JP6521526B2 - モータ駆動制御装置およびこれを備えた工作機械 - Google Patents
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Description
Smin=amax(2Ti 2+XT2−X2T2)/2+ω0Ti …式(2)
ただし、各記号は以下を表す。
ω0:初速度
amax:設定最大加速度
X:マージン設定用比率
Ti:イナーシャを測定するために必要な時間
T:位置制御時間
ωmax1=√[{ω0 2−a1 2T2X(1−X)}/2+a1(L+2πn)] …式(5)
n≧〔[ω0 2+a1 2T2X(1−X)]/2a1−L〕/2π …式(6)
ただし、各記号は以下を表す。
ω0:初速度
a1:最大加速度(最大減速度)
n:モータが停止するまでに必要な回転数
L:現在位置と停止位置との差分値
X:マージン設定用比率
T:位置制御時間
第1モード:初速度がベース回転数近傍より低速であって、後述する最大減速可能速度以上の場合に好適なモード
第2モード:初速度が最大減速可能速度未満であって、差分値が後述するイナーシャ測定最小距離以上の場合に好適なモード
第3モード:初速度が最大減速可能速度未満であって、差分値がイナーシャ測定最小距離よりも小さい場合に好適なモード
ωd=amaxTi+XamaxT …式(1)
ただし、各記号は以下を表す。
amax:設定最大加速度
Ti:イナーシャ測定時間
X:マージン設定用比率
T:位置制御時間
S1=amaxTi 2/2+ω0Ti
S2=amaxt2 2/2+ω2Ti
S3=XamaxT2/2
また、ωmax1からω2まで減速したときの時間t2は以下の式で表される。
t2=(ωmax1−ω2)/amax=Ti−XT
Smin=S1+S2+S3=amax(2Ti 2+XT2−X2T2)/2+ω0Ti …式(2)
ただし、各記号は以下を表す。
ω0:初速度
amax:設定最大加速度
X:マージン設定用比率
Ti:イナーシャを測定するために必要な時間
T:位置制御時間
S1=(ω1+ω2)t1/2:a1で減速したときの移動距離 …式(a)
S2=ω2t2/2:a2で減速したときの移動距離 …式(b)
ω1=a1t1+a2t2 …式(c)
ω2=a2t2 …式(d)
S1+S2=ω1t1/2+ω2(t1+t2)/2=L+2πn …式(e)
さらに、上述したマージン設定用比率Xおよび位置制御時間Tのマージンパラメータを用いて以下の関係式(f),(g)が成り立つ。
a2=a1X …式(f)
t2≧T …式(g)
ω2 2(1/2a2−1/2a1)+ω1 2/2a1=L+2πn …式(h)
よって、上記式(h)および上記式(f)により、第二制御速度ω2については、下記式(3)が導出される。
ω2=√[{X/(1−X)}・{2a1(L+2πn)−ω1 2}] …式(3)
n≧(ω1 2/2a1−L)/2π …式(i)
一方、上記式(d),(f),(g)より、マージンに対する制限として、下記式(j)が成り立つ。
ω2≧a2T=a1XT …式(j)
よって、上記式(i)および上記式(j)により、モータ11aが停止するまでに必要な回転数nについては、下記式(4)が導出される。
n≧〔[ω1 2+{(1−X)/X}(a1XT)2]/2a1−L〕/2π …式(4)
ω2=√[{X/(1−X)}・{2a1(L+2πn)−ω1 2}] …式(3)
n≧〔[ω1 2+{(1−X)/X}(a1XT)2]/2a1−L〕/2π …式(4)
ただし、各記号は以下を表す。
ω1:第一制御速度(ベース回転速度)
ω2:第二制御速度(切換速度)
a1:最大減速度
n:モータが停止するまでに必要な回転数
L:現在位置と停止位置との差分値
X:マージン設定用比率
T:位置制御時間
S3=ω3t3/2 …式(k)
また、当該時点において、位置制御用減速度a2で減速している場合、速度ω3については、上記式(d)と同様、下記式(l)が成り立つ。
ω3=a2t3 …式(l)
よって、上記式(k),(l)により、以下の式(m)が導出される。
S3=ω3 2/2a2 …式(m)
a3=ω3 2/2S3 …式(n)
そして、位置制御用減速度調整部38は、当該調整後の位置制御用減速度a3を加減速制御部41へ指示するようになっている。
S1=(ωmax1+ω0)t1/2 …式(A)
S2=(ωmax1+ω2)t1/2 …式(B)
S3=ω2T/2 …式(C)
また、ω0からωmax1まで加速したときの時間t1、およびωmax1からω1まで減速したときの時間t2は、それぞれ以下の式で表される。
t1=(ωmax1−ω0)/a1 …式(D)
t2=(ωmax1−ω2)/a1 …式(E)
S1+S2+S3=(ωmax1+ω0)t1/2+(ωmax1+ω2)t1/2+ω2T/2=L+2πn …式(F)
