる。 In addition, when the number of zero crossings increases after a predetermined time has elapsed since the command is lost, it can be determined that the vibration is a continuous vibration.
また、指令がなくなってから最初のゼロクロス回数カウントアップを基準として、一定の間隔でカウント回数をチェックすることで、モータ位置の追従遅れを考慮して微振動の有無を確認することができる。 Also, by checking the number of counts at regular intervals with reference to the first zero-cross count-up after the command disappears, it is possible to confirm the presence or absence of slight vibration in consideration of the follow-up delay of the motor position.
また、位置制御系として説明したが、速度指令を入力とする速度制御系でもよい。 Further, although described as a position control system, a speed control system using a speed command as an input may be used.
また、微振動検知器5と発振検知器7を分けて記載したが、一つのブロックで、微振動検知と発振検知を行ってもよい。
Further, although the
以上、本発明のモータ駆動装置は、微振動を発生させない制御ゲインを自動で最適値に調整することができ、制御パラメータの調整機能を備えたサーボモータ制御やその他のリニアモータ等の制御などにも有用である。 As described above, the motor drive device of the present invention can automatically adjust the control gain that does not generate micro vibrations to the optimum value, and can be used for servo motor control with a control parameter adjustment function, control of other linear motors, and the like. Is also useful.
なお本発明で述べたモータ駆動装置のサーボ調整方法は、モータ駆動装置に内蔵する必要は必ずしもない。モータ駆動装置の備える図示しない通信インターフェース(RS232、RS485、USB通信、Ethernet(登録商標)接続、Bluetooth(登録商標)通信や無線LANなどの無線接続手段など)を通じて、対応した通信手段を備えたパソコンやコンソールなど、別の装置に本発明のサーボ調整ステップを実装してもよい。 The servo adjustment method for the motor driving device described in the present invention is not necessarily built in the motor driving device. A personal computer equipped with a corresponding communication means through a communication interface (not shown) provided in the motor driving device (RS232, RS485, USB communication, Ethernet (registered trademark) connection, wireless communication means such as Bluetooth (registered trademark) communication or wireless LAN). The servo adjustment step of the present invention may be implemented in another device such as a console.
1 位置制御器
2 速度制御器
3 電流制御器
4 速度算出器
5 微振動検知器
5a オフセット付信号生成処理部
5b ゼロクロス回数カウント処理部
5c 微振動検知処理部
6 制御ゲイン自動設定器
7 発振検知器
7a バンドパスフィルタ
7b 振幅判定器
7c 振動継続判定器
101 位置指令
102 速度指令
103 トルク指令
104 モータ駆動信号
105 モータ位置
106 モータ速度
107 微振動検知指標
107a オフセットレベル
107b 微振動検知開始信号
107c 微振動検知閾値
108 微振動検知信号
109 制御ゲイン設定値
110 発振検知信号
111 微振動許容設定
112 位置偏差
501 オフセット付信号
501a オフセット付モータ速度信号
501b オフセット付モータ速度信号の符号成分
502 ゼロクロス検出回数
601 オフセット付モータ速度信号の符号成分の前回値と今回値の積
701 モータ速度
702 振動成分信号
703 振動検知信号
704 発振検知信号
DESCRIPTION OF
Claims (17)
位置指令とモータ位置と制御ゲイン設定値から速度指令を出力する位置制御器と、前記速度指令とモータ速度と前記制御ゲイン設定値からトルク指令を出力する速度制御器と、前記トルク指令からモータ駆動信号を出力する電流制御器と、前記モータ位置から前記モータ速度を出力する速度算出器と、前記モータ速度と微振動検知指標から微振動検知信号を出力する微振動検知器と、前記微振動検知信号から前記制御ゲイン設定値を出力する制御ゲイン自動設定器とを備え、
前記微振動検知器では、前記モータ速度のゼロクロス回数から微振動の有無を検出し、前記制御ゲイン自動設定器では、前記微振動検知信号が微振動検知なしの状態では制御ゲインを大きくするとともに、制御ゲイン設定値を記憶しておき、微振動検知ありの状態では、記憶しておいた制御ゲインの設定値を出力し、
さらに、前記微振動検知器は、検出したい最低周波数と回数カウント時間に基づき、振動ありと判定する前記ゼロクロス回数の閾値を設定することを特徴とするモータ駆動装置。 In the motor control device that controls the motor using the information of the position detector,
A position controller that outputs a speed command from the position command, motor position, and control gain setting value, a speed controller that outputs a torque command from the speed command, motor speed, and control gain setting value, and motor drive from the torque command A current controller that outputs a signal; a speed calculator that outputs the motor speed from the motor position; a micro vibration detector that outputs a micro vibration detection signal from the motor speed and a micro vibration detection index; and the micro vibration detection A control gain automatic setting device that outputs the control gain setting value from a signal,
The fine vibration detector detects the presence or absence of fine vibration from the number of zero crossings of the motor speed, and the control gain automatic setting device increases the control gain when the fine vibration detection signal is not detected. The control gain setting value is memorized, and in the state where fine vibration is detected, the memorized control gain setting value is output ,
Further, the fine vibration detector sets a threshold value of the number of times of zero crossing that determines that there is vibration based on a minimum frequency to be detected and a count count time .