さらに、上述したマージン設定用比率Xおよび位置制御時間Tのマージンパラメータを用いて以下の関係式(G)が成り立つ。
ω2=a2T=a1XT …式(G)
2ωmax1 2−ω0 2−ω2 2+a1Tω2=2a1(L+2πn) …式(H)
これをωmax1についてまとめると、ωmax1>0であるから以下の式が成り立つ。
ωmax1=√[{ω0 2+ω2 2−a1Tω2)}/2+a1(L+2πn)] …式(I)
よって、上記式(I)および上記式(G)により、第一最大速度ωmax1については、下記式(5)が導出される。
ωmax1=√[{ω0 2−a1 2T2X(1−X)}/2+a1(L+2πn)] …式(5)
n≧〔[ω0 2+a1 2T2X(1−X)]/2a1−L〕/2π …式(6)
ωmax1=√[{ω0 2−a1 2T2X(1−X)}/2+a1(L+2πn)] …式(5)
n≧〔[ω0 2+a1 2T2X(1−X)]/2a1−L〕/2π …式(6)
ただし、各記号は以下を表す。
ω0:初速度
a1:最大加速度(最大減速度)
n:モータが停止するまでに必要な回転数
L:現在位置と停止位置との差分値
X:マージン設定用比率
T:位置制御時間
L=asett2 …式(7)
また、第3モードにおいて、速度と時間の関係を示すグラフが二等辺三角形になることを想定すると、第二最大速度ωmax2は、asettで表される。よって、第二最大速度算出部40は、下記式(8)によって第二最大速度ωmax2を算出するようになっている。
ωmax2=aset×√(L/aset)=√(asetL) …式(8)
ただし、各記号は以下を表す。
aset:設定加速度
L:現在位置と停止位置との差分値
第1モードが実行される場合、モータ11aの初速度は、図13に示すように、ベース回転数の近傍から低速域に存在することとなる。このため、図14に示すように、加減速制御部41は、まず最大トルクでモータ11aの減速制御を開始する(ステップS11)。このとき、モータ11aの初速度は最大減速可能速度以上であるため、最大トルクで減速制御しても直ちに停止することがなく、安定して停止できることが担保される。
第2モードが実行される場合、モータ11aの初速度は、図15に示すように、極めて低速であるか停止状態である。このため、図16に示すように、加減速制御部41は、まず最大トルクでモータ11aの加速制御を開始する(ステップS31)。このとき、現在位置から停止位置までの差分値がイナーシャ測定最小距離以上であるため(ステップS8:YES)、最大トルクで加速および減速しても、イナーシャの算出を完了した時点から最短距離で停止位置に停止できることが担保される。
第3モードが実行される場合、モータ11aの初速度は、図17に示すように、ベース回転数の近傍から低速域に存在しており、かつ、現在位置が停止位置に非常に近い状態である。このため、図18に示すように、加減速制御部41は、まず設定加速度でモータ11aの加速制御を開始する(ステップS51)。これにより、モータ11aは、過度に加速されることがなく、最短距離で安定して停止できる速度まで加速される。
1.モータが比較的低速度で回転している状態や停止している状態からであっても、できるだけ少ない回転数で迅速かつ確実にモータを所定の停止位置に停止させることができる。
2.第1モードおよび第2モードでは、マージン設定用比率および位置制御時間という二つのマージンパラメータを用いた第二制御速度を切り換えタイミングとするため、計測誤差や外乱の影響があったとしても必ず安定して停止位置に位置決めすることができる。
3.第1モードおよび第2モードにおけるマージン設定用比率および位置制御時間は、ワークによって変更する必要がなく、直感的でもあるため簡単に設定や調整を行うことができる。
4.第1モードおよび第2モードでは、位置制御において、位置制御用減速度を調整できるため、計測誤差等があったとしても、確実に停止位置に停止することができる。
5.第3モードでは、現在位置が停止位置に非常に近い場合であっても、もう一周させることなく、できるだけ短い距離で停止させることができる。
6.最大減速可能速度を用いることにより、第1モードで制御するか、第2モードまたは第3モードで制御するかを判定することができる。
7.イナーシャ測定最小距離を用いることにより、第2モードで制御するか、第3モードで制御するかを判定することができる。
8.第一最大速度を用いることにより、第2モードにおいて、最大加速度での加速時間と最大減速度での減速時間と位置制御時間との和を最小化することができる。
9.第二最大速度を用いることにより、第3モードにおいて、最適なタイミングでモータの駆動制御を加速制御から減速制御に切り換えることができる。
1a モータ駆動制御プログラム
2 記憶手段