位置指令とモータ位置と制御ゲイン設定値から速度指令を出力する位置制御器と、前記速度指令とモータ速度と前記制御ゲイン設定値からトルク指令を出力する速度制御器と、前記トルク指令からモータ駆動信号を出力する電流制御器と、前記モータ位置から前記モータ速度を出力する速度算出器と、前記モータ速度と微振動検知指標から微振動検知信号を出力する微振動検知器と、前記モータ速度から発振検知信号を出力する発振検出器と、前記微振動検知信号と前記発振検知信号と微振動許容設定から前記制御ゲイン設定値を出力する制御ゲイン自動設定器とを備え、
前記微振動検知器では、前記モータ速度のゼロクロス回数から微振動の有無を検出し、前記発振検出器では、前記モータ速度の振動情報から発振の有無を検出し、前記制御ゲイン自動設定器では、前記発振検知信号が発振なしの状態では制御ゲインを大きくするとともに、制御ゲイン設定値と微振動検知信号とを記憶しておき、発振ありの状態では、制御ゲインを小さくするとともに、前記微振動許容設定が許容しない設定では、小さくした制御ゲインとの組合せで記憶しておいた前記微振動検知信号のない制御ゲイン設定値を出力
し、許容する設定の場合には、小さくした制御ゲインとの組合せで記憶しておいた前記微振動検知信号に関係なく制御ゲイン設定値を出力し、
さらに、前記微振動検知器は、検出したい最低周波数と回数カウント時間に基づき、振動ありと判定する前記ゼロクロス回数の閾値を設定することを特徴とするモータ駆動装置。 In the motor control device that controls the motor using the information of the position detector,
A position controller that outputs a speed command from the position command, motor position, and control gain setting value, a speed controller that outputs a torque command from the speed command, motor speed, and control gain setting value, and motor drive from the torque command A current controller that outputs a signal, a speed calculator that outputs the motor speed from the motor position, a micro vibration detector that outputs a micro vibration detection signal from the motor speed and a micro vibration detection index, and the motor speed An oscillation detector for outputting an oscillation detection signal; and a control gain automatic setting device for outputting the control gain setting value from the fine vibration detection signal, the oscillation detection signal and the fine vibration allowable setting,
The fine vibration detector detects the presence or absence of fine vibration from the number of zero crossings of the motor speed, the oscillation detector detects the presence or absence of oscillation from the vibration information of the motor speed, and the control gain automatic setting device When the oscillation detection signal is not oscillated, the control gain is increased and the control gain setting value and the micro vibration detection signal are stored. When the oscillation is detected, the control gain is decreased and the micro vibration is allowed. If the setting is not allowed, the control gain setting value without the micro-vibration detection signal stored in combination with the reduced control gain is output. If the setting is allowed, the combination with the reduced control gain is output. Regardless of the micro-vibration detection signal stored in step 1, the control gain setting value is output .
Further, the fine vibration detector sets a threshold value of the number of times of zero crossing that determines that there is vibration based on a minimum frequency to be detected and a count count time .
とすることを特徴とする請求項1〜13のいずれか1項に記載のモータ駆動装置。 The motor drive device according to any one of claims 1 to 13 , wherein the micro-vibration detector receives a motor speed subjected to filter processing for the purpose of high-frequency removal.
The motor drive device according to any one of claims 1 to 16 , wherein the micro vibration detector outputs the number of times of zero crossing of micro vibration as the number of micro vibrations.
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