3 演算処理手段
10 上位コントローラ
11 工作機械
11a モータ
11b 位置検出手段
21 プログラム記憶部
22 設定条件記憶部
31 設定条件取得部
32 位置情報取得部
33 モータ状態算出部
34 最大減速可能速度算出部
35 イナーシャ測定最小距離算出部
36 位置制御用減速度算出部
37 切換速度算出部
38 位置制御用減速度調整部
39 第一最大速度算出部
40 第二最大速度算出部
41 加減速制御部
42 位置決め完了判定部
Claims (6)
- モータの駆動を制御するモータ駆動制御装置であって、
位置検出手段によって検出された前記モータの位置情報に基づいて、前記モータの現在速度、前記モータの加速度または減速度、および現在位置と停止位置との差分値を算出するモータ状態算出部と、
前記モータを最大トルクで減速制御しても安定して停止できる速度の最小値である最大減速可能速度を算出する最大減速可能速度算出部と、
イナーシャが最小のときにイナーシャを測定するために必要な移動距離の最小値であるイナーシャ測定最小距離を算出するイナーシャ測定最小距離算出部と、
前記モータの駆動制御開始時における初速度が前記最大減速可能速度未満であって、前記差分値が前記イナーシャ測定最小距離以上の場合、最大トルクで加速した後、速度制御および位置制御によって減速する第2モードを実行し、
前記初速度が前記最大減速可能速度未満であって、前記差分値が前記イナーシャ測定最小距離よりも小さい場合、最大トルクで加速した際の最大加速度よりも小さい設定加速度で加速した後、当該設定加速度で減速する第3モードを実行する加減速制御部と、
を有する、モータ駆動制御装置。 - 前記加減速制御部が、前記第2モードを実行する場合、
前記モータの最大減速度にマージン設定用比率を掛け合わせて位置制御用減速度を算出する位置制御用減速度算出部と、
前記初速度と、前記最大加速度と、前記位置制御用減速度と、前記差分値と、前記マージン設定用比率と、前記位置制御用減速度で駆動制御する時間の最小値として設定される位置制御時間とに基づいて、前記最大加速度での加速時間と前記最大減速度での減速時間と前記位置制御時間との和が最小となる速度を、前記モータの駆動制御を加速制御から減速制御に切り換える第一最大速度として算出する第一最大速度算出部と、
前記最大減速度と、前記第一最大速度と、前記差分値と、前記マージン設定用比率と、前記位置制御時間とに基づいて、前記最大減速度での移動距離と前記位置制御用減速度での移動距離との和が最小となる速度を、前記モータの駆動制御を速度制御から位置制御に切り換える第二制御速度として算出する切換速度算出部とを有し、
前記加減速制御部は、前記モータの速度が前記第一最大速度よりも小さいうちは最大トルクで加速制御し、前記モータの速度が前記第一最大速度に到達すると最大トルクで減速制御し、前記モータの速度が前記第二制御速度よりも小さくなった後には前記位置制御用減速度で減速制御する、請求項1に記載のモータ駆動制御装置。 - 前記加減速制御部が、前記第3モードを実行する場合、
前記設定加速度と前記差分値とに基づいて、前記モータの駆動制御を加速制御から減速制御に切り換える第二最大速度を算出する第二最大速度算出部を有し、
前記加減速制御部は、前記モータの速度が前記第二最大速度よりも小さいうちは前記設定加速度で加速制御し、前記モータの速度が前記第二最大速度に到達すると前記設定加速度で減速制御する、請求項1または請求項2に記載のモータ駆動制御装置。 - 前記イナーシャ測定最小距離算出部は、下記式(2)を用いて前記イナーシャ測定最小距離を算出する、請求項1から請求項3のいずれかに記載のモータ駆動制御装置;
Smin=amax(2Ti 2+XT2−X2T2)/2+ω0Ti …式(2)
ただし、各記号は以下を表す。
ω0:初速度
amax:設定最大加速度
X:マージン設定用比率
Ti:イナーシャを測定するために必要な時間
T:位置制御時間 - 第一最大速度算出部は、下記式(6)を満たす前記モータが停止するまでに必要な回転数nの最小値を用いて、下記式(5)によって前記第一最大速度ωmax1を算出する、請求項2に記載のモータ駆動制御装置;
ωmax1=√[{ω0 2−a1 2T2X(1−X)}/2+a1(L+2πn)] …式(5)
n≧〔[ω0 2+a1 2T2X(1−X)]/2a1−L〕/2π …式(6)
ただし、各記号は以下を表す。
ω0:初速度
a1:最大加速度(最大減速度)
n:モータが停止するまでに必要な回転数
L:現在位置と停止位置との差分値
X:マージン設定用比率
T:位置制御時間 - 請求項1から請求項5のいずれかに記載のモータ駆動制御装置を備えてなる工作機械。
